Cientistas nos EUA encontraram evidências de que a superfície da água líquida, mesmo à temperatura ambiente, tem uma estrutura que se parece cada vez mais com gelo à medida que se aproxima da interface água-ar. Phillip Geissler e Nathan Odendahl da Universidade da Califórnia, Berkeley, realizaram simulações computacionais da interface desigual entre o ar e a água e identificaram motivos ordenados, que eles argumentam ter semelhanças significativas com o gelo.
Da atmosfera aos pulmões humanos, muitos dos processos mais importantes do planeta acontecem na superfície de uma gota de água, dando a esta investigação potenciais implicações na física, na química e na biologia.
“As coisas que trabalhámos durante tantas décadas para compreender sobre a água no seu ambiente global tornam-se erradas nas interfaces”, disse Geissler, que utilizou simulações para estudar a água a um nível molecular não acessível em experiências. Medições espectroscópicas da interface ar-água produziram resultados surpreendentes, sugerindo ligações ordenadas de hidrogênio na superfície. Geissler e Odendahl estavam curiosos sobre simulações anteriores, que sugeriam o gelo como ponto de referência para a estrutura interfacial da água, mas não consideraram que estes resultados fossem conclusivos. Como resultado, eles desenvolveram uma maneira de pesquisar esses padrões com mais detalhes.
Procurando estrutura em desordem
A água líquida é desordenada, por isso os investigadores sabiam que as estruturas que procuravam seriam difíceis de encontrar, estendendo-se por apenas algumas moléculas e soterradas pelo ruído. Eles tinham a ideia de que os pesquisadores anteriores estavam faltando detalhes porque trataram a interface como um plano, quando na verdade ela é macia e acidentada. O trabalho em interfaces ar-água moles foi iniciado há mais de 10 anos e revelou camadas paralelas à superfície, mas Geissler e Odendahl foram os primeiros a usar isto para procurar uma ligação com o gelo.
Geissler disse que ficou surpreso quando Odendahl lhe mostrou os primeiros resultados sobrepondo as interfaces gelo e água-ar. Eles argumentam que, com o detalhe extra da interface instantânea, as camadas na superfície da água podem ser divididas em subcamadas (ver figura acima). Subcamadas paralelas são uma característica da face basal do gelo e apresentam o que a dupla está convencida de ser uma notável semelhança entre essas camadas nas interfaces gelo e água-ar.
Usando essas subcamadas como ponto de referência, Geissler e Odendahl compararam as orientações das moléculas, sabendo que isso está bem definido para moléculas tetraédricas de água no gelo. Quando os investigadores mapearam a direcção preferida das ligações oxigénio-hidrogénio perto da superfície da água, observaram uma ordem, que novamente argumentaram, parece corresponder a uma face de gelo. Esses padrões se mantêm em alguns diâmetros moleculares, que são maiores do que as estruturas tetraédricas transitórias esperadas na água a granel.
Simetria quebrada força a água a se organizar
Argumentando em favor de suas conclusões, Odendahl disse: “Ter aquela interface flexível realmente nos deu confiança para dizer que não se trata apenas de algumas métricas aleatórias. Se você olhar para a densidade, se você olhar para a orientação, se você olhar para as múltiplas camadas, tudo o que vimos, parece haver uma correspondência.”
A água prova estar eletricamente morta nas interfaces
No entanto, a interpretação da pesquisa sobre a mecânica estatística dos líquidos é sempre controversa. O debate contínuo sobre a interface água-ar se resumirá à questão fundamental de como o gelo é definido e se se pode dizer que uma estrutura que se estende por apenas algumas moléculas tem propriedades semelhantes às do cristal. Refletindo sobre os seus resultados, Geissler disse: “Temos agora este ponto de referência estrutural para pensar sobre estes motivos estruturais, e penso que isso acabará por revelar-se uma ferramenta conceptual muito útil”.
A pesquisa está descrita no Journal of the American Chemical Society.
