Os cientistas identificaram a 19ª forma de gelo de água. Os cristais exóticos de quatro lados dessa variedade rara de gelo, agora chamada de gelo XIX, se formam em temperaturas ultrabaixas e pressões ultraltas.
Ele só existe em experimentos de laboratório, mas os pesquisadores dizem que revela mais sobre outras formas de gelo, que podem ser encontradas nas profundezas do manto da Terra e em planetas e luas muito frios.
“Para nomear uma nova forma de gelo, é preciso elucidar exatamente o que é a estrutura do cristal”, disse o pesquisador Thomas Loerting, professor de físico-química da Universidade de Innsbruck, na Áustria. Isso significa descobrir a estrutura de repetição mais simples do cristal, onde todos os átomos estão localizados dentro dessa estrutura, e qual é a simetria da estrutura do cristal, disse Loerting.
“Somente se tudo isso for conhecido, você terá permissão para nomear seu gelo … Ice XIX agora é o nome para a nova fase de gelo descoberta em nosso trabalho”, disse ele ao Live Science por e-mail.
Um artigo de Loerting e seus colegas descrevendo a nova forma de gelo foi publicado em 18 de fevereiro na revista Nature Communications, ao lado de um estudo realizado por pesquisadores no Japão que verificaram a descoberta.
Um novo gelo
Quase todo mundo está familiarizado com a bela variedade de flocos de neve de seis lados, que reflete o arranjo hexagonal dos átomos de oxigênio nos cristais de gelo de água que os formam.
Mas os cristais de gelo regulares de seis lados – gelo I – são na verdade apenas uma de suas muitas formas, conhecidas como polimorfos. E até recentemente, 18 polimorfos diferentes de gelo de água foram formalmente identificados – embora apenas gelo de seis lados seja comum na Terra. Embora o gelo possa parecer simples, é uma coisa complicada. Por exemplo, apenas os átomos de oxigênio nas moléculas de água de cristais de gelo de seis lados formam uma forma hexagonal, enquanto seus átomos de hidrogênio são orientados aleatoriamente em torno deles. Isso torna o gelo I um gelo “desordenado” ou “frustrado” na terminologia dos sorvetes. Uma das propriedades desses gelos desordenados é que eles podem se deformar sob pressão: “Esta é a razão pela qual as geleiras fluem”, disse Loerting.
Em contraste, os átomos de hidrogênio em vários dos outros polimorfos de gelo também têm seus próprios padrões de cristal e são chamados de “ordenados por hidrogênio” ou “ordenados H” como resultado. Ao contrário dos gelos desordenados, os da ordem H são muito frágeis e se quebram, em vez de deformar, disse ele.
Nesses termos, a recém-identificada 19a forma de gelo é um gelo com ordem H; na verdade, é uma forma de gelo desordenado com ordem H, chamado gelo VI, que tem um padrão aleatório de átomos de hidrogênio. E gelo VI também tem outro polimorfo H-ordenado, gelo XV, no qual os átomos de hidrogênio estão alinhados em um padrão totalmente diferente.
“Ice VI, ice XV e ice XIX são todos muito semelhantes em termos de densidade [porque] compartilham o mesmo tipo de rede de átomos de oxigênio”, disse Loerting. “Mas eles diferem em termos das posições dos átomos de hidrogênio.” É a primeira vez que tal relação entre polimorfos de gelo foi descoberta e poderia permitir experimentos para estudar as transições entre uma forma e outra, disse ele.
Estrutura de cristal
A equipe de Loerting fez gelo XIX pela primeira vez em seus experimentos de laboratório, três anos atrás, desacelerando o processo de resfriamento do gelo XV para cerca de 170 graus Celsius negativos (274 graus Fahrenheit negativos) e aumentando consideravelmente a pressão para cerca de 2 gigapascais. Mas os detalhes de sua estrutura cristalina os iludiram até que puderam estudá-la com um processo chamado difração de nêutrons, que pode revelar a estrutura atômica de um material refletindo um fluxo de nêutrons e examinando o padrão de difração resultante.
Em circunstâncias normais, a difração de nêutrons requer a troca da água em uma amostra por água pesada que contém nêutrons extras. Mas a água pura e pesada era impraticável para os experimentos de gelo do XIX porque congela muito mais lentamente, disse Loerting. A descoberta foi dosar a água pesada com uma fração da água leve regular, produzindo água que congelou rapidamente, mas ainda permitia a difração de nêutrons.
Loerting explicou que a estrutura do gelo de água é a chave para a natureza da ligação de hidrogênio, que é mal compreendida. Também é importante para a compreensão de corpos celestes, como os gigantes de gelo Urano e Netuno e as luas geladas de Júpiter (incluindo Europa, Io e Ganimedes), onde alguns outros polimorfos de gelo são encontrados.
“É de grande interesse para a astrofísica conhecer a densidade e as propriedades das fases do gelo, para poder compreender o comportamento dos mantos ou núcleos gelados destes corpos celestes”, disse.
E ainda existem muitos mais polimorfos de gelo por aí. A descoberta do gelo XIX faz seis polimorfos de gelo descobertos na Universidade de Innsbruck desde os anos 1980, e Loerting espera que sua equipe descubra o próximo também. “A corrida pelo gelo XX começou ontem e espero que meu grupo de pesquisa seja o único a publicá-la”, disse ele.
Publicado em 10/03/2021 09h10
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