Uma colaboração entre cientistas de Cambridge e da UCL levou à descoberta de uma nova forma de gelo que se assemelha mais à água líquida do que qualquer outra e pode ser a chave para a compreensão desse líquido mais famoso.
A nova forma de gelo é amorfa. Ao contrário do gelo cristalino comum, onde as moléculas se organizam em um padrão regular, no gelo amorfo as moléculas estão em uma forma desorganizada que se assemelha a um líquido.
Neste artigo, publicado em Ciência, a equipe criou uma nova forma de gelo amorfo em experimento e alcançou um modelo em escala atômica em simulação de computador. Os experimentos usaram uma técnica chamada moinho de bolas, que mói gelo cristalino em pequenas partículas usando bolas de metal em uma jarra de aço. O moinho de bolas é usado regularmente para produzir materiais amorfos, mas nunca havia sido aplicado ao gelo.
A equipe descobriu que a moagem de bolas criou uma nova forma amorfa de gelo, que, ao contrário de todos os outros gelos conhecidos, tinha uma densidade semelhante à da água líquida e cujo estado se assemelhava à água na forma sólida. Eles nomearam o novo gelo de gelo amorfo de média densidade (MDA).
Para entender o processo em escala molecular, a equipe empregou simulação computacional. Ao imitar o procedimento de moagem de bolas por meio de cisalhamento aleatório repetido de gelo cristalino, a equipe criou com sucesso um modelo computacional de MDA.
“Nossa descoberta do MDA levanta muitas questões sobre a própria natureza da água líquida e, portanto, entender a estrutura atômica precisa do MDA é muito importante”, comenta o co-autor Dr. Michael Davies, que realizou a modelagem computacional. “Encontramos semelhanças incríveis entre MDA e água líquida.”
Um meio feliz
Os gelos amorfos têm sido sugeridos como modelos para a água líquida. Até agora, havia dois tipos principais de gelo amorfo: gelo amorfo de alta densidade e gelo amorfo de baixa densidade.
Como os nomes sugerem, há uma grande lacuna de densidade entre eles. Essa lacuna de densidade, combinada com o fato de que a densidade da água líquida está no meio, tem sido a pedra angular de nossa compreensão da água líquida. Isso levou em parte à sugestão de que a água consiste em dois líquidos: um líquido de alta e outro de baixa densidade.
O autor sênior, professor Christoph Salzmann, disse: “A sabedoria aceita é que não existe gelo dentro dessa lacuna de densidade. Nosso estudo mostra que a densidade do MDA está precisamente dentro dessa lacuna de densidade e essa descoberta pode ter consequências de longo alcance para nossa compreensão do líquido água e suas muitas anomalias.”
Um material geofísico de alta energia
A descoberta do MDA levanta a questão: onde ele pode existir na natureza? As forças de cisalhamento foram descobertas como sendo a chave para a criação de MDA neste estudo. A equipe sugere que o gelo comum pode sofrer forças de cisalhamento semelhantes nas luas de gelo devido às forças de maré exercidas por gigantes gasosos como Júpiter.
Ademais, o MDA exibe uma propriedade incrível que não é encontrada em outras formas de gelo. Usando calorimetria, eles descobriram que, quando o MDA recristaliza em gelo comum, ele libera uma quantidade extraordinária de calor. O calor liberado pela recristalização do MDA pode desempenhar um papel na ativação dos movimentos tectônicos. Mais amplamente, esta descoberta mostra que a água pode ser um material geofísico de alta energia.
O Prof. Angelos Michaelides, principal autor de Cambridge, disse: “O gelo amorfo em geral é considerado a forma mais abundante de água no universo. .”
Com informações de Science Daily.