A descoberta de duas novas formas de água salgada pode reescrever a química fundamental: WebCuriosos

Duas formas recém-descobertas de água salgada congelada podem ajudar os cientistas a resolver um mistério relativo à Sistema Solar luas incrustadas de gelo.

Quando submetido a pressões mais altas e temperaturas mais baixas do que pode ser encontrado na natureza na Terra, os átomos do cloreto de sódio hidratado – mais conhecido como gelo de água salgada – organizaram-se em estruturas nunca antes identificadas que têm uma proporção muito maior de moléculas de água do que o sal.

Isto poderia explicar a estranha assinatura química de uma substância na superfície da lua de Júpiter, Europa, que parece mais aquosa do que os cientistas esperam.

“É raro hoje em dia ter descobertas fundamentais na ciência”, diz o cientista terrestre e espacial Baptiste Journaux da Universidade de Washington.

“O sal e a água são muito bem conhecidos nas condições da Terra. Mas, além disso, estamos totalmente no escuro. E agora temos estes objetos planetários que provavelmente possuem compostos que nos são muito familiares, mas em condições muito exóticas. Temos refazer toda a ciência mineralógica fundamental que as pessoas fizeram em 1800, mas em alta