p Três anos atrás, Químicos da Universidade de Innsbruck encontraram evidências da existência de uma nova variedade de gelo. Até então, 18 tipos de gelo cristalino eram conhecidos. A equipe liderada por Thomas Loerting agora relata em Nature Communications na elucidação da estrutura cristalina do gelo XIX usando difração de nêutrons. p O gelo é um material versátil. Em flocos de neve ou cubos de gelo, os átomos de oxigênio estão dispostos hexagonalmente. Esta forma de gelo é chamada de gelo um (gelo I). "Estritamente falando, Contudo, estes não são cristais realmente perfeitos, mas sistemas desordenados em que as moléculas de água são orientadas aleatoriamente em diferentes direções espaciais, "explica Thomas Loerting, do Instituto de Físico-Química da Universidade de Innsbruck, Áustria. Incluindo gelo I, 18 formas cristalinas de gelo eram conhecidas até agora, que diferem no arranjo de seus átomos. Os diferentes tipos de gelo, conhecidos como polimorfos, formam-se dependendo da pressão e da temperatura e têm propriedades muito diferentes. Por exemplo, seus pontos de fusão diferem em várias centenas de graus Celsius. "É comparável ao diamante e ao grafite, ambos feitos de carbono puro, "explica o químico.

p Variedade gelada

p Quando o gelo convencional I é resfriado fortemente, os átomos de hidrogênio podem se organizar periodicamente além dos átomos de oxigênio se o experimento for conduzido corretamente. Abaixo de menos 200 graus Celsius, isso pode levar à formação do chamado gelo XI, em que todas as moléculas de água são ordenadas de acordo com um padrão específico. Essas formas de gelo ordenadas diferem das formas parentais desordenadas, especialmente em suas propriedades elétricas. No trabalho atual, os químicos de Innsbruck lidam com a forma parental de gelo VI, que é formado em alta pressão, por exemplo, no manto da Terra. Como gelo hexagonal, esta forma de gelo de alta pressão não é um cristal completamente ordenado.

p Mais de 10 anos atrás, pesquisadores da Universidade de Innsbruck produziram uma variante deste gelo ordenada por hidrogênio, que encontrou seu caminho em livros didáticos como gelo XV. Ao mudar o processo de fabricação, há três anos, a equipe de Thomas Loerting conseguiu pela primeira vez criar uma segunda forma ordenada para o gelo VI. Para fazer isso, os cientistas diminuíram significativamente o processo de resfriamento e aumentaram a pressão para cerca de 20 kbar. Isso lhes permitiu organizar os átomos de hidrogênio de uma segunda maneira na rede de oxigênio e produzir gelo XIX. "Encontramos evidências claras na época de que é uma nova variante ordenada, mas não fomos capazes de elucidar a estrutura do cristal. "Agora sua equipe conseguiu fazer exatamente isso usando o padrão ouro para determinação da estrutura - difração de nêutrons.

p Estrutura de cristal resolvida

p Para o esclarecimento da estrutura cristalina, um obstáculo técnico essencial teve que ser superado. Em uma investigação usando difração de nêutrons, é necessário substituir o hidrogênio leve da água pelo deutério ("hidrogênio pesado").

p "Infelizmente, isso também muda as escalas de tempo para pedidos no processo de fabricação de gelo, "diz Loerting." Mas Ph.D. o aluno Tobias Gasser teve então a ideia crucial de adicionar uma pequena porcentagem de água normal à água pesada - o que acabou acelerando imensamente o pedido. "Com o gelo obtido dessa forma, os cientistas de Innsbruck finalmente conseguiram medir dados de nêutrons no instrumento HRPD de alta resolução do Laboratório Rutherford Appleton, na Inglaterra, e resolver meticulosamente a estrutura cristalina do gelo XIX. Isso exigia encontrar a melhor estrutura de cristal entre vários milhares de candidatos a partir dos dados medidos - bem como procurar uma agulha em um palheiro. Um grupo de pesquisa japonês confirmou o resultado de Innsbruck em outro experimento sob diferentes condições de pressão. Ambos os artigos já foram publicados conjuntamente em Nature Communications .

p Seis formas de gelo descobertas em Innsbruck

p Embora o gelo e a neve convencionais sejam abundantes na Terra, nenhuma outra forma é encontrada na superfície de nosso planeta - exceto em laboratórios de pesquisa. Contudo, as formas de alta pressão gelo VI e gelo VII são encontradas como inclusões em diamantes e, portanto, foram adicionadas à lista de minerais da International Mineralogical Association (IMA). Muitas variedades de gelo de água são formadas na vastidão do espaço sob condições especiais de pressão e temperatura. Eles são encontrados, por exemplo, em corpos celestes, como a lua de Júpiter, Ganimedes, que é coberto por camadas de diferentes variedades de gelo.

p Ice XV e ice XIX representam o primeiro par de irmãos na física do gelo em que a rede de oxigênio é a mesma, mas o padrão de ordenação dos átomos de hidrogênio é diferente. "Isso também significa que, pela primeira vez, agora será possível realizar a transição entre duas formas de gelo ordenadas em experimentos, "Thomas Loerting tem o prazer de relatar. Desde a década de 1980, pesquisadores da Universidade de Innsbruck, Áustria, são agora responsáveis ​​pela descoberta de quatro formas de gelo cristalinas e duas amorfas.

p O atual trabalho de pesquisa foi realizado no âmbito da Plataforma de Pesquisa para Materiais e Nanociência da Universidade de Innsbruck e foi financiado pelo Fundo de Ciência Austríaco FWF.