Uma equipe de pesquisa científica internacional usou o espectrômetro de nêutrons avançado e outras instalações do Instituto Laue-Langevin, na França, para observar pela primeira vez a estranha forma de água - "Plasticice VII" (Plasticice VII). Estudar o estado plástico e o estado superiônico da água pode ajudar as pessoas a compreender melhor a estrutura interna e o fluxo glacial de satélites gelados como Ganimedes e Calisto, bem como de planetas gelados como Urano e Netuno. O artigo relevante foi publicado na última edição da revista Nature.
Fonte da imagem: Rede de Organização Física
De modo geral, a água apresenta três formas básicas: sólida, líquida e gasosa. Mas, na verdade, a água tem muito mais formas, algumas das quais só aparecem sob altas temperaturas e pressões e são chamadas de estados exóticos. Quinze anos atrás, os cientistas usaram simulações de dinâmica molecular para prever a existência do “gelo plástico sete”, e este estudo foi o primeiro a observar experimentalmente esta forma.
O estado plástico é um estado misto que possui propriedades dos estados sólido e líquido. Dentro do Plastic Ice Seven, as moléculas de água formam uma rede cúbica rígida - assim como no Ice Seven (uma forma cúbica de gelo cristalino que pode ser formada a partir de água líquida acima de 3 GPa após resfriamento à temperatura ambiente), mas ao mesmo tempo exibem movimento rotacional de picossegundos dentro da água líquida. Esta forma peculiar aparece em um ambiente de alta temperatura de 177℃-327℃ e um ambiente de pressão de 0,1GPa-6GPa (1GPa=1 bilhão de Pascal).
A tecnologia de espalhamento de nêutrons quase elástico (QENS) desempenhou um papel fundamental nesta pesquisa. O QENS pode detectar a dinâmica translacional e rotacional de objetos com mais precisão do que outras tecnologias espectroscópicas. Através do QENS, a equipe identificou três formas diferentes que a água assume quando a temperatura e a pressão mudam: água líquida na qual as moléculas de água se movem tanto em translação quanto em rotação; gelo sólido no qual tanto a translação quanto a rotação estão congeladas; e "gelo plástico sete" no meio. Dentro do Plastic Ice Seven, as moléculas de água dispostas em uma estrutura cristalina ordenada perdem a capacidade de se traduzir livremente, mas mantêm a capacidade de girar.
Análises adicionais mostraram que a dinâmica molecular do Plastic Ice 7 pode ser mais complexa do que o simulado originalmente, e que seu mecanismo de rotação molecular difere do comportamento de rotor livre previamente previsto. Além disso, a transição da água do “gelo plástico sete” para o “gelo plástico sete” é contínua, o que significa que o “gelo plástico sete” pode ser o “predecessor” de outro estado superiônico que existe em temperaturas e pressões mais altas.