A água reage de forma muito incomum a temperaturas muito baixas. Comecemos com o fato de que quando esfria, ao contrário da lógica, a água não encolhe, mas se expande (é por isso que o gelo tem a propriedade de flutuabilidade). A água fria é menos compressível do que a água quente. Além disso, quando congeladas, as moléculas de água podem mudar de posição de todas as maneiras possíveis.
É difícil encontrar uma explicação para tudo isso, e as teorias existentes causam grande controvérsia nos círculos científicos. Um deles foi formulado há quase três décadas e era que a água gelada pode existir em duas formas líquidas diferentes, uma das quais tem uma estrutura menos densa. Em outras palavras, existem dois tipos de água, cada um dos quais é um líquido separado. É difícil provar essa teoria em laboratório, mas cientistas italianos conseguiram encontrar evidências para defendê-la. O estudo foi publicado recentemente na revista Science.
Em seu estudo, os cientistas Pablo Debenedetti e Gul H. Zerze da Universidade de Princeton e Francesco Shortico de La Sapienza em Roma sugerem que o "segundo ponto crítico da água" ocorre em temperaturas de -83 a -100 graus e em pressões atmosféricas quase 2.000 vezes mais altas do que a pressão acima do nível do mar. O ponto crítico é o único valor de temperatura e pressão em que duas fases de uma substância se tornam indistinguíveis, e isso acontece pouco antes de a substância passar de uma fase para outra. A água, por exemplo, tem um ponto crítico bem conhecido na transição do líquido para o vapor.
“Imagine a nossa alegria quando vimos que as flutuações críticas ocorreram exatamente como esperávamos - explica Sortino - agora posso dormir em paz, porque depois de 25 anos minha ideia finalmente encontrou confirmação.”
Até agora, experimentos usando moléculas reais de água para testar o segundo ponto crítico de "super-resfriamento" da água não podiam fornecer evidências inequívocas de sua existência. Isso se deve em grande parte ao fato de que a água gelada geralmente se transforma em gelo, disse Debenedetti.
Por isso, os pesquisadores decidiram recorrer ao uso de modelos computacionais. O processo é realmente trabalhoso: apesar do alto poder dos supercomputadores modernos, os cientistas passaram 18 meses fazendo os cálculos necessários para criar modelos.
Nas simulações, quando a temperatura ainda estava longe do ponto de congelamento, a densidade da água começou a oscilar muito. Como resultado, os cientistas conseguiram encontrar o ponto crítico que procuravam em dois modelos computadorizados de água diferentes. Ao mesmo tempo, para encontrar o ponto crítico da água em ambos os modelos, diferentes abordagens computacionais foram aplicadas.
Tal como acontece com a transição da fase líquida para a fase gasosa, a água gelada pode mudar para duas fases diferentes, dependendo de como suas moléculas são reorganizadas. Assim, em um líquido de baixa densidade, quatro moléculas são agrupadas em torno de uma molécula central para formar um tetraedro. Porém, em um líquido com maior densidade, entra em ação a sexta molécula, o que leva a um aumento em sua densidade.
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Em seu artigo, os pesquisadores escrevem que "dentro dos limites de nossas capacidades computacionais, foi comprovada a existência de um ponto crítico metaestável no estágio de resfriamento profundo das moléculas de água".
Naturalmente, agora esta conclusão deve ser confirmada por outros experimentos, "usando meios computacionais mais precisos e caros."
