E uma experiência simples que podem fazer em casa.
Prevista há 30 anos, esta nova forma de gelo deverá existir nos mantos de Úrano e de Neptuno. O Manto é a camada sob grande pressão que existe entre a baixa atmosfera e o núcleo rochoso destes planetas.
A confirmação laboratorial desta forma de gelo simultaneamente líquida e sólida foi tão laboriosa para os cientistas envolvidos como surpreendente, já que este gelo é muito estranho.
Diagrama da estrutura interna de Neptuno. O manto deverá ser constituído por água, amónia e metano congelado sob enorme pressão. Foi nesta camada que se teorizou a existência do tipo de gelo agora descoberto.
Crédito: NASA
A água regista assim um novo avanço no seu estudo, e não deixa de surpreender por parecer à primeira vista uma substância química simples.
Marius Millot, físico no Lawrence Livermore National Laboratory na Califórnia e autor-principal do paper publicado na Nature Physics, declarou que “é um estado da matéria realmente estranho.”
Esta nova forma de água designa-se por água super-iónica, e consiste numa estrutura rígida de átomos de Oxigénio por onde se movimentam os núcleos com carga eléctrica do Hidrogénio.
Não existe na Terra (excepto agora neste laboratório) mas deverá ser muito abundante nos mantos de Úrano e de Neptuno.
A água é uma molécula simples, com 2 Hidrogénios ligados a 1 Oxigénio, em que os 3 átomos apresentam normalmente um formato em “V.”
No gelo comum encontrado aqui na Terra, os “Vês” interligam-se numa estrutura que captou ar.
Por isso mesmo é que a água se expande quando congela, ao contrário de grande parte das substâncias, e é também por isso que o gelo de água flutua na água líquida.
Experiência divertida que podem fazer em casa.
O gelo em pequenas quantidades é magia para as crianças e… para os adultos. Se encherem um copo com água e lá colocarem um cubo de gelo, este flutua e começa a derreter aos poucos.
Então mal o coloquem no copo, marquem o nível da água com uma caneta de feltro. Cuidadosamente, que agora estão a ser Cientistas.
Quando o gelo liquefazer (derreter) na água o que sucede?
1) O nível da água sobe.
2) O nível da água permanece o mesmo.
3) O nível da água desce.
Depois relatem os vossos resultados nos comentários.
Gelo ultra apertado e muito quente e gelo histórico.
Quando são apertados, os átomos de Hidrogénio e de Oxigénio confundem-se em estruturas de cristais diferentes.
São já conhecidas 18 formas de gelo de água e, detalhe muito curioso, o historiador Daniel J. Boorstin explicou que o gelo chegou a ser a indústria e a exportação mais importante dos Estados Unidos da América no início do século 20.
(Ou seja) Sólido e líquido ao mesmo tempo!
Os físicos teóricos previram há 30 anos que o gelo super-iónico poderia existir sob grande pressão e a temperaturas muito elevadas.
O calor derrete as ligações entre os átomos de Hidrogénio e de Oxigénio. A pressão muito elevada mantém os átomos mais pesados e maiores do Oxigénio fixados num alinhamento cristalino, ou seja num sólido.
Enquanto isso, e ao mesmo tempo, os núcleos dos átomos de Hidrogénio, fluem através desta estrutura, ou seja, são um líquido.
Este comportamento torna o gelo super-iónico num metal, no sentido lato da condutividade eléctrica, só que neste caso a corrente é transmitida pelos iões de carga eléctrica positiva e não pelos electrões de carga negativa.
Com uma nano dose cristalina de humor pode-se dizer que é um gelo positivo!
O Professor Raymond Jeanloz, que lecciona Ciências Planetárias e Geo-ciências (da Terra) na Universidade da Califórnia, veio a terreiro afirmar maravilhado: é como se o gelo de água estivesse parcialmente derretido.
Como no copo da vossa experiência.
Uma experiência incrível!
Na nova experiência deste grupo de pesquisa, os cientistas apertaram o gelo entre duas parcelas muito pequenas de diamante a uma pressão superior a 163 toneladas de kg por 6.45 centímetros quadrados de metro.
