p O congelamento da água é um dos processos mais comuns. Contudo, compreender a microestrutura do gelo e suas redes de ligações de hidrogênio tem sido um desafio. p Prevê-se que a estrutura de baixa energia de um octâmero de água seja nominalmente cúbica, com oito moléculas de água tri-coordenadas nos oito cantos do cubo. Essas moléculas de água tri-coordenadas foram identificadas na superfície do gelo.

p Apenas alguns estudos de fase gasosa foram realizados para a caracterização experimental do octâmero de água, e duas estruturas quase isoenergéticas com D _2d e S ₄ simetria são encontradas.

p Este entendimento agora mudou. Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Jiang Ling e Prof. Yang Xueming do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com o Prof. Li Jun da Universidade de Tsinghua, revelou a coexistência de cinco isômeros cúbicos no menor cubo de gelo, incluindo dois com quiralidade.

p O estudo foi publicado em Nature Communications em 28 de outubro.

p O Prof. Jiang e o Prof. Yang desenvolveram um método de espectroscopia infravermelha de aglomerados neutros baseado em um laser de elétron livre ultravioleta a vácuo sintonizável (VUV-FEL). Este método criou um novo paradigma para o estudo de espectros vibracionais de uma ampla variedade de aglomerados neutros que não podiam ser estudados antes.

p "Medimos o espectro infravermelho do octâmero de água neutra selecionado por tamanho usando o esquema infravermelho baseado em VUV-FEL, "disse o Prof. Jiang.

p "Observamos as características distintas nos espectros, e identificou isômeros cúbicos adicionais com C ₂ e C _eu simetria, que coexistia com o D mínimo global _2d e S ₄ isômeros em temperatura finita do experimento, "disse o Prof. Yang.

p A equipe do Prof. Li conduziu estudos de química quântica para entender a estrutura eletrônica do octâmero de água. Eles descobriram que as energias relativas dessas estruturas refletem dependentes da topologia, interações de ligações de hidrogênio multicêntricas deslocalizadas.

p O estudo demonstrou que mesmo com um motivo estrutural comum, o grau de cooperatividade entre a rede de ligações de hidrogênio criou uma hierarquia de espécies distintas. Ele forneceu informações cruciais para a compreensão fundamental dos processos de formação da nuvem, aerossol, e gelo, especialmente sob resfriamento rápido.

p Suas descobertas fornecem uma referência para a descrição precisa dos potenciais intermoleculares da água para compreender as propriedades macroscópicas da água, e estimular um estudo mais aprofundado das estruturas intermediárias de gelo formadas no processo de cristalização do gelo.