Cientistas descobrem uma nova forma incomum de gelo

Pesquisadores do Japão descobriram uma nova forma de gelo chamada gelo-0, que pode ajudar a formar cristais de gelo em água super-resfriada. O seu estudo revela que a nucleação do gelo pode ocorrer perto da superfície das gotículas de água devido a estruturas semelhantes ao gelo-0, resolvendo um debate de longa data. Estes resultados têm implicações importantes para vários campos, incluindo estudos climáticos e ciência alimentar, melhorando a nossa compreensão da formação de gelo.

O gelo é mais complexo do que a maioria das pessoas imagina, com a ciência identificando mais de vinte tipos diferentes de gelo que se formam sob diferentes combinações de pressão e temperatura. O tipo que usamos para resfriar nossas bebidas, conhecido como primeiro gelo, é uma das poucas formas que ocorrem naturalmente na Terra. Recentemente, pesquisadores do Japão descobriram outro tipo: o gelo 0, uma forma incomum de gelo que pode começar a formar cristais de gelo em água super-resfriada.

A formação de gelo perto da superfície da água líquida pode começar a partir de minúsculos precursores cristalinos com uma estrutura semelhante a um tipo raro de gelo, conhecido como gelo 0. Num estudo publicado recentemente em Comunicações da NaturezaPesquisadores do Departamento de Pesquisa de Cooperação Social “Ciência da Proteção do Gelo” do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio mostraram que essas estruturas semelhantes a gelo podem fazer com que uma gota de água congele perto de sua superfície, e não em seu núcleo. Esta descoberta resolve um mistério de longa data e pode ajudar a redefinir a nossa compreensão de como o gelo se forma.

Processo de formação de núcleo de gelo

A cristalização do gelo, conhecida como nucleação do gelo, geralmente ocorre de forma heterogênea, ou em outras palavras, em uma superfície sólida. Normalmente seria esperado que isto ocorresse na superfície do recipiente de água, onde o líquido encontra o sólido. No entanto, esta nova investigação mostra que a cristalização do gelo também pode ocorrer logo abaixo da superfície da água, onde encontra o ar. Aqui, o gelo cristaliza em torno de pequenos precursores que possuem a mesma estrutura circular característica do gelo 0.

“A simulação mostrou que é mais provável que uma gota de água cristalize perto da superfície livre sob condições isotérmicas. Isto resolve um debate de longa data sobre se a cristalização ocorre mais facilmente na superfície ou internamente”, diz Gang Sun, principal autor do estudo. .

Pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio descobriram que o gelo começa a se formar perto da superfície da água através de estruturas que lembram um tipo raro de gelo que foi descoberto recentemente, ajudando-nos a entender melhor a formação de gelo. Fonte: Instituto de Ciência Industrial, Universidade de Tóquio

Precursores de gelo 0

Os antecessores do Ice 0 têm uma estrutura muito semelhante à da água super-resfriada, permitindo que as moléculas de água cristalizem mais facilmente a partir dela, sem ter que se formar diretamente na estrutura do gelo normal. Pequenos precursores de gelo formam-se espontaneamente, como resultado dos efeitos de pressão negativa causados ​​pela tensão superficial da água. Uma vez que a cristalização começa a partir desses precursores, estruturas semelhantes ao gelo 0 rapidamente se reorganizam no gelo I, mais comum.

O autor principal, Hajime Tanaka, enfatizou as amplas implicações deste estudo, observando que “espera-se que as descobertas sobre o mecanismo de cristalização da superfície da água contribuam significativamente para vários campos, incluindo estudos climáticos e ciência alimentar, onde a cristalização da água desempenha um papel crucial. papel.”

Uma compreensão mais detalhada do gelo e de como ele se forma pode fornecer informações valiosas sobre uma variedade de áreas de estudo. Este trabalho pode ser de particular interesse em meteorologia, por exemplo, onde a formação de gelo através de precursores 0 semelhantes ao gelo pode ter um efeito mais pronunciado em pequenas gotículas de água, como as das nuvens. Compreender o gelo também pode trazer benefícios na tecnologia, desde a ciência alimentar até ao ar condicionado.

Referência: “Cristalização da água induzida pela superfície devido a precursores formados em regiões de pressão negativa” por Gang Sun e Hajime Tanaka, 26 de julho de 2024, Comunicações da Natureza.
doi: 10.1038/s41467-024-50188-1