Muito bem, isto é como se sentíssemos o ar a pesar-nos 1.500 toneladas de kg na ponta do polegar!
A água é assim apertada para um tipo de gelo conhecido como gelo VII , que é 60 por cento mais denso do que a água que bebemos da torneira e que é… sólido à temperatura ambiente, a bitola dos 20 ºC.
Cada célula de diamante continha cerca de 0.00000404992 gramas de kg de água: muito pouca água.
O grupo de pesquisa pegou nestas amostras e levou-as para a Universidade de Rochester onde não fez a coisa por menos: rebentaram o gelo com impulsos de laser!
O grupo de investigação disparou impulsos de laser sobre o gelo super-iónico, que é em simultâneo líquido e sólido. Créditos: M. Millot/E. Kowaluk/J.Wickboldt/LLNL/LLE/NIF
Isto causou ondas de choque que se repercutiram através do gelo durante 10 a 20 mil milhões de parciais de 1 segundo, aquecendo-o a temperaturas de milhares de graus e exercendo uma pressão superior a 1 milhão de vezes a da nossa atmosfera.
São as condições que se deduz existirem no interior de Úrano e de Neptuno, e, por extensão, no interior de muitos gigantes de gelo que orbitam outras estrelas…
Diagrama de fase das condições interiores planetárias.
Créditos: Redmer, Cavazzoni, Mattsson. Nature Physics.
3 comentários
Eu acredito que o João Ventura seja brasileiro, enquanto que o Manel Rosa Martins é Português ou de qualquer outra nacionalidade que fale português, por que ao que me consta como brasileiro, é que somente nós usamos bilhão como 10^9, enquanto que para os outros lusófonos bilhão é 10^12 (se não me engano). Uma tonelada são mil quilos, e não mil quilogramas, como por vezes nós brasileiros nos referimos a quilograma apenas como quilo pode ser que o rapaz tenha se equivocado e pensado que é um erro falar em “toneladas de quilogramas”. O que eu quero dizer com isso é que o texto não precisa ser revisto, basta o colega entender que são nomenclaturas que usamos diferente.
O texto devia ser revisto! O que são:
163 toneladas de kg?
6.45 centímetros quadrados de metro?
0.00000404992 gramas de kg?
10 a 20 mil milhões de parciais de 1 segundo?
Author
Olá João Ventura,
A unidade de peso é o kg e há outras toneladas,
Assim 163 toneladas devem ser descritas de o quê.
6.45 cm^2 referem à unidade do metro.
De novo nos gramas são de kg.
e o segundo a dividir entre 10 a 20 mil milhões de partes, ou parciais de segundo também está correcto.
O texto aqui no AstroPT converte de unidades imperais que infelizmente os colegas norte-americanos ainda por vezes, erradamente, utilizam.
Polegadas quadradas, onças e milhas, que nem sequer são milhas náuticas, são as terrestres que até há diferentes.
Tem aqui neste texto analogias para o dia a dia de foram a poder entender, relacionadas com a pressão da atmosfera à superfície, com a temperatura ambiente, que tive de explicar ser a de 20º C.
Converti também a pressão para uma analogia do dia a dia de modo a os leitores entenderem melhor.
De facto no paper refere-se a temperatura de 5, 000 kelvin que expliquei ser uma temperatura muito elevada de milhares de graus (os kelvin não usam graus) , já que temos mencionada a bitola de referência dos 20º C.
Esta temperatura termodinâmica a uma pressão de mais de 1 milhão de vezes a da nossa atmosfera (na superfície da Terra) foi atingida no laboratório disparando um laser para a área referida durante
0,000 000 001 s, e até 0,000 000 002 s.
Se fosse por aí teria de notar segundos elevados ao quadrado negativo e gramas de kg elevados ao cubo negativo.
O que seria confuso.
Penso sinceramente que assim como está está muito mais compreensível e não vejo que tenha que rever o texto.
No entanto, se tem melhores analogias para as conversões das unidades imperais em unidades do sistema SI que são pela natureza da experiência forçosamente de ordens de grandeza muito pequenas/muito elevadas comente porque se forem mais compreensíveis todos temos a ganhar com isso.
Obrigado e cumprimentos