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Água líquida existe em duas fases

Cientistas da Universidade de Estocolmo descobriram duas fases de água líquida com grandes diferenças de estrutura e densidade

 

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Normalmente consideramos a água líquida como desordenada com as moléculas se reorganizando em uma pequena escala de tempo em torno de alguma estrutura média. Agora, no entanto, cientistas da Universidade de Estocolmo descobriram duas fases do líquido com grandes diferenças de estrutura e densidade. Os resultados são baseados em estudos experimentais usando raios-X, que foram publicados nos Proceedings of the National Academy of Science (EUA).

A maioria de nós sabe que a água é essencial para a nossa existência no planeta Terra. É menos conhecido que a água tem muitas propriedades estranhas ou anômalas e se comporta de forma muito diferente de todos os outros líquidos. Alguns exemplos são o ponto de fusão, a densidade, a capacidade térmica e ao todo, existem mais de 70 propriedades da água que diferem da maioria dos líquidos. Estas propriedades anômalas da água são um pré-requisito para a vida tal como a conhecemos.

Dois líquidos diferentes

“A nova propriedade notável é que descobrimos que a água pode existir como dois líquidos diferentes a baixas temperaturas onde a cristalização do gelo é lenta”, diz Anders Nilsson, professor de Físico Química da Universidade de Estocolmo. O avanço na compreensão da água foi possível através de uma combinação de estudos usando raios X no Argonne National Laboratory perto de Chicago, onde as duas estruturas diferentes foram evidenciadas e no grande laboratório de raios-X DESY em Hamburgo, onde a dinâmica poderia ser investigada e demonstrou que as duas fases, de fato, eram fases líquidas. A água pode assim existir como dois líquidos diferentes.

“É muito emocionante poder usar raios-X para determinar as posições relativas entre as moléculas em diferentes momentos”, diz Fivos Perakis, pós-doutorado na Universidade de Estocolmo com um background em espectroscopia óptica ultra-rápida. “Nós, em particular, conseguimos acompanhar a transformação da amostra a baixas temperaturas entre as duas fases e demonstraram que há difusão como é típica para líquidos”.

Gelo amorfo

Quando pensamos em gelo é mais frequentemente como uma fase cristalina ordenada que você tira da caixa de gelo, mas a forma mais comum de gelo em nosso sistema planetário é amorfa, que é desordenada, e existem duas formas de gelo amorfo com baixa e alta densidade. As duas formas podem interconverter e tem havido especulações de que elas podem estar relacionadas a formas de água líquida de baixa e alta densidade. Investigar experimentalmente esta hipótese tem sido um grande desafio que o grupo de Estocolmo agora superou.

“Eu estudei gelos amorfos por um longo tempo com o objetivo de determinar se eles podem ser considerados um estado vítreo que representa um líquido congelado”, diz Katrin Amann-Winkel, pesquisadora em Físico Química da Universidade de Estocolmo. “É um sonho tornado realidade seguir detalhadamente como um estado de água vítrea se transforma em um líquido viscoso que quase imediatamente se transforma em um líquido diferente, ainda mais viscoso, de densidade muito mais baixa”.

Raios-X

“A possibilidade de fazer novas descobertas na água é totalmente fascinante e uma grande inspiração para meus estudos futuros”, diz Daniel Mariedahl, estudante de doutorado em Físico Química da Universidade de Estocolmo. “É particularmente empolgante que a nova informação tenha sido fornecida por raios-X uma vez que o pioneiro da radiação de raios-X, Wolfgang Röntgen, especulou que a água pode existir em duas formas diferentes e que a interação entre elas poderia dar origem a suas estranhas propriedades “.

“Os novos resultados dão um apoio muito forte ao quadro em que a água na temperatura ambiente não pode decidir qual das duas formas deve ser, alta ou baixa densidade, o que resulta em flutuações locais entre os dois”, diz Lars G.M. Pettersson, professor em Físico Química Teórica na Universidade de Estocolmo. “Em poucas palavras: a água não é um líquido complicado, mas dois líquidos simples com um relacionamento complicado”.

Esses novos resultados não só criam uma compreensão geral da água em diferentes temperaturas e pressões, mas também como a água é afetada por sais e biomoléculas importantes para a vida. Além disso, o aumento da compreensão da água pode levar a novos conhecimentos sobre como purificar e dessalinizar a água no futuro. Este será um dos principais desafios para a humanidade em vista das mudanças climáticas globais.

Sobre

Esses estudos foram liderados pela Universidade de Estocolmo e envolvem uma colaboração, incluindo o KTH Royal Institute of Technology em Estocolmo, DESY em Hamburgo, a Universidade de Innsbruck, Argonne National Laboratory em Chicago e o SLAC National Accelerator Laboratory na Califórnia. Os outros participantes da Universidade de Estocolmo envolvidos no estudo são Harshad Pathak, Alexander Späh, Filippo Cavalca e Daniel Schlesinger. As experiências foram realizadas no APS BL 6-ID-D no Argonne National Laboratory e PETRA III BL P10 em DESY.

 

Fonte: Stockholm University, adaptado por Portal Tratamento de Água – www.tratamentodeagua.com.br