Esse estado oculto da água poderia explicar por que existe vida

Cientistas finalmente descobriram um “ponto crítico” oculto na água super-resfriada que explica seu comportamento tão peculiar.

Por Universidade de Estocolmo com informações de Science Daily.

Pesquisadores da Universidade de Estocolmo utilizaram lasers de raios X avançados para descobrir uma característica da água há muito suspeitada: um ponto crítico que surge quando a água é extremamente super-resfriada. Isso ocorre a cerca de -63 °C e 1000 atmosferas. Mesmo em condições normais, esse ponto oculto influencia o comportamento da água, ajudando a explicar muitas de suas propriedades incomuns. Os resultados foram publicados na revista Science .

A água está em toda parte e é essencial para a vida, mas não se comporta como a maioria dos outros líquidos. Propriedades como densidade, capacidade térmica, viscosidade e compressibilidade respondem à temperatura e à pressão de maneiras opostas ao que os cientistas observam em substâncias típicas.

Na maioria dos materiais, o resfriamento faz com que eles se contraiam e se tornem mais densos. Com base nesse padrão, a água deveria atingir sua densidade máxima ao congelar. Em vez disso, o gelo flutua, e a água líquida é, na verdade, mais densa a 4 graus Celsius. É por isso que a água mais fria permanece abaixo da água mais quente em lagos e oceanos.

Quando a água é resfriada abaixo de 4 graus, ela começa a se expandir novamente. Se a água pura for resfriada abaixo de 0 graus (onde a cristalização ocorre lentamente), essa expansão continua e até se acelera à medida que a temperatura cai ainda mais. Outras propriedades, incluindo a compressibilidade e a capacidade térmica, também se comportam de maneiras cada vez mais incomuns conforme a temperatura diminui.

Capturando o estado oculto da água com lasers de raios X

Para investigar esses comportamentos estranhos, cientistas usaram pulsos de raios X extremamente rápidos gerados por lasers potentes na Coreia do Sul. Esses pulsos permitiram observar a água em estado super-resfriado, pouco antes de ela se transformar em gelo.

“O que foi especial foi que conseguimos realizar radiografias a uma velocidade inimaginável antes do gelo congelar e pudemos observar como a transição líquido-líquido desaparece e um novo estado crítico emerge”, diz Anders Nilsson, professor de Física Química no Departamento de Física da Universidade de Estocolmo. “Durante décadas, houve especulações e diferentes teorias para explicar essas propriedades notáveis, e uma dessas teorias era a da existência de um ponto crítico. Agora descobrimos que tal ponto existe.”

Duas formas líquidas da água e uma transição crítica

Em baixas temperaturas e alta pressão, a água pode existir como duas fases líquidas distintas com diferentes estruturas de ligação molecular. À medida que as condições mudam, essas duas formas se fundem em uma única fase no ponto crítico.

Próximo a esse ponto, o sistema torna-se altamente instável e a água alterna rapidamente entre os dois estados líquidos ou misturas entre eles. Essas flutuações se estendem por uma ampla faixa de temperaturas e pressões, chegando até mesmo às condições ambientais normais. Os cientistas acreditam que essas mudanças constantes são o que conferem à água suas características incomuns.

Após o ponto crítico, a água entra em um estado supercrítico e, em condições cotidianas, já se encontra nesse regime.

Um efeito semelhante ao de um buraco negro na dinâmica da água

Os pesquisadores também descobriram que o movimento molecular diminui drasticamente à medida que a água se aproxima do ponto crítico.

“Parece quase impossível escapar do ponto crítico depois de entrar nele, quase como um buraco negro”, diz Robin Tyburski, pesquisador de Física Química da Universidade de Estocolmo.

Uma inovação que levou décadas para ser concretizada.

“É incrível como o gelo amorfo, um estado da água tão amplamente estudado, acabou se tornando nossa porta de entrada para a região crítica. É uma grande inspiração para meus estudos futuros e um lembrete das possibilidades de fazer descobertas em tópicos muito estudados como a água”, diz Aigerim Karina, pós-doutoranda em Física Química na Universidade de Estocolmo.

“Foi a realização de um sonho poder medir a água em condições de temperatura tão baixas sem que ela congelasse”, diz Iason Andronis, estudante de doutorado em Física Química na Universidade de Estocolmo. “Muitos sonharam em encontrar esse ponto crítico, mas os meios não estavam disponíveis antes do desenvolvimento dos lasers de raios X.”

“Acho fascinante que a água seja o único líquido supercrítico em condições ambientais onde a vida existe, e sabemos também que não há vida sem água. Será isso mera coincidência ou há algum conhecimento essencial que podemos adquirir no futuro?”, questiona Fivos Perakis, professor associado de Física Química na Universidade de Estocolmo.

Desvendando um mistério centenário sobre a água.

“Há mais de um século que se debate a origem das propriedades peculiares da água, desde os primeiros trabalhos de Wolfgang Röntgen”, explica Anders Nilsson. “Os pesquisadores que estudam a física da água agora podem chegar a um consenso sobre o modelo de que a água possui um ponto crítico no regime de super-resfriamento. O próximo passo é descobrir as implicações dessas descobertas na importância da água em processos físicos, químicos, biológicos, geológicos e climáticos. Um grande desafio para os próximos anos.”

Colaboração internacional por trás da descoberta

Esta pesquisa envolveu a colaboração entre a Universidade de Estocolmo, a Universidade POSTECH e o PAL-XFEL na Coreia do Sul, a Sociedade Max Planck, a Universidade Johannes Gutenberg na Alemanha e a Universidade St. Francis Xavier no Canadá. Os colaboradores incluíram Aigerim Karina, Robin Tyburski, Iason Andronis e Fivos Perakis, juntamente com ex-membros do grupo de Física Química da Universidade de Estocolmo.

Fonte da história:
Materiais fornecidos pela Universidade de Estocolmo . Nota: O conteúdo pode ser editado em termos de estilo e extensão.

Referência do periódico :
Seonju You, Marjorie Ladd-Parada, Kyeongmin Nam, Aigerim Karina, Seoyoung Lee, Myeongsik Shin, Cheolhee Yang, Yeseul Han, Sangmin Jeong, Kichan Park, Kyeongwon Kim, Minjeong Ki, Robin Tyburski, Iason Andronis, Keely Ralf, Jae Hyuk Lee, Intae Eom, Minseok Kim, Rory Ma, Dogeun Jang, Fivos Perakis, Peter H. Poole, Katrin Amann-Winkel, Kyung Hwan Kim, Anders Nilsson. Experimental evidence of a liquid-liquid critical point in supercooled water. Science, 2026; 391 (6792): 1387 DOI: 10.1126/science.aec0018

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