Pesquisadores da Universidade de Tóquio usaram métodos computacionais e análises de dados experimentais recentes para demonstrar que as moléculas de água assumem duas estruturas distintas no estado líquido. A equipe investigou o espalhamento de fótons de raios-X através de amostras de água e mostrou uma distribuição bimodal oculta sob o primeiro pico de difração que resultou de arranjos tetraédricos e não tetraédricos de moléculas de água. Este trabalho pode ter implicações importantes em toda a ciência, mas especialmente no que diz respeito aos sistemas vivos, como proteínas e estruturas celulares, que são fortemente afetados por suas moléculas de água circundantes.

Dada a onipresença da água em nosso planeta e o papel central que ela desempenha em todas as formas de vida conhecidas, pode ser difícil acreditar que ainda haja algo a aprender sobre esse fluido tão familiar. Uma molécula simples composta de apenas dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio; a água ainda esconde mistérios fundamentais que ainda precisam ser desvendados. Por exemplo, água tem pontos de fusão e ebulição excepcionalmente altos, e até se expande quando congela (ao contrário da maioria dos líquidos, qual contrato). Estas e outras propriedades incomuns o tornam muito diferente de quase todos os outros líquidos, mas também permitir que exista a vida como a conhecemos.

A estranheza da água pode ser melhor compreendida pensando sobre as interações únicas entre H ₂ Moléculas O - a ligação de hidrogênio. A água tende a formar quatro ligações de hidrogênio com seus quatro vizinhos, o que leva a arranjos tetraédricos dos vizinhos. Tais arranjos podem ser amplamente distorcidos sob flutuações térmicas. Contudo, se a distorção leva à coexistência de arranjos tetraédricos e não tetraédricos distintos permanece controverso.

Agora, cientistas da Universidade de Tóquio combinaram simulações de computador e a análise de dados experimentais de espalhamento para encontrar o "fator de estrutura" da água - a função matemática que representa os caminhos dos raios X dispersos quando eles espalham os átomos de hidrogênio e oxigênio. A análise mostrou dois picos sobrepostos escondidos no primeiro pico de difração do fator de estrutura. Um desses picos correspondia à distância entre os átomos de oxigênio como em líquidos comuns, enquanto o outro indicava uma distância maior, como em um arranjo tetraédrico. "A combinação de novos métodos computacionais e análise de dados recentes de espalhamento de raios-X nos permitiu ver o que não era visível em trabalhos anteriores, "explica o primeiro autor do estudo, Rui Shi.

Esta descoberta pode ter implicações enormes em muitos campos científicos. Saber a ordem estrutural exata da água é fundamental para uma compreensão completa da biologia molecular, química, e até mesmo muitas aplicações industriais. "É muito gratificante poder desvendar a estrutura líquida de uma substância tão fundamental, ", disse o autor sênior Hajime Tanaka.