Um novo estudo examinando como o gelo se forma a partir da água pura descobriu que a geometria da superfície em que a água está pode afetar se ela congela ou não, sugerindo que a geometria da superfície desempenha um papel importante na formação de gelo. Uma maior compreensão de como as formas de gelo podem ter implicações que vão desde a segurança do transporte até a produção de alimentos.

O gelo normalmente se forma em torno de partículas como pólen ou poeira, mas a água ultra-pura pode permanecer líquida até -40 graus Celsius. Por causa disso, a superfície em que a água ultra-pura está pode ter um grande impacto na formação de cristais de gelo. No entanto, não existe uma teoria bem-sucedida para prever quais materiais são bons na formação de gelo.

Usando uma simulação de computador, pesquisadores da George Washington University descobriram que o gelo se forma de forma mais eficiente em forma de cunha contendo ângulos de 45 ou 70 graus, provavelmente porque permite que as moléculas de água se alinhem de uma forma que ajuda a formar uma rede de gelo. Portanto, uma superfície texturizada com esses ângulos minúsculos congelaria antes de uma superfície com uma geometria diferente. Antes dessa descoberta, nenhum outro modelo foi capaz de ajudar a prever qual geometria de superfície pode desencadear a formação de gelo.

"Não foi muito surpreendente para nós ver a formação de gelo sendo acelerada por uma cunha de 70 graus, porque combina perfeitamente com a ordem cristalina do gelo, "disse Tianshu Li, professor associado de engenharia civil e ambiental e autor correspondente do artigo. "A verdadeira surpresa veio quando descobrimos que uma cunha de 45 graus é quase igualmente eficaz em catalisar a formação de gelo."

A equipe de pesquisa descobriu que uma cunha de 45 graus promove a formação de um cristal de gelo imperfeito contendo algo chamado defeito topológico. Defeitos topológicos em materiais são áreas irregulares em uma estrutura perfeitamente uniforme.

"Uma vez que esse defeito é formado, pode facilitar o crescimento de gelo regular ao seu redor, "Dr. Li disse.

Esta é a primeira vez que um estudo fornece evidências teóricas claras sobre o papel explícito dos defeitos na formação de cristais.

Embora a formação de gelo seja um fenômeno diário, o processo de congelamento é mal compreendido. Os pesquisadores esperam contribuir para uma melhor compreensão da formação e do crescimento dos cristais de gelo, aplicando a pesquisa dos modelos de computador a laboratórios físicos para testes adicionais.

Ao compreender como controlar se os cristais de gelo se formam ou crescem, os pesquisadores têm o potencial de influenciar tudo, desde superfícies de aviões que impedem o crescimento do gelo até sorvetes de melhor sabor.

"Essa descoberta também tem aplicações além da formação de gelo, "Li disse." Como a formação de cristais é um processo importante em outros campos, nosso estudo também pode influenciar a produção de novos materiais e a cristalização de produtos farmacêuticos. "