Cerca de 70% da superfície da Terra está coberta por água, uma substância exclusivamente anómala que muitas vezes se comporta de forma diferente em comparação com outros líquidos. Agora, uma nova descoberta científica pode ajudar a explicar o que torna a água tão estranha, conseguindo um raro vislumbre dela antes de congelar e virar gelo.
Você pode não ter pensado muito nisso, mas a água é incrivelmente estranha. As propriedades da água, como densidade, viscosidade e capacidade térmica, respondem às temperaturas e à pressão de maneiras que aparentemente desafiam as leis da natureza. Enquanto outros líquidos se tornam cada vez mais densos à medida que são resfriados, a água é mais densa como líquido do que como sólido. É por isso que cubos de gelo flutuam em um copo d’água.
Para ajudar a explicar o estranho comportamento da água, uma equipa de investigadores da Universidade de Estocolmo utilizou lasers de raios X para sondar a água quando esta está profundamente super-resfriada. As descobertas da equipe, publicado semana passada na Science, revelaram evidências de um ponto crítico ligado a dois estados líquidos distintos em temperaturas extremamente baixas.
Frio como gelo
Normalmente, toda a matéria encolhe quando é resfriada, resultando em um aumento na densidade. A água, por outro lado, é mais densa, com 39 graus Fahrenheit (4 graus Celsius). Se você resfriar a água abaixo dessa temperatura, ela começará a se expandir novamente. A taxa de expansão da água começa a acelerar à medida que fica mais fria.
“Durante décadas houve especulações e diferentes teorias para explicar estas propriedades notáveis e uma teoria tem sido a existência de um ponto crítico”, disse Anders Nilsson, professor de física química na Universidade de Estocolmo e co-autor do novo estudo, num comunicado. declaração. “Agora descobrimos que tal ponto existe.”
Os pesquisadores por trás do novo estudo usaram pulsos de laser de raios X ultrarrápidos, permitindo-lhes observar a água em escalas de tempo incrivelmente curtas. “O que foi especial foi que fomos capazes de fazer raios X com uma rapidez inimaginável antes do gelo congelar e pudemos observar como a transição líquido-líquido desaparece e um novo estado crítico emerge”, disse Nilsson.
Quando 2 se torna 1
Ao sondar a água com rapidez suficiente para capturar a sua estrutura antes de se cristalizar em gelo, os investigadores descobriram que a água pode existir como duas fases líquidas distintas com diferentes estruturas de ligação molecular sob baixas temperaturas e alta pressão. As duas formas de água tornam-se então indistinguíveis como uma única fase no ponto crítico.
A dinâmica molecular da água diminui significativamente à medida que se aproxima do ponto crítico, de acordo com o estudo. “Parece quase que você não conseguirá escapar do ponto crítico se entrar nele, quase como um buraco negro”, disse Robin Tyburski, pesquisador em física química na Universidade de Estocolmo e coautor do estudo, em um comunicado.
O ponto crítico poderia ajudar a explicar as estranhas propriedades da água. À medida que a água se aproxima deste ponto, torna-se instável e muda entre os dois estados líquidos a um nível microscópico. São essas flutuações que conferem à água suas habilidades únicas.
“Tem havido um intenso debate sobre a origem das estranhas propriedades da água”, disse Nilsson. “Os pesquisadores que estudam a física da água podem agora estabelecer o modelo de que a água tem um ponto crítico no regime super-resfriado.”
“A próxima etapa é encontrar as implicações destas descobertas sobre a importância das águas nos processos físicos, químicos, biológicos, geológicos e climáticos”, acrescentou.
