p Algo quase mágico acontece quando você coloca uma bandeja cheia de respingos, água líquida em um freezer e sai mais tarde como um rígido, cristal sólido de gelo. Químicos da Universidade de Utah abriram um pouco mais a cortina sobre o processo de congelamento, particularmente nas nuvens. p A pesquisa mostra que quando as gotas de água congelam nas nuvens, a estrutura do cristal de gelo não é necessariamente a clássica estrutura hexagonal do floco de neve. Em vez, uma estrutura de gelo mais desordenada se forma mais facilmente do que o gelo hexagonal sob certas condições de nuvem, permitindo que as gotas de água nas nuvens transformem-se em gelo mais rapidamente do que o previsto anteriormente. O trabalho concilia modelos teóricos de nuvens com observações de taxas de congelamento. O estudo é publicado em Natureza .

p Por que a água congela

p Mesmo em climas quentes, a precipitação geralmente começa com gotículas de água nas nuvens transformando-se em gelo. Porque? "Essas gotículas de líquido podem crescer até certo tamanho, "diz Valeria Molinero, professor de química da Universidade de Utah, "mas crescer a um tamanho que seja grande o suficiente para que possa cair do céu, essas gotículas precisam crescer muito mais. "

p A melhor maneira de crescer é virar gelo. Uma pequena partícula atmosférica, chamado de aerossol, pode iniciar o processo de congelamento em água gelada. Ou o processo pode começar espontaneamente, com uma pequena região de moléculas de água ordenadas aparecendo dentro da gota. Se esse "cristalito" for grande o suficiente, então a gota pode congelar e continuar a crescer puxando o vapor de água circundante. O processo de crescimento de cristais a partir de um pequeno núcleo é denominado nucleação.

p Superando a barreira

p Pequenos núcleos de cristal enfrentam uma barreira ao crescimento. Por causa das interações entre um pequeno sólido e seu ambiente líquido, um cristalito precisa crescer até certo tamanho para poder continuar crescendo e não simplesmente derreter. Imagine uma colina. Se você empurra uma pedra morro acima, mas não faz todo o caminho até o topo, a rocha rola de volta para onde você começou. Mas se você empurrar longe o suficiente, ele desce do outro lado. O topo da colina (chamado de barreira de energia livre) define o tamanho crítico para continuar a crescer o cristalito.

p "O foco do nosso artigo é mostrar qual é a estrutura do cristalito no topo desta barreira e qual é a implicação para a taxa de nucleação, "Molinero diz.

p Anteriormente, os químicos presumiram que a estrutura do gelo no topo da barreira de energia era a estrutura hexagonal vista nos flocos de neve (embora os flocos de neve sejam muito maiores do que os cristalitos). É uma estrutura muito estável. "A suposição de que é hexagonal é a mais intuitiva, "diz Laura Lupi, um pós-doutorado e primeiro autor no Natureza papel.

p Bolo de camadas misturado

p Simulações anteriores descobriram que, em algumas condições de nuvem, Contudo, os cristalitos com estrutura desordenada foram mais favorecidos. Essas estruturas "desordenadas de empilhamento" são uma mistura de moléculas em camadas que não se acomodam na estrutura de cristal hexagonal ou cúbica. Em seu estudo, Lupi e Molinero descobriram que a uma temperatura de 230 K, ou -45 graus Farenheit, a barreira de energia livre para o cristalito desordenado de empilhamento é 14 kJ / mol menor do que para o gelo hexagonal. Em outras palavras, gelo desordenado tem uma "colina" muito menor do que o gelo hexagonal e se forma em torno de 2, 000 vezes mais rápido.

p Isso ajuda os modeladores de nuvem a entender melhor seus dados de observação sobre as taxas de congelamento em nuvens. Modelos de nucleação anteriores usando gelo hexagonal não conseguiam capturar todo o comportamento de uma nuvem porque esses modelos extrapolavam as taxas de nucleação em temperaturas de nuvem sem entender os efeitos da temperatura nessas taxas. O estudo de Lupi e Molinero começa a corrigir esses modelos. "As taxas de nucleação de gelo só podem ser medidas em uma faixa muito estreita de temperaturas, "Molinero diz, "e é extremamente desafiador extrapolá-los para temperaturas mais baixas que são importantes para as nuvens, mas inacessíveis para os experimentos."

p Em virtude de seu tamanho, flocos de neve são mais estáveis ​​como gelo hexagonal, Lupi e Molinero falam. Suas descobertas se aplicam apenas a cristalitos muito pequenos. Lupi diz que seu trabalho pode ajudar os modeladores de nuvem a criar modelos mais precisos da fase da água dentro das nuvens. "Se você tem tantas gotas de água em uma determinada temperatura, você quer prever quantas se transformarão em gotas de gelo, ", diz ela. Melhores modelos de nuvens podem levar a um melhor entendimento de como as nuvens refletem o calor e produzem precipitação.

p Molinero diz que seu trabalho melhora a compreensão fundamental da velocidade com que a água forma gelo - um processo que ocorre nas nuvens e congeladores todos os dias. E é um processo, não é um evento instantâneo, Molinero acrescenta. "A transformação não é só descer abaixo de zero e pronto, "ela diz." Há uma taxa em que a transição acontece, controlada pela barreira de nucleação. E a barreira é menor do que o previsto anteriormente. "