Cientistas desvendam comportamento da água em estado líquido

A partir de simulações computacionais, cientistas da Universidade da Califórnia, em San Diego, nos Estados Unidos, conseguiram comprovar um fenômeno da água existente na teoria, mas nunca diretamente observado.

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Os pesquisadores conseguiram detectar que, em alta pressão e baixa temperatura, a água líquida se separa em duas fases líquidas distintas: uma de alta densidade e outra de baixa densidade. O trabalho está publicado na revista Nature Physics.

De acordo com os responsáveis pela pesquisa, a descoberta é importante porque ajuda a compreender o comportamento da água em nível molecular e abre caminho para o desenvolvimento de líquidos sintéticos com transições líquido-líquido similares, mas em condições ambientais normais. Essas substâncias poderiam ser utilizadas em aplicações como a captura de poluentes e a dessalinização da água, por exemplo.

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A equipe, liderada pelo professor sco Paesani, conduziu simulações que revelaram o ponto crítico no qual a temperatura é baixa o suficiente (198 Kelvin ou -103 Fahrenheit) e a pressão é alta o suficiente (1.250 atmosferas) para que a água se separe espontaneamente em líquidos de alta e baixa densidade.

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Nesse ponto crítico, a água exibe oscilações selvagens entre as fases de alta e baixa densidade. Abaixo dessa pressão, a água retorna à sua fase de baixa densidade; acima dela, ela muda completamente para a fase de alta densidade. “É um fenômeno inesperado que se desenrola no nível molecular”, diz o professor.

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A execução de simulações para a pesquisa levou quase dois anos de cálculos ininterruptos usando alguns dos supercomputadores mais poderosos do mundo, incluindo o Expanse no San Diego Supercomputer Center, que é um pilar da nova Escola de Computação, Informação e Ciências de Dados da Universidade de San Diego.

No futuro, conforme a tecnologia se desenvolve, Paesani espera que a pesquisa possa ser usada para conceber líquidos sintéticos que em por uma transição líquido-líquido semelhante à da água, mas que possam fazê-lo em condições cotidianas. Líquidos porosos que podem ar de baixa para alta densidade se comportariam de forma semelhante às esponjas e poderiam ser usados para capturar poluentes ou auxiliar na dessalinização da água.

"A simulação levou quase dois anos, então esta é uma conquista realmente emocionante", afirma Paesani. “Acho que nossa estimativa é muito realista. Agora cabe aos pesquisadores experimentais ver se nossas previsões estão corretas”, completa.