p Uma das coisas mais básicas que aprendemos nas aulas de ciências nas escolas é que a água pode existir em três estados diferentes, seja como gelo sólido, água líquida, ou gás de vapor. Mas uma equipe internacional de cientistas descobriu recentemente sinais de que a água líquida pode realmente vir de dois estados diferentes. p Escrevendo em um artigo experimental, publicado no International Journal of Nanotechnology , os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que várias propriedades físicas da água mudam seu comportamento entre 50 ℃ e 60 ℃. Este sinal de uma possível mudança para um segundo estado líquido pode desencadear uma discussão acalorada na comunidade científica. E, se confirmado, pode ter implicações para uma série de campos, incluindo nanotecnologia e biologia.

p Estados da matéria, também chamado de "fases", são um conceito chave no estudo de sistemas feitos de átomos e moléculas. A grosso modo, um sistema formado por muitas moléculas pode ser organizado em um certo número de configurações dependendo de sua energia total. Em temperaturas mais altas (e, portanto, energias mais altas), as moléculas têm configurações mais possíveis e, portanto, são mais desorganizadas e podem se mover com relativa liberdade (a fase gasosa). Em temperaturas mais baixas, as moléculas têm um número mais limitado de configurações e, portanto, formam uma fase mais ordenada (um líquido). Se a temperatura cair ainda mais, eles se organizam em uma configuração muito específica, produzindo um sólido.

p Esta imagem é comum para moléculas relativamente simples, como dióxido de carbono ou metano, que tem três claros, diferentes estados (líquido, sólido e gás). Mas para moléculas mais complexas, há um maior número de configurações possíveis e isso dá origem a mais fases. Uma bela ilustração disso é o rico comportamento dos cristais líquidos, que são formados por moléculas orgânicas complexas e podem fluir como líquidos, mas ainda tem uma estrutura cristalina de tipo sólido

p Como a fase de uma substância é determinada pela forma como suas moléculas são configuradas, muitas propriedades físicas dessa substância mudarão abruptamente à medida que ela passa de um estado para outro. Em um artigo recente, os pesquisadores mediram várias propriedades físicas reveladoras da água em temperaturas entre 0 ℃ e 100 ℃ sob condições atmosféricas normais (o que significa que a água era um líquido). Surpreendentemente, eles encontraram uma distorção em propriedades como a tensão superficial da água e seu índice de refração (uma medida de como a luz viaja por ela) em cerca de 50 ℃.

p Estrutura especial

p Como isso pode ser? A estrutura de uma molécula de água, H₂O, é muito interessante e pode ser retratado como uma espécie de ponta de flecha, com os dois átomos de hidrogênio flanqueando o átomo de oxigênio no topo. Os elétrons na molécula tendem a ser distribuídos de forma bastante assimétrica, tornando o lado do oxigênio carregado negativamente em relação ao lado do hidrogênio. Esta característica estrutural simples leva a um tipo de interação entre as moléculas de água conhecida como ligação de hidrogênio, em que as cargas opostas se atraem.

p Isso dá propriedades da água que, em muitos casos, quebrar as tendências observadas para outros líquidos simples. Por exemplo, ao contrário da maioria das outras substâncias, uma massa fixa de água ocupa mais espaço como sólido (gelo) do que como (líquido), devido à forma como suas moléculas formam uma estrutura regular específica. Outro exemplo é a tensão superficial da água líquida, que é quase o dobro de outros não polares, mais simples, líquidos.

p A água é bastante simples, mas não muito simples. Isso significa que uma possibilidade para explicar a aparente fase extra da água é que ela se comporta um pouco como um cristal líquido. As ligações de hidrogênio entre as moléculas mantêm alguma ordem em baixas temperaturas, mas eventualmente pode demorar um segundo, fase líquida menos ordenada em temperaturas mais altas. Isso poderia explicar as torções observadas pelos pesquisadores em seus dados.

p Se confirmado, as descobertas dos autores podem ter muitas aplicações. Por exemplo, se mudanças no ambiente (como temperatura) causam mudanças nas propriedades físicas de uma substância, então, isso pode ser potencialmente usado para aplicações de detecção. Talvez mais fundamentalmente, os sistemas biológicos são feitos principalmente de água. Como as moléculas biológicas (como proteínas) interagem umas com as outras provavelmente depende da maneira específica como as moléculas de água se organizam para formar uma fase líquida. Entender como as moléculas de água se organizam em média em diferentes temperaturas pode ajudar a esclarecer o funcionamento de como elas interagem nos sistemas biológicos.

p A descoberta é uma oportunidade empolgante para teóricos e experimentalistas, e um belo exemplo de como até mesmo a substância mais familiar ainda tem segredos escondidos dentro. p Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.