Gelo 0: Cientistas descobrem nova forma incomum de gelo

Pesquisadores do Japão descobriram uma nova forma de gelo chamada gelo 0, que pode semear a formação de cristais de gelo em água super-resfriada. O estudo deles revela que a nucleação de gelo pode ocorrer perto da superfície de gotículas de água devido a estruturas semelhantes ao gelo 0, resolvendo um debate de longa data. Essas descobertas têm implicações significativas para vários campos, incluindo estudos climáticos e ciências alimentares, ao aumentar nossa compreensão da formação de gelo.

O gelo é muito mais complexo do que a maioria das pessoas imagina, com a ciência identificando mais de 20 variedades diferentes formadas sob várias combinações de pressão e temperatura. O tipo que usamos para gelar nossas bebidas, conhecido como gelo I, é uma das poucas formas que ocorrem naturalmente na Terra. Recentemente, pesquisadores do Japão descobriram outro tipo: gelo 0, uma forma incomum de gelo que pode iniciar a formação de cristais de gelo em água super-resfriada.

A formação de gelo perto da superfície da água líquida pode começar a partir de minúsculos precursores de cristais com uma estrutura semelhante a um tipo raro de gelo, conhecido como gelo 0. Em um estudo publicado recentemente em Comunicações da Naturezapesquisadores do Departamento de Pesquisa de Cooperação Social “Ciência de Proteção Contra Gelo”, no 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 em vez de em seu núcleo. Essa descoberta resolve um quebra-cabeça de longa data e pode ajudar a redefinir nossa compreensão de como o gelo se forma.

Processo de nucleação de gelo

A cristalização do gelo, conhecida como nucleação do gelo, geralmente acontece de forma heterogênea, ou em outras palavras, em uma superfície sólida. Normalmente, espera-se que isso aconteça na superfície do recipiente da água, onde o líquido encontra o sólido. No entanto, esta nova pesquisa mostra que a cristalização do gelo também pode ocorrer logo abaixo da superfície da água, onde ele encontra o ar. Aqui, o gelo nuclea em torno de pequenos precursores com a mesma estrutura característica em forma de anel do gelo 0.

“Simulações mostraram que uma gota de água tem mais probabilidade de cristalizar perto da superfície livre sob condições isotérmicas”, diz o autor principal do estudo Gang Sun. “Isso resolve um debate de longa data sobre se a cristalização ocorre mais prontamente na superfície ou internamente.”

Pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio descobriram que o gelo começa a se formar perto da superfície da água por meio de estruturas semelhantes a um tipo raro de gelo descoberto recentemente, o que nos ajuda a entender melhor a formação do gelo. Crédito: Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio

Precursores do Ice 0

Os precursores do gelo 0 têm uma estrutura muito semelhante à água super-resfriada, permitindo que as moléculas de água cristalizem mais prontamente a partir dela, sem precisar se formar diretamente na estrutura do gelo regular. Os minúsculos precursores do gelo 0 são formados espontaneamente, como resultado de 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 familiar.

O autor sênior, Hajime Tanaka, enfatiza as implicações abrangentes deste estudo, observando que, “Espera-se que as descobertas sobre o mecanismo de cristalização superficial da água contribuam significativamente para vários campos, incluindo estudos climáticos e ciências alimentares, onde a cristalização da água desempenha um papel crítico.”

Uma compreensão mais detalhada do gelo e de como ele se forma pode dar uma visão inestimável de uma variedade de áreas de estudo. Este trabalho pode ter importância particular em meteorologia, por exemplo, onde a formação de gelo por meio de precursores semelhantes ao gelo 0 pode ter um efeito muito mais perceptível em pequenas gotículas de água, como aquelas encontradas nas nuvens. Entender o gelo pode ter benefícios também na tecnologia, desde ciências alimentares até ar condicionado.

Referência: “Cristalização de água induzida pela superfície impulsionada por 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