À medida que os americanos se preparam para o inverno, muitos enfrentarão um dos seus inimigos mais difíceis:o gelo. Desde atrasar voos até tornar as estradas escorregadias, a acumulação de gelo nas superfícies causa estragos de várias maneiras.



Mas nem todo gelo é criado da mesma forma. Em uma nova pesquisa da Universidade de Illinois em Chicago, os cientistas estudaram a viscosidade do gelo contendo contaminantes cotidianos, como sal, sabão e álcool. A maioria dos estudos de laboratório normalmente testa gelo feito de água pura, mas na natureza o gelo raramente é puro.

“Sejam calçadas sujas ou cascos de navios marítimos que navegam no Ártico, sempre há impurezas lá”, disse o autor sênior Sushant Anand, professor associado de engenharia mecânica e industrial na UIC. "Portanto, a questão natural que vem à mente é:Qual é a influência desses compostos na força com que o gelo adere às superfícies?"

O laboratório de Anand preparou gelo com concentrações variadas de contaminantes e testou a força com que eles aderiam a diferentes materiais industriais. Surpreendentemente, descobriram que o gelo impuro era muito menos pegajoso do que o gelo feito de água pura sob certas condições.

A causa dessa escorregadia remonta à forma como a água congela quando contém impurezas e à estrutura única onde o gelo toca um material sólido, chamada camada quase líquida.

"A região de gelo perto de um sólido tem propriedades semelhantes às de um líquido, e sua espessura pode contribuir para a firmeza do gelo", disse Anand. “Mas esta região é realmente difícil de analisar através de experiências”.

Então, ele se uniu ao colega da UIC, Subramanian Sankaranarayanan, e seu grupo no Laboratório Nacional UIC/Argonne para estudar essa camada e como ela muda com diferentes níveis de impurezas, usando simulações de dinâmica molecular. Eles descobriram que, à medida que a água impura congela, ela expele contaminantes que drenam ao longo dos canais e limites dos grãos de gelo em direção à base do gelo, onde forma uma camada líquida que confere ao gelo uma maior escorregadiabilidade.

"Esses insights podem levar ao projeto de técnicas de preparação para o inverno de próxima geração que liberam lentamente contaminantes para promover fácil derramamento de gelo", disse o Ph.D. estudante Rukmava Chatterjee, primeiro autor do artigo.

Os surpreendentes resultados dos testes levantaram outra questão:se pequenas concentrações de sal tornam o gelo menos propenso a aderir às superfícies, porque é que os navios em climas árticos que navegam através de água salgada ainda lutam com a formação de gelo?

Experimentos revelaram que a taxa de congelamento da água pode influenciar a forma como as impurezas migram para regiões onde o gelo toca um sólido. Um processo de congelamento lento causa o isolamento dos contaminantes em bolsas concentradas ou até mesmo a expulsão completa, produzindo gelo mais puro e mais forte. O congelamento mais rápido preserva os contaminantes dentro do gelo e seu acúmulo na interface gelo-sólido, levando a uma adesão mais fraca.

"Nosso estudo representa apenas a ponta do iceberg, abrindo novas linhas de investigação sobre como o gelo impuro adere, com implicações generalizadas em múltiplas disciplinas", disse Anand.

As descobertas foram publicadas na revista Materials Horizons .

Mais informações: Rukmava Chatterjee et al, Adesão de gelo impuro em superfícies, Materials Horizons (2023). DOI:10.1039/D3MH01440A
Informações do diário: Horizontes de Materiais

Fornecido pela Universidade de Illinois em Chicago