💧 A água seria constituída de dois líquidos em um só

Todo mundo sabe que a água tem um comportamento incomum: ela se torna menos densa ao congelar, o que permite que o gelo flutue. Mas essa singularidade é apenas a parte visível de um fenômeno muito maior.

Na realidade, a água apresenta dezenas de propriedades surpreendentes, como uma capacidade térmica anormalmente elevada em comparação com líquidos semelhantes. Há décadas, os cientistas pensam que essas anomalias podem ter uma origem comum: na escala molecular, a água seria, na verdade, dois líquidos distintos que se interconvertem permanentemente.


Essa hipótese, chamada de "dois estados", postula a existência de uma forma densa e uma forma menos densa da água, que coexistem e se convertem uma na outra. Provar sua existência é extremamente difícil, pois a transformação é tão rápida e sutil que escapa às medições clássicas. Mas uma equipe de pesquisadores, graças à inteligência artificial, acaba de dar um passo importante ao trazer a primeira evidência molecular direta desse fenômeno, conforme relatam em Nature Physics.

Para isso, a equipe liderada por Xiao Cheng Zeng recorreu a uma abordagem inovadora: o aprendizado profundo não supervisionado. Em vez de procurar padrões definidos previamente, a IA foi treinada para analisar a dinâmica molecular envolvendo centenas de milhares de moléculas de água. Extraindo as variáveis mais relevantes, ela identificou como uma molécula de água passa de uma estrutura densa para uma estrutura solta, e vice-versa. Esse método permitiu mapear o processo em tempo recorde, enquanto as abordagens tradicionais teriam exigido anos.

Os resultados revelam que a conversão entre as duas formas segue dois caminhos distintos. Na maioria das vezes, segue uma trajetória com apenas uma barreira de energia a ser ultrapassada. Mas perto da fronteira onde os dois estados coexistem – um limiar semelhante ao entre o gelo e a água líquida – as moléculas podem seguir um caminho mais longo, que possui três barreiras sucessivas. Essa descoberta explica por que a água parece mudar de comportamento em condições extremas, por exemplo, quando está super-resfriada.

Esses resultados não se limitam a validar uma hipótese de trinta anos. Eles também podem ajudar a entender muitas propriedades da água, como sua densidade anormal, viscosidade ou capacidade térmica. Ao compreender melhor a estrutura molecular da água, os pesquisadores esperam, no futuro, melhorar a modelagem das interações com sais, proteínas e medicamentos em solução, o que teria aplicações em farmácia e biologia.

Mas ainda há um longo caminho. Xiao Cheng Zeng e sua equipe estão atualmente desenvolvendo um modelo de aprendizado de máquina mais eficiente para confirmar esses resultados. O próximo passo será validá-los experimentalmente, o que requer técnicas de medição extremamente sensíveis. Se esses trabalhos forem bem-sucedidos, poderão revelar um dos maiores enigmas da física: por que a água é tão singular?