Afinal, a água pode ser separada em dois líquidos diferentes. E os cientistas estão mais perto de descobrir porquê

O comportamento da água quando sujeita a temperaturas distintas e extremas é algo que intriga a ciência. Recentemente, investigadores da Universidade de Birmingham no Reino Unido e da Sapienza Università di Roma em Itália examinaram o comportamento das moléculas em água líquida pressurizada colocada em condições que normalmente causariam a sua cristalização.

Com base numa nova forma de modelar o comportamento da água como suspensão de partículas, identificaram características-chave de dois estados líquidos diferentes: um ‘topologicamente complexo‘, ligado num nó de mão semelhante a um pretzel, o outro numa formação mais baixa de anéis mais simples.

“Este modelo coloidal de água fornece uma lupa em água molecular, e permite-nos desvendar os segredos da água relativamente ao conto de dois líquidos”, descreve o químico da Universidade de Birmingham, Dwaipayan Chakrabarti.

As teorias estabelecidas na década de 1990 apontavam para os tipos de interações moleculares que poderiam existir quando a água é super-refrigerada — refrigerada a temperaturas abaixo do seu ponto de congelação típico sem solidificar.

De facto, há anos que os cientistas têm vindo a aumentar os limites do arrefecimento da água sem que esta se transforme num estado sólido, acabando por conseguir mantê-la numa forma líquida caótica a um frio incomportável de -263.º Celsius por um momento fendido sem que esta se transforme em gelo.

Quanto aos progressos alcançados na demonstração destes estados em laboratório, os cientistas ainda estão a tentar descobrir exatamente como são os líquidos super-refrigerados quando privados de calor.

Com tantos factores em jogo, os investigadores normalmente tentam simplificar o que podem e concentram-se nas variáveis importantes. Neste caso, olhar para os caudais de água como se fossem partículas maiores dissolvidas no líquido ajuda a compreender melhor as transições de um arranjo para outro.

Modelos de computador baseados nesta perspetiva apontam para uma mudança subtil entre a água que se separa, e uma forma feita de partículas que se assentam mais próximas umas das outras de uma forma mais densa.

Curiosamente, a forma — ou topologia — das interações moleculares nesta paisagem aquática também parecia completamente diferente, com as moléculas a ficarem emaranhadas em intrincadas redes à medida que se amontoam, ou formas muito mais simples à medida que se afastam.

“Neste trabalho, propomos, pela primeira vez, uma visão da transição de fase líquido-líquido baseada em ideias de enredamento de redes”, descreve Francesco Sciortino, físico de matéria condensada da Sapienza Università di Roma. “Tenho a certeza que este trabalho inspirará uma nova modelação teórica baseada em conceitos topológicos”.

Este estranho espaço de redes de partículas emaranhadas está pronto para a exploração. Embora não sejam totalmente diferentes de longas cadeias de moléculas de ligação covalente, tais nós são transitórios, trocando membros à medida que o ambiente líquido se desloca.

Dadas as suas interações emaranhadas, a natureza da água líquida encontrada em ambientes de alta pressão e baixa temperatura deveria ser bastante diferente de tudo o que encontraríamos a deslizar sobre a superfície da Terra.

Conhecer mais sobre o comportamento topológico não só da água nestas condições, mas também de outros líquidos, poderia dar-nos uma visão da atividade dos materiais em ambientes extremos ou de difícil acesso, como as profundidades de planetas distantes.

“Sonha como seria bonito se pudéssemos olhar para dentro do líquido e observar a dança das moléculas de água, a forma como elas cintilam, e a forma como trocam parceiros, reestruturando a rede de ligações de hidrogénio”, diz Sciortino. “A realização do modelo coloidal para a água que propomos pode tornar este sonho realidade”.