Falta de cor da água, gosto e cheiro fazem com que pareça simples - e em um nível molecular, isto é. Contudo, quando muitas moléculas de água se juntam, elas formam uma rede altamente complexa de ligações de hidrogênio. Acredita-se que essa rede seja responsável por muitas das propriedades peculiares da água líquida, mas seu comportamento ainda não foi totalmente compreendido.

Agora, os pesquisadores investigaram os movimentos das moléculas na água líquida que ocorrem em menos de 100 milionésimos de bilionésimo de segundo, ou femtossegundos. Uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Universidade de Estocolmo realizou os experimentos com o laser de raios-X Linac Coherent Light Source (LCLS) no Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia. Eles publicaram seu relatório esta semana em Nature Communications .

O estudo é o primeiro a "fotografar" moléculas de água nesta escala de tempo com uma técnica chamada espectroscopia ultrarrápida de correlação de fótons de raios-X, que reflete os pulsos de raios-X nas moléculas para produzir uma série de padrões de difração. A variação da duração dos pulsos de raios-X varia essencialmente o tempo de exposição, e qualquer movimento das moléculas de água durante uma exposição irá desfocar a imagem resultante. Ao analisar o desfoque produzido por diferentes tempos de exposição, os cientistas foram capazes de extrair informações sobre o movimento molecular.

Nesta escala de tempo, foi assumido que as moléculas de água se movem aleatoriamente devido ao calor, comportando-se mais como um gás do que como um líquido. Contudo, os experimentos indicam que a rede de ligações de hidrogênio desempenha um papel mesmo nesta escala de tempo ultrarrápida, coordenando os movimentos das moléculas de água em uma dança intrincada, que se torna ainda mais pronunciado quando a água é "super-resfriada" abaixo de seu ponto normal de congelamento.

"A chave para entender a água em um nível molecular é observar as mudanças na rede de ligações de hidrogênio, que pode desempenhar um papel importante na atividade biológica e na vida como a conhecemos, "diz Anders Nilsson, professor da Universidade de Estocolmo e ex-professor do SLAC.

Adiciona o pesquisador da Universidade de Estocolmo, Fivos Perakis, "É uma capacidade totalmente nova poder usar lasers de raios-X para ver o movimento das moléculas em tempo real. Isso pode abrir um novo campo de investigações nessas escalas de tempo, combinado com a sensibilidade estrutural única dos raios-X. "

Os resultados experimentais foram reproduzidos por simulações de computador, que indicam que a dança coordenada das moléculas de água se deve à formação de estruturas tetraédricas transitórias.

"Estudei a dinâmica da água líquida e super-resfriada por um longo tempo usando simulações de computador, e é muito emocionante finalmente poder comparar diretamente com os experimentos, "diz Gaia Camisasca, um pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Estocolmo que realizou as simulações de computador para este estudo. "Estou ansioso para ver os resultados futuros que podem surgir com esta técnica, o que pode ajudar a melhorar os modelos atuais de computadores de água. "