Diamante derretido: Cientistas observam carbono líquido pela primeira vez

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/09/2025

O carbono em estado líquido foi observado experimentalmente pela primeira vez combinando um laser de alta potência com um flash de laser de raios X.
[Imagem: HZDR/M. Künsting]

Carbono líquido

Cientistas conseguiram pela primeira vez estudar o carbono líquido - pense em um diamante derretido - em um experimento de laboratório.

Estima-se que exista carbono líquido no interior dos planetas e estrelas, onde as condições de temperatura e pressão permitem, mas também há esperança de que a fase líquida do carbono desempenhe um papel em tecnologias futuras, como a fusão nuclear.

Até hoje, porém, sabemos muito pouco sobre o carbono em sua forma líquida porque o carbono não derrete sob pressão normal, passando imediatamente para o estado gasoso. Então é preciso chegar a uma pressão extrema e uma temperatura estimada em pelo menos 4.500 ºC - o ponto de fusão mais alto de qualquer material - para que o carbono se torne líquido de forma estável, mas aí nenhum recipiente suportaria contê-lo.

Para conseguir realizar esse experimento, uma grande equipe liderada por Dominik Kraus, da Universidade de Rostock e do Centro Helmholtz Dresden-Rossendorf, na Alemanha, usaram um superlaser, chamado DIPOLE 100-X, para fazer tudo muito rápido. O superlaser está localizado no XFEL, um gigantesco laboratório de laser de raios X que já fez coisas como cobre ficar transparente, disparar jatos de antimatéria e até simular o núcleo de uma estrela.

As amostras de carbono vítreo foram submetidas à compressão de choque com o laser e a estrutura microscópica foi analisada por um pulso de raios X coletado por dois detectores.
[Imagem: D. Kraus]

Compressão a laser

A técnica utilizada é conhecida como compressão a laser, a mesma utilizada na fusão nuclear por confinamento inercial, onde fortes flashes de laser são dirigidos rumo a uma cápsula de combustível, fazendo-a colapsar com uma força suficiente para comprimir os átomos, iniciando a fusão.

O que a equipe demonstrou agora é que esta mesma técnica consegue fazer o carbono sólido transicionar para carbono líquido em frações de segundo.

No experimento, os pulsos de alta energia do laser DIPOLE100-X induziram ondas de compressão através de uma amostra de carbono sólido, liquefazendo o material durante alguns nanossegundos (bilionésimos de segundo). Durante esse momento fugaz, a amostra é irradiada com o flash ultracurto do laser de raios X do XFEL.

Os átomos de carbono espalham a luz de raios X, e esse padrão de difração permite colher informações sobre o arranjo dos átomos no carbono líquido.

O experimento inteiro dura apenas alguns segundos, mas a equipe repetiu isso muitas vezes, sempre com um pulso de raios X ligeiramente atrasado ou sob condições de pressão e temperatura ligeiramente diferentes. As inúmeras imagens instantâneas coletadas foram então combinadas para formar um filme, o que permitiu rastrear a transição da fase sólida para a líquida do carbono passo a passo.

Diamante derretido

As medições revelaram que a estrutura sistêmica do carbono líquido é semelhante à do diamante sólido, com cada átomo de carbono retendo quatro vizinhos próximos. Ou seja, sob a temperatura e pressão necessárias para que o carbono se liquefaça, o líquido resultante é um autêntico diamante derretido.

"Esta é a primeira vez que conseguimos observar a estrutura do carbono líquido experimentalmente. Nosso experimento confirma as previsões feitas por simulações sofisticadas de carbono líquido. Estamos observando uma forma complexa de líquido, comparável à água, que possui propriedades estruturais muito especiais," explicou Kraus.

Os pesquisadores também conseguiram determinar com precisão o ponto de fusão do carbono, que, com os 6.283,85 ºC medidos, é bem mais alta do que se calculava. Até o momento, as previsões teóricas sobre a estrutura e o ponto de fusão do carbono divergiam significativamente, mas o conhecimento preciso é crucial para a modelagem planetária e para alguns conceitos de geração de energia por fusão nuclear.

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