Água tem 'segunda vida' líquida a -63 °C, apontam lasers de alta precisão

Utilizando lasers de alta potência e raios-X, os pesquisadores comprovaram que a água pode alternar entre fases de alta e baixa densidade a -63°C

Um estudo da Universidade de Estocolmo, publicado na revista Science, trouxe evidências definitivas da existência de um ponto crítico líquido-líquido na água super-resfriada.

Frrepick/Divulgação

A revista Science publicou, na quinta-feira (26/3), um estudo realizado por uma equipe de cientistas da Universidade de Estocolmo, na Suécia. A pesquisa provou que a água não é apenas um líquido único, mas, sim, uma mistura de dois tipos diferentes de líquido que podem coexistir.

Embora aprendemos na escola que a água tem três estados principais (sólido, líquido e gasoso), as fontes revelam que a história é muito mais complexa quando olhamos para a água em condições extremas de frio.

Liderada pelos pesquisadores Seonju You, Kyung Hwan Kim e Anders Nilsson, a pesquisa trouxe evidências experimentais definitivas da existência de um ponto crítico líquido-líquido na água super-resfriada. 

Dois tipos de água

Os cientistas já suspeitavam que a água poderia existir em duas formas líquidas distintas: uma de alta densidade (HDL) e outra de baixa densidade (LDL). No entanto, comprovar essa hipótese sempre foi um desafio, principalmente por causa da chamada “terra de ninguém”, nome dado a uma faixa de temperatura em que a água congela quase instantaneamente, impedindo a observação no estado líquido.

Para contornar essa limitação, os pesquisadores utilizaram gelo amorfo. Um tipo de gelo sem estrutura cristalina, que se comporta de maneira semelhante a um líquido em nível molecular.

Tecnologia de ponta

O experimento foi realizado no Pohang Accelerator Laboratory X-ray Free-Electron Laser (PAL-XFEL), um superlaser que fica localizado em Pohang, na Coreia do Sul, utilizando uma técnica conhecida como “bomba-sonda”. O processo envolveu três etapas principais:

• Aquecimento ultrarrápido: lasers infravermelhos elevaram a temperatura do gelo em frações de segundo, transformando-o momentaneamente em água líquida.
• Captura instantânea: pulsos de raios-X registraram a estrutura molecular da água antes que ela voltasse a congelar.
• Análise estrutural: padrões de dispersão revelaram mudanças de densidade e comportamento das moléculas. 

O ponto crítico

Os resultados indicam que o ponto crítico ocorre a aproximadamente -63°C (210 K), sob pressão de cerca de 1000 bar — é uma pressão gigantesca, equivalente a cerca de 1.000 vezes a pressão atmosférica. Nesse estágio, a água apresenta um comportamento com grandes flutuações de densidade, sinal típico de transição entre as fases. Simulações computacionais baseadas no modelo de Ising 3D confirmaram que esse comportamento é compatível com sistemas próximos a pontos críticos.

Impacto da descoberta

A confirmação de que a água pode existir em dois estados líquidos ajuda a explicar propriedades consideradas anômalas, como o fato de ela se expandir ao congelar ou se tornar menos densa ao se aproximar do gelo.

Além disso, o estudo abre novas possibilidades para a compreensão de processos biológicos e químicos em ambientes extremos, como no espaço ou em condições criogênicas. Segundo os pesquisadores, o comportamento da água está diretamente ligado à organização de suas moléculas em escalas extremamente pequenas, de cerca de 3,16 angstroms.

*Estagiária sob supervisão de Roberto Fonseca