Durante gerações, a nossa experiência com o gelo limitou-se à sua forma mais comum – gelo hexagonal (Ih) – o tipo que arrefece as bebidas e torna as estradas de inverno traiçoeiras. Mas os cientistas estão a quebrar estas fronteiras familiares, criando mais de 20 estruturas cristalinas exóticas de gelo que só existem sob pressões e temperaturas extremas. Estas formas, que dificilmente serão encontradas na vida quotidiana, revelam a surpreendente complexidade escondida na molécula mais simples da Terra: H₂O.
O mundo surpreendentemente complexo da água
No centro de todas as variedades de gelo está a própria molécula de água, que consiste em um átomo de oxigênio ligado a dois átomos de hidrogênio em um ângulo de 104,5 graus. O que muda entre as diferentes formas de gelo não é a molécula, mas a forma como essas moléculas interagem através de ligações de hidrogénio fracas. Estas ligações, excepcionalmente sensíveis à temperatura e pressão, ditam o arranjo em estruturas cristalinas.
Esses arranjos podem variar desde o prisma hexagonal do gelo comum até redes cúbicas, romboédricas e tetragonais, todas ditadas pelo comportamento dessas ligações de hidrogênio. Esta sensibilidade dá à água o que os investigadores chamam de “comportamento quântico” – o que significa que pequenas mudanças nas condições podem forçar as moléculas a relações dramaticamente diferentes.
Como os cientistas criam gelo exótico
Para desbloquear estas formas ocultas, os cientistas empregam condições extremas. Isso inclui a aplicação de pressões de até 3.000 vezes a pressão atmosférica ou resfriamento de água até -330°F (-200°C) com aditivos como hidróxido de potássio, às vezes por semanas a fio.
A última descoberta, publicada na Nature Materials, é o Ice XXI, uma estrutura cristalina em blocos e fugaz formada sob intensa compressão. Os pesquisadores observaram essa forma transitória usando um laser de elétrons livres de raios X – essencialmente uma câmera de alta velocidade capaz de capturar fenômenos que existem por meros momentos.
“Observar as coisas a um ritmo muito, muito rápido permite-nos observar fenómenos estranhos e maravilhosos”, explica Ashkan Salamat, físico-químico da Universidade de Nevada, em Las Vegas.
Além da Terra: onde podem existir gelos exóticos
Embora estas estruturas de gelo exóticas não ocorram naturalmente na Terra, podem estar presentes no interior de planetas ou luas distantes. Nas profundezas de Netuno, ou presas em luas geladas, pressões e temperaturas podem permitir a formação dessas estruturas.
Por enquanto, porém, o laboratório continua sendo a principal fronteira para a descoberta. Como salienta Salamat: “Ainda há coisas novas e excitantes que podemos descobrir”. Esta investigação expande a nossa compreensão da matéria sob condições extremas e sugere o potencial de formas ainda mais estranhas de gelo ainda por descobrir.
A busca pelo gelo exótico não é apenas um exercício acadêmico. Revela propriedades fundamentais da água e da própria matéria, ultrapassando os limites do que pensávamos ser possível na molécula mais simples, mas mais crucial, do universo.
