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Descoberta nova anomalia da água

Anomalias da água: Descoberto novo estado quântico da molécula de água
Os átomos de oxigênio e hidrogênio ficam sem localização precisa, existindo simultaneamente em todas as posições possíveis dentro do cristal. [Imagem: Jeff Scovill]

Mistérios da água

As anomalias da água - coisas que só ela tem, em contraste com as propriedades dos outros materiais - somavam 73 na última contagem.

Agora são 74, e vale dizer que esse último acréscimo é dos grandes, conforme acaba de descobrir a equipe do professor Alexander Kolesnikov, do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA.

Usando imagens geradas por espalhamento de nêutrons e modelos computacionais, Kolesnikov descobriu um comportamento único e inesperado das moléculas de água quando elas estão sob confinamento no interior de um cristal sólido, neste caso um cristal de berilo - água presa em cristais, as chamadas inclusões fluidas, são uma ferramenta importante para os geólogos estudarem o passado da Terra e os astrofísicos desvendarem a formação dos corpos celestes, como os meteoritos e os cometas.

Ocorre que, quando isolada no interior do cristal, a água apresenta um comportamento que é diferente do apresentado por qualquer outro gás, líquido ou sólido conhecido. Na verdade, esse estado desafia a visão geral que se tem do arranjo tradicional da molécula H2O.

Estado tunelante

Quando as moléculas de água ficam confinadas dentro dos minúsculos canais hexagonais do berilo, ela assume um estado que os físicos batizaram de "estado tunelante".

"A baixas temperaturas, a água tunelante apresenta um movimento quântico através das paredes de separação que é proibido no mundo clássico," explica Kolesnikov.

"Isto significa que os átomos de oxigênio e de hidrogênio da molécula de água estão 'delocalizados', e, por conseguinte, simultaneamente presentes em todas as seis posições simetricamente equivalentes do canal ao mesmo tempo. É um desses fenômenos que somente ocorrem na mecânica quântica e que não tem paralelo em nossa experiência cotidiana," acrescentou.

A existência do estado tunelante da água deverá ajudar a descrever melhor as propriedades termodinâmicas e o comportamento da água em ambientes altamente confinados, como a difusão de água e seu transporte nos canais das membranas das células vivas e das células de combustível, em nanotubos de carbono e ao longo dos limites e das interfaces dos grânulos dos minerais em uma infinidade de ambientes geológicos.

Nos aspectos mais práticos dessas pesquisas que poderão ser influenciadas pela descoberta destacam-se a captura de água potável do ar usando nanotubos, os nanoporos para aplicações biomédicas, o sequenciamento eletrônico do DNA, a dessalinização da água do mar e os biochips, apenas para citar algumas.

Bibliografia:

Quantum Tunneling of Water in Beryl: A New State of the Water Molecule
Alexander I. Kolesnikov, George F. Reiter, Narayani Choudhury, Timothy R. Prisk, Eugene Mamontov, Andrey Podlesnyak, George Ehlers, Andrew G. Seel, David J. Wesolowski, Lawrence M. Anovitz
Physical Review Letters
Vol.: 116 (16)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.116.167802




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