Água comum, comprimida a uma pressão gigantesca, acaba de assumir uma forma de gelo que ninguém havia observado antes em laboratório.
O gelo dos nossos congeladores é apenas uma das muitas maneiras pelas quais as moléculas de água podem se organizar. Quando a pressão aumenta muito, seus átomos mudam de disposição e novas formas sólidas aparecem. Pesquisadores acabam de observar uma nova, chamada gelo XXII. Sua formação começa por volta de 308 gigapascals, ou seja, mais de 3 milhões de vezes a pressão atmosférica ao nível do mar.
Princípio de um experimento sob alta pressão em uma célula de bigornas de diamante, com a passagem de um feixe de laser e de raios X através da amostra.
Domínio público, via Wikimedia Commons.
Para atingir um valor tão alto, a equipe colocou uma minúscula amostra entre duas pontas de diamante. Esse dispositivo concentra uma força em uma superfície extremamente pequena. Em seguida, os pesquisadores acompanharam a disposição dos átomos por meio de raios X muito intensos produzidos por um síncrotron. Outra técnica, baseada na luz laser, permitiu que identificassem as mudanças no material.
Antes de atingir essa pressão, a água já havia deixado de se parecer há muito tempo com o nosso gelo familiar. Acima de aproximadamente 70 gigapascals, ela adota uma forma chamada gelo X. Os átomos de oxigênio seguem uma organização muito regular. Ao aumentar ainda mais a pressão, os pesquisadores constataram que essa organização começava gradualmente a se deformar.
Então, por volta de 308 gigapascals, as medições mudam nitidamente. Os sinais produzidos pelos raios X indicam uma nova disposição dos átomos. O gelo X é então substituído pelo gelo XXII. Os experimentos indicam que essa nova forma permanece estável pelo menos até aproximadamente 340 gigapascals.
Diagrama de fase proposto para a água até 500 GPa.
Essa transformação era esperada havia quase trinta anos. Cálculos haviam previsto que, sob pressão muito alta, a organização altamente simétrica do gelo X acabaria dando lugar a uma estrutura menos simétrica. As medições correspondem a essa previsão. Segundo os autores, o gelo XXII também é a forma sólida de água mais densa observada experimentalmente até hoje.
Essas pressões parecem desmedidas na escala terrestre, mas podem existir no interior de grandes planetas. A água não está sujeita apenas a uma forte pressão: as temperaturas também podem atingir vários milhares de graus. Conhecer as formas possíveis da água ajuda, portanto, a construir modelos mais realistas do interior dos planetas gigantes e de alguns mundos ricos em água.
O gelo XXII, contudo, não deve ser considerado uma simples versão muito comprimida de um cubo de gelo. Nessas pressões, as ligações entre o hidrogênio e o oxigênio mudaram profundamente. A organização dos átomos determina, entre outras coisas, a densidade e o comportamento do material. Os experimentos oferecem assim um ponto de referência concreto para testar os cálculos usados quando as condições se tornam impossíveis de reproduzir diretamente em grandes quantidades de matéria.
A próxima fronteira fica ainda muito mais distante. Os cálculos preveem outra modificação do gelo por volta de 760 gigapascals, mas as técnicas atuais de compressão estática ainda não permitem estudá-la adequadamente. Os pesquisadores também querem relacionar esses experimentos aos realizados por compressão brusca, nos quais a água aquecida a mais de 2 000 °C pode assumir outros estados sob pressões comparáveis.