Água, sempre importante, sempre controverso, sempre fascinante, permanece surpreendente. Para uma substância que é onipresente na Terra, três quartos do nosso planeta estão cobertos com ele, pesquisadores ainda podem se surpreender com algumas de suas propriedades, de acordo com o químico C. Austen Angell da Arizona State University.

Angell, um Professor Regentes na Escola de Ciências Moleculares da ASU, passou boa parte de sua ilustre carreira rastreando algumas das propriedades físicas mais curiosas da água. Em uma nova pesquisa publicada em Ciência (9 de março), Angell e colegas da Universidade de Amsterdã, pela primeira vez, observaram uma das propriedades mais intrigantes previstas pelos teóricos da água - que, com super-resfriamento suficiente e sob condições específicas, ele mudará repentinamente de um líquido para um diferente. O novo líquido ainda é água, mas agora é de densidade mais baixa e com um arranjo diferente das moléculas ligadas por hidrogênio com ligação mais forte que o torna um líquido mais viscoso.

"Não tem nada a ver com 'poli-água, '"Angell acrescenta, relembrando um fiasco científico de muitas décadas atrás. O novo fenômeno é uma transição de fase líquido-líquido, e até agora só tinha sido visto em simulações de computador de modelos de água.

O problema de observar este fenômeno diretamente na água real é que, pouco antes de a teoria dizer que deveria acontecer, a água real de repente se cristaliza em gelo. Isso tem sido chamado de "cortina de cristalização" e manteve o progresso na compreensão da física da água e da água na biologia por décadas.

"O domínio entre essa temperatura de cristalização e a temperatura muito mais baixa em que a água vítrea (formada pela deposição de moléculas de água do vapor) cristaliza durante o aquecimento é conhecido como uma 'terra de ninguém, '", Disse Angell." Encontramos uma maneira de puxar a' cortina de cristalização 'apenas o suficiente para ver o que acontece por trás - ou mais corretamente, abaixo - isso, "Disse Angell.

As transições de fase da água são importantes para entender para uma infinidade de aplicações. Por exemplo, o conhecido e destrutivo levantamento de estradas e caminhos de concreto no inverno é devido à transição de fase da água para o gelo sob o concreto. A transição de fase entre os estados líquidos, descrito no trabalho atual, tem muito em comum com a transição para o gelo, mas ocorre a uma temperatura muito mais baixa, cerca de -90 C (-130 F), e apenas em condições super-resfriadas, portanto, é provável que permaneça principalmente uma curiosidade científica no futuro previsível.

Angell explicou que há alguns anos ele e seu pesquisador associado Zuofeng Zhao, estavam estudando o comportamento térmico de um tipo especial de solução aquosa "ideal" que vinham usando para explorar o dobramento e o desdobramento de proteínas globulares. Eles queriam observar a capacidade dessas soluções de superresfriar e, em seguida, vitrificar. Buscando o limite para o domínio glassy, eles adicionaram água extra para aumentar a probabilidade de cristalização de gelo e descobriram que, em vez de finalmente evoluir o calor como gelo cristalizado (deixando uma solução residual descongelada), como é normalmente encontrado ao resfriar soluções salinas, na verdade, ele liberou calor para formar uma nova fase líquida.

O novo líquido era muito mais viscoso, talvez até vítreo. Além disso, invertendo a direção da mudança de temperatura, Angell e Zhao descobriram que podiam transformar a nova fase de volta na solução original antes que qualquer gelo começasse a cristalizar.

"Esta observação, publicado em Angewandte Chemie, despertou um interesse considerável, mas não havia informações estruturais para explicar o que estava acontecendo, "Disse Angell. Isso mudou quando Angell visitou a Universidade de Amsterdã, dois verões atrás, e conheceu Sander Woutersen, um especialista em espectroscopia de infravermelho que se interessou muito pelos aspectos estruturais do fenômeno.

No artigo da Science, a equipe com Woutersen, seu aluno Michiel Hilbers e seu colega computacional Bernd Ensing mostraram agora que as estruturas envolvidas na transição líquido-líquido têm as mesmas assinaturas espectroscópicas - e os mesmos padrões de ligação de hidrogênio - como são vistos nas duas formas vítreas conhecidas de gelo produzidas por laborioso processos alternativos (fases sólidas amorfas de alta e baixa densidade de água).

"A transição líquido-líquido que encontramos agora era vista como o 'análogo vivo' da mudança entre dois estados vítreos de água pura relatados em 1994, usando pressão pura como força motriz, "Angell explicou.

Os resultados parecem "fornecer evidências diretas da existência de uma transição líquido-líquido por trás da 'cortina de cristalização' em água pura, "Woutersen disse, acrescentando que os resultados oferecem uma explicação geral para as anomalias termodinâmicas da água líquida, e uma validação para a "teoria do segundo ponto crítico" apresentada pelo grupo de Gene Stanley para explicar essas anomalias.

"Este comportamento é quase único entre a miríade de líquidos moleculares conhecidos, "Angell acrescentou." Acredita-se que apenas algumas outras substâncias o exibam, mas nenhum foi provado até agora. "