Revelando os segredos das propriedades físicas da água

Pesquisa da Unesp em Rio Claro é publicada na Scientific Reports, do grupo Nature

26/08/2019 por: IGCE e ACI Unesp

Patos em lago parcialmente congelado na Johannes Kepler University Linz, na Áustria

 

A água pode ser considerada a substância mais conhecida entre nós. Mesmo os menos interessados em ciência têm conhecimento da sua fórmula química: H2O. É responsável pela manutenção da vida na Terra e harmonia do meio ambiente, utilizada tanto na nossa higiene pessoal quanto para regar plantas, “matar” a sede, entre outras tantas aplicações.

Quando fervemos a água para preparar um café ou um chá estamos diante de uma mudança de estado físico da água, chamada evaporação: passagem de uma substância da fase líquida para a fase gasosa.

Analogamente, quando colocamos a água na forma líquida no congelador e a mesma passa à fase sólida, temos aqui a solidificação, a formação do gelo.

Este processo ocorre em temperaturas em torno de 0°C (zero grau Celsius). No entanto, em condições apropriadas, é possível se resfriar a água abaixo de 0°C e ainda manter a fase líquida. Ou seja, podemos ter a água ainda na forma líquida abaixo de 0°C. Esta é a chamada fase “super-resfriada” da água, cujo entendimento constitui tópico atual de pesquisa científica.

Em trabalho recente, publicado no periódico científico internacional Scientific Reports, do grupo Nature, pesquisa desenvolvida na Unesp revelou através de um modelo teórico que existe um segundo ponto crítico na fase super-resfriada da água.  

O artigo completo publicado pela Scientific Reports, intitulado “Enhanced Grüneisen Parameter in Supercooled Water”, pode ser lido neste link.

Essencialmente, um ponto crítico pode ser entendido como uma condição física em que várias grandezas físicas, como a chamada expansão térmica e compressibilidade, possuem comportamento anômalo.
Um outro efeito interessante que pode ser observado com relação às vizinhanças do ponto crítico da água é o fenômeno de opalescência crítica. Neste caso, os “tamanhos relativos” da fase gasosa e da fase líquida da água coexistem em diferentes percentuais que variam conforme as condições de temperatura e pressão.

Este efeito é o responsável pela aparência transparente do gelo quando água é previamente aquecida a altas temperaturas e posteriormente solidificada em ambientes isolados, onde não há presença significativa de oxigênio.

Os pesquisadores aplicaram o mesmo modelo para sistemas supercondutores à base de ferro e os resultados obtidos sugerem a existência de um ponto crítico para estes sistemas também. Ainda, considerando seu caráter universal, o modelo pode ser estendido para diversos outros sistemas de interesse.

A pesquisa foi liderada pelo professor Mariano de Souza, do Departamento de Física do Instituto de Geociências e Ciências Exatas (IGCE) da Unesp em Rio Claro. Assinam também o artigo o estudante de doutorado Gabriel Gomes, da USP, e o renomado físico americano H. Eugene Stanley, da Boston University.

O docente da Unesp teve o primeiro contato com a Teoria de Percolação, que possui relação com fenômenos críticos, em 1995 e desde então trabalha no tema.

“Temos a perspectiva de aplicar o referido modelo teórico para outros sistemas que apresentam duas escalas de energia”, afirma o professor do IGCE. “Em suma, o modelo é universal e pode ser aplicado para qualquer sistema que seja descrito por duas escalas de energia”, diz Mariano de Souza.
Mais informações sobre o grupo de pesquisa podem ser obtidas na página do Solid State Physics Group. O grupo oferece amplas oportunidades de pesquisa.