Crédito:Canadian Light Source
Quase três quartos da superfície da Terra são cobertos por água. Quase dois terços do corpo humano são compostos por ele. Nós bebemos. Nós o usamos em nossas casas e na indústria. Como um sólido, é gelo. Como um gás, é vapor.
"Ninguém entende a água, a estrutura da água. A água tem muitas anomalias, "diz John Tse, Professor de física da Universidade de Saskatchewan e Cátedra de Pesquisa em Ciência de Materiais do Canadá.
Tse se comprometeu décadas em aprender mais sobre o que muitos de nós consideramos natural. No processo, ele refutou uma hipótese fundamental de longa data sobre a água. Os resultados foram publicados neste outono em Cartas de revisão física .
Curioso sobre a água e como ela se comporta quando comprimida em um sólido, Tse estava interessado em um experimento conduzido em 1985 por alguns de seus colegas quando trabalhava no National Research Council. Eles descobriram um fenômeno incomum. Quando eles comprimiram gelo em baixas temperaturas, em vez de se transformar em uma forma cristalina de alta pressão, onde os átomos são organizados em um padrão de rede, o gelo se converteu em um sólido amorfo e os átomos ficaram desorganizados. Eles levantaram a hipótese de que isso era devido ao "derretimento" do gelo em alta pressão. Se fosse esse o caso, o estado desordenado seria semelhante ao da água.
Essas conclusões não foram bem aceitas por Tse porque a consequência seria que a água líquida é uma mistura de dois líquidos com densidades diferentes. No momento, Contudo, nem a tecnologia nem o conhecimento estavam disponíveis para testar a hipótese.
"A pergunta que ninguém fez foi se a hipótese estava correta, " ele diz.
Estruturas cristalinas teóricas de (a) gelo Ih e (b) fase cristalina intermediária. A fase cristalina intermediária é uma forma de gelo Ih distorcida por cisalhamento no plano basal ab devido ao amolecimento do módulo de elasticidade C66. O átomo de oxigênio na fase intermediária mudou ligeiramente da posição original do gelo Ih. Assim, quando vista abaixo do eixo c, os átomos de oxigênio não estão mais alinhados ao longo do eixo c como no gelo Ih. Crédito:Canadian Light Source
Trinta anos depois, Tse e uma equipe de pesquisa usaram duas linhas de luz na Fonte Avançada de Fótons, um dos quais é administrado pela Canadian Light Source nos EUA. Em seu artigo, "Kinetically Controlled Two-Step Amorphization and Amorphous-Amorphous Transition in Ice, "Tse relata que o estado" semelhante à água "era na verdade uma fase cristalina intermediária e não líquida.
"Isso muda tudo a ver com a água, "diz Tse.
"Descrevemos como o gelo pode mudar de uma forma para outra. Esse é o significado do resultado, a razão pela qual isso é tão importante. Mapeamos o diagrama de fase na fase amorfa. É um guia para dizer quais são as propriedades da matéria em uma determinada condição de pressão-temperatura. "
A ciência é movida por curiosidade ou necessidade ou ambos, disse Tse.
"A ciência fundamental é um trabalho importante. Se não trabalharmos na ciência fundamental, não saberemos de onde viemos. Estaremos perdendo algo. A curiosidade impulsiona esta pesquisa. Tínhamos uma hipótese fundamental e fizemos o experimento e tentamos esclarecer. Agora sabemos exatamente o que está acontecendo. "
Tse continua seu trabalho sobre a água e como ela muda em função da pressão e da temperatura. A água é ainda mais complicada porque os átomos estão se movendo. No gelo, os átomos não se movem, mas estão desordenados. Em ambos os casos, ele diz, ainda há mais para aprender.
"Você sempre olha para velhos problemas que não foram resolvidos, mas com o desenvolvimento de um novo instrumento e uma nova teoria, você pode ser capaz de resolver o problema antigo e, em seguida, construir sobre ele. "
