Cientistas produzem gelo em temperatura ambiente usando grafeno

Apesar de ser um elemento de suma importância para a vida, a água ainda é uma substância cheia de mistérios. É claro que estamos superfamiliarizados com ela e conhecemos seus diferentes estados: líquido, num copo d’água ou na chuva, sólido, no gelo de nossas bebidas ou na neve, e gasoso, por meio do vapor.

Mas e quando, em pleno século 21, cientistas descobrem uma forma de gelo em temperatura ambiente e com uma estrutura molecular totalmente diferente?

Foi isso o que aconteceu na pesquisa de um grupo internacional de estudiosos na Universidade de Manchester, na Inglaterra. Ao isolar uma minúscula quantidade de água entre duas placas de grafeno para estudar a reação da substância em condições anormais, os cientistas produziram – pasmem – gelo!

Abaixo, no vídeo, é possível ver a dinâmica desse "gelo 2D".

Vamos por partes

Grafeno nada mais é do que uma das tantas formas que encontramos do carbono puro, como diamante, grafite, fulerenos e nanotubos. O grafeno se apresenta como uma placa com a espessura de apenas uma molécula de carbono, que se liga uma à outra de forma hexagonal, como uma tela de alambrado. O material formado é extremamente forte e um ótimo condutor de calor e eletricidade.

Quando os cientistas aplicaram uma gotícula de água de 1 microlitro (μL) sobre uma das placas e colocaram uma outra por cima, formando um “sanduíche”, parte da água evaporou e uma pressão enorme foi aplicada sobre as moléculas restantes, uma propriedade ainda desconhecida das placas de grafeno.

Os cálculos da pressão exercida pelo material de carbono indicaram 1 gigapascal (GPa), que equivale a cerca de 10 mil vezes a pressão atmosférica normal. Toda essa força aplicada sobre as moléculas de água alterou sua estrutura, e, para a surpresa dos cientistas, a forma resultante foi gelo. Mas não qualquer gelo.

Uma alteração estrutural molecular

Quando observamos a estrutura molecular da água em estado sólido, aquela que é formada naturalmente quando a expomos a temperaturas abaixo de 0 °C, vemos formas cristalinas hexagonais. Isso é bastante nítido nos famosos cristais de neve, que sempre têm esse formato com seis lados. Já o gelo encontrado pelos cientistas tinha moléculas quadradas. Isso mesmo, moléculas de água em estado sólido conectando-se umas às outras por meio de ligações em ângulo reto.

No lado esquerdo, o gelo criado com o grafeno, com suas moléculas "quadradas". À direita, as moléculas hexagonais do gelo comum.

A descoberta surpreendeu, mas tipos diferentes do gelo comum não são assim tão raros. Dezessete outras formas cristalinas de água com estruturas moleculares diferentes, sejam alteradas por pressão ou temperatura, já são conhecidas pelos especialistas na área. O gelo feito no sanduíche de grafeno seria o número 18.

Essas novas descobertas sobre o comportamento da água em diferentes situações e a aplicação prática das placas de grafeno podem ser um grande avanço no tratamento hídrico. Placas de óxido de grafeno já apresentaram propriedades curiosas, como o fato de permitirem a passagem de moléculas de água, mas bloquear todas as outras substâncias. Ou seja: qualquer desenvolvimento nessa área pode ser a solução derradeira para o problema mundial de tratamento hídrico.