Em algum momento do seu Ensino Fundamental (1º grau, se você é um pouquinho mais… experiente), você aprendeu que o ponto de congelamento da água é 0ºC. Se não aprendeu, também, não tem problema, porque pode ser a hora de precisar esquecer mesmo. Isso porque um novo estudo traz uma margem bem mais baixa do que essa.

Ao criar gelo a partir de gotículas minúsculas com apenas algumas centenas de moléculas de tamanho, os pesquisadores conseguiram reduzir o ponto de congelamento da água mais do que nunca.

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E qual é a importância de saber como e por que a água se transforma em gelo? Segundo os cientistas, essa informação é essencial para a compreensão de uma ampla quantidade de processos naturais. As flutuações climáticas, a dinâmica das nuvens e o ciclo da água, por exemplo, são todos influenciados pela solidificação da água.

Segundo o estudo, quanto menores forem as gotículas de água, mais baixa deve ser a temperatura de congelamento. Imagem: LedyX – Shutterstock

Até os animais que vivem em condições de congelamento precisam saber – e usam – esse conhecimento. As rãs da madeira, por exemplo, sobrevivem ao inverno em terra congelando seus corpos. Isso permite que elas saiam da hibernação mais rápido do que as espécies que passam o inverno debaixo d’água sem congelar. 

No entanto, os cristais de gelo podem romper as membranas celulares, então os animais que usam essa técnica precisam encontrar uma maneira de evitar a formação de gelo em suas células e tecidos. Uma melhor compreensão de como a água congela é importante não apenas para o próprio bichinho, mas, também, pode levar a um maior conhecimento dessas espécies extremas pelos seres humanos.

Ponto de congelamento da água é relativo?

Embora a regra prática seja que a água congela a 0ºC, na verdade, ela ocasionalmente pode permanecer líquida em uma faixa de temperaturas frias. Até agora, acreditava-se que esse intervalo parava em menos 38ºC. Ou seja, qualquer temperatura mais baixa do que isso, e a água congela. 

Agora, no recente estudo publicado na revista Nature Communications, os pesquisadores conseguiram manter as gotas de água em estado líquido até impressionantes 44ºC negativos. 

Eles começaram com gotículas variando de 150 nanômetros, pouco maiores do que uma partícula de vírus, a tão pequenas quanto 2 nanômetros, um aglomerado de apenas 275 moléculas de água. Essa variedade de tamanhos de gotículas ajudou os pesquisadores a descobrir o papel do tamanho na transformação de água em gelo.

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“Cobrimos todas essas faixas para que possamos entender em que condição o gelo vai se formar – qual temperatura, qual tamanho das gotas”, disse ao site Live Science o coautor do estudo Hadi Ghasemi, professor de engenharia mecânica da Universidade de Houston. “E o mais importante, descobrimos que se as gotículas de água forem cobertas com alguns materiais macios, a temperatura de congelamento pode ser suprimida para uma temperatura muito baixa”.

Como material macio foi usado octano, um óleo que envolve cada gota dentro dos poros em nanoescala de uma membrana de óxido de alumínio anodizado. Isso fez com que as gotas assumissem um formato mais arredondado e com maior pressão, o que os cientistas acreditam ser essencial para evitar a formação de gelo nessas baixas temperaturas.

Quanto menor a gota de água, mais baixa deve ser a temperatura

Tendo em vista que é praticamente impossível observar o processo de congelamento nessas escalas pequenas, os pesquisadores usaram medidas de condutância elétrica – já que o gelo é mais condutivo do que a água – e a luz emitida no espectro infravermelho para capturar momento e temperatura exatos em que as gotículas se transformaram de água para gelo. 

Eles descobriram que quanto menor for a gota, mais frio deve ser para que o gelo se forme – e para gotas de 10 nanômetros ou menos, a taxa de formação de gelo caiu drasticamente. Nas menores gotas que mediram, o gelo não se formou até que a água atingiu 44ºC abaixo de zero.

Isso significa que as gotículas microscópicas dentro das nuvens e das células biológicas podem ficar ainda mais frias do que pensávamos? “Como cientista, eu diria que ainda não sabemos”, disse Ghasemi. “Mas essa descoberta pode significar grandes coisas para a prevenção do gelo em materiais feitos pelo homem, como os da aviação e dos sistemas de energia”.

Se a água em superfícies macias demora mais para congelar, os engenheiros poderiam incorporar uma mistura de materiais macios e duros em seus projetos para evitar que o gelo se acumule nessas superfícies. “Existem tantas maneiras de usar esse conhecimento para projetar as superfícies para evitar a formação de gelo”, disse Ghasemi. “Uma vez que tenhamos esse entendimento fundamental, o próximo passo é apenas a engenharia dessas superfícies com base nos materiais macios”.

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