22/08/2022 - 11:47
Um novo tipo de “transição de fase” na água foi proposto pela primeira vez há 30 anos em um estudo realizado por pesquisadores da Universidade de Boston (EUA). Como se previa que a transição ocorre em condições de super-resfriamento, no entanto, confirmar sua existência tem sido um desafio. Isso porque a essas baixas temperaturas, a água realmente não quer ser um líquido – em vez disso, ela quer se tornar gelo rapidamente. Por causa de seu status oculto, muito ainda é desconhecido sobre essa transição de fase líquido-líquido, ao contrário dos exemplos cotidianos de transições de fase na água entre uma fase sólida ou de vapor e uma fase líquida.
- Tubarão-da-groenlândia é visto em pleno Caribe
- Água e vida alienígena poderiam existir até em planetas errantes
- Gotas de chuva são um meio de verificar se exoplanetas podem ter vida
Uma nova evidência, apresentada em artigo publicado na revista Nature Physics, representa um avanço significativo na confirmação da ideia de uma transição de fase líquido-líquido proposta pela primeira vez em 1992. Francesco Sciortino, agora professor da Universidade de Roma La Sapienza, foi membro da equipe de pesquisa original na Universidade de Boston e também é coautor do novo artigo.
Características distintas
A equipe usou simulações de computador para ajudar a explicar quais características distinguem os dois líquidos no nível microscópico. Eles descobriram que as moléculas de água no líquido de alta densidade formam arranjos considerados “topologicamente complexos”, como um nó de trevo, ou nó trifólio (pense nas moléculas organizadas de tal forma que se assemelham a um pretzel) ou um enlace de Hopf (pense em dois elos de uma corrente de aço). Diz-se que as moléculas no líquido de alta densidade estão emaranhadas.
Em contraste, as moléculas no líquido de baixa densidade formam principalmente anéis simples e, portanto, as moléculas no líquido de baixa densidade são desembaraçadas.
Andreas Neophytou, doutorando da Universidade de Birmingham (Reino Unido) com o dr. Dwaipayan Chakrabarti, é o autor principal do artigo. Ele disse: “Este conhecimento nos forneceu uma visão completamente nova sobre o que agora é um problema de pesquisa de 30 anos, e esperamos que seja apenas o começo”.
Os pesquisadores usaram um modelo coloidal de água em sua simulação e, em seguida, dois modelos moleculares de água amplamente utilizados. Coloides são partículas que podem ser mil vezes maiores que uma única molécula de água. Em virtude de seu tamanho relativamente maior e, portanto, movimentos mais lentos, os coloides são usados para observar e entender fenômenos físicos que também ocorrem em escalas de comprimento atômico e molecular muito menores.
Inspiração
O dr. Chakrabarti, coautor do estudo, observou: “Este modelo coloidal de água fornece uma lupa em água molecular, e nos permite desvendar os segredos da água sobre a história de dois líquidos”.
O professor Sciortino afirmou: “Neste trabalho, propomos, pela primeira vez, uma visão da transição de fase líquido-líquido com base em ideias de emaranhamento de rede. Tenho certeza de que este trabalho inspirará uma nova modelagem teórica baseada em conceitos topológicos”.
A equipe espera que o modelo que eles criaram abra caminho para novos experimentos que validarão a teoria e estenderão o conceito de líquidos “emaranhados” a outros líquidos, como o silício.
Pablo Debenedetti, professor de engenharia química e biológica da Universidade de Princeton (EUA) e especialista líder mundial nesta área de pesquisa, comentou: “Este belo trabalho computacional revela a base topológica subjacente à existência de diferentes fases líquidas na mesma substância formadora de rede. (…) Ao fazê-lo, enriquece substancialmente e aprofunda nossa compreensão de um fenômeno que evidências experimentais e computacionais abundantes sugerem cada vez mais ser central para a física do mais importante dos líquidos: a água”.
Sciortino afirmou: “A água, uma após a outra, revela seus segredos. Sonhe como seria bonito se pudéssemos olhar para dentro do líquido e observar a dança das moléculas de água, a forma como elas piscam e a maneira como trocam de parceiros, reestruturando a rede de ligações de hidrogênio. A realização do modelo coloidal para a água que propomos pode tornar esse sonho realidade”.
