Descoberto um novo estado físico da água

Aprendemos desde pequenos que a água tem três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Mas agora, cientistas do Oak Ridge National Lab, nos Estados Unidos, descobriram agora um quarto estado físico da água.

Segundo um estudo publicado na Physical Review Letters, quando a água é colocada sob extrema pressão em espaços pequenos, pode apresentar-se num quarto estado físico da matéria, conhecido como “tunelamento”.

Segundo os autores do estudo, a água foi encontrada neste bizarro estado físico em minúsculos canais formados no berilo, um silicato natural de alumínio e de berílio que tem como variedades pedras preciosas como a água-marinha e esmeralda.

Estes pequenos espaços tinham apenas cinco átomos de largura e funcionam como “gaiolas” que prendem apenas uma molécula de água.

Nessa condição específica, os investigadores descobriram que a molécula de água apresenta  uma característica que normalmente só é observada numa escala muito menor, a nível quântico, chamada “tunelamento”.

Basicamente o tunelamento quântico, ou Efeito Túnel, significa que uma partícula – neste caso uma molécula de água – pode transpor um estado de energia proibido na física clássica, ou seja, escapar de regiões de energia cercadas por barreiras potenciais e estar dos dois lados ao mesmo tempo.

Para perceber melhor o fenómeno, pensemos numa bola que desce uma colina. A bola chega ao vale a uma dada velocidade, e continua, subindo pela colina vizinha.

Normalmente, a bola apenas tem energia suficiente para subir até à desta segunda colina a que foi lançada da primeira. A bola ultrapassa a colina se esta é mais baixa que a altura inicial, ou volta para o vale se a colina é mais alta.

Na física clássica, a segunda colina é a “barreira”.

Mas na física quântica, o conceito de tunelamento torna possível que a bola alcance facilmente o outro lado da segunda colina, ou que vá parar dentro da colina, ou, ainda mais estranho, que passe para lá da colina e vá parar dentro dela, ao mesmo tempo.

Tal como o famoso gato que está vivo e morto ao mesmo tempo.

“Na física clássica um átomo não pode saltar uma barreira se não tem energia suficiente para isso”, explica Alexander Kolesnikov, investigafor do Oak Ridge National Lab.

“Mas no caso da água presa no berilo, as moléculas comportaram-se de acordo com as leis da física quântica”, diz Kolesnikov, citado pela GizMag.

“Isso significa que os átomos de oxigénio e hidrogénio na molécula de água estão simultaneamente presentes em todas as posições simetricamente equivalentes do canal ao mesmo tempo”, acrescenta o investigador.

“É um dos fenómenos que apenas acontecem apenas na física quântica e que não têm paralelo na nossa experiência diária”, conclui.

Através de experiências com dispersão de neutrões, os investigadores conseguiram ver que as moléculas de água se espalham em dois anéis encaixados um dentro do outro.

No centro do anel fica o átomo de hidrogénio, que ocupa seis orientações diferentes ao mesmo tempo.

“O tunelamento entre essas orientações significa que o átomo de hidrogénio não está localizado numa dada posição, mas espalhado em formato de anel”, concluiu a equipa de cientistas responsável pelo estudo.

E essa água especial encontra-se, há muito tempo, nas jóias que a humanidade tem usado.

“Esta descoberta representa uma nova compreensão fundamental sobre o comportamento da água e como ela utiliza energia”, diz Lawrence Anovitz, 1também investigador do Oak Ridge e co-autor do estudo.

“É muito interessante perceber que as moléculas de água nas nossas vulgares jóias de esmeralda ou água-marinha estão no mesmo estado de tunelamento que vimos nas nossas experiências”, diz Anovitz.

Agora, a equipa quer descobrir porquê e como é que o tunelamento acontece.

ZAP / HypeScience