As descobertas revolucionárias, relatado no jornal Natureza , permitem uma melhor compreensão do comportamento contra-intuitivo da água em escala molecular e são importantes para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes, incluindo filtração, dessalinização e destilação.

A água é uma das substâncias mais conhecidas e abundantes na Terra. Existe em muitas formas, como líquido, vapor e até 15 estruturas de cristal de gelo, com o gelo hexagonal comumente encontrado sendo o único responsável pela fascinante variedade de flocos de neve.

Menos perceptível, mas igualmente onipresente, é a água nas interfaces e confinada nos poros microscópicos. Na verdade, algumas monocamadas de água cobrem todas as superfícies ao nosso redor, mesmo nos desertos mais secos, e preencha cada fenda microscópica, por exemplo, aqueles presentes nas rochas.

Ainda, muito pouco se sabe sobre a estrutura e o comportamento dessa água microscópica, especialmente quando está escondido da vista, em capilares nas profundezas de um material a granel.

Uma equipe internacional de pesquisadores da Universidade de Manchester, a Universidade de Ulm, na Alemanha, e a Universidade de Ciência e Tecnologia da China, criaram um capilar em nanoescala transparente para investigar a estrutura atômica da água presa em seu interior. Eles usaram microscopia eletrônica de alta ampliação que lhes permitiu ver moléculas individuais de água, e o nano-capilar foi feito de grafeno com um átomo de espessura e não obscurece a imagem de microscopia eletrônica.

Para sua surpresa, os cientistas encontraram pequenos cristais quadrados de gelo em temperatura ambiente, desde que os capilares de grafeno fossem estreitos o suficiente, permitindo não mais do que três camadas atômicas de água. As moléculas de água formaram uma rede quadrada, sentados ao longo de filas ordenadas uniformemente espaçadas e perpendiculares entre si. Tal arranjo quadrado plano é completamente incomum para a água cujas moléculas sempre formam pequenas estruturas piramidais dentro de todos os gelos previamente conhecidos.

Usando simulações de computador, os pesquisadores também tentaram descobrir como o gelo quadrado é comum na natureza. Os resultados mostram que, se a camada de água for fina o suficiente, deve formar gelo quadrado independentemente da composição química exata das paredes confinantes de um nanoporo.

Portanto, é provável que o gelo quadrado seja muito comum na escala molecular e esteja presente na ponta de cada rachadura ou poro microscópico em qualquer material.

Professora Irina Grigorieva, que liderou os esforços de Manchester, comentou:"Os cientistas tentaram entender a estrutura da água confinada em canais estreitos por décadas, mas até agora isso só era possível por simulações de computador, e os resultados muitas vezes não coincidiam ".

"Rachaduras microscópicas, poros, canais estão por toda parte, e não apenas neste planeta. Saber que a água em nanoescala se comporta de maneira tão diferente da água a granel comum é importante para uma melhor compreensão dos materiais. "

Sir Andre Geim, que recebeu um prêmio Nobel de grafeno e agora co-escreveu o artigo, disse:"Este estudo foi estimulado por nossas observações anteriores de fluxo ultrarrápido de água através de nanocapilares de grafeno. Chegamos até a especular que isso poderia ser devido ao gelo quadrado bidimensional ... mas ver para acreditar."

Ele acrescentou:"A água é provavelmente a substância mais estudada de todos os tempos, mas ninguém pensou que o gelo pudesse ser quadrado. Esta história mostra quanto conhecimento novo ainda precisa ser descoberto quando se chega à nanoescala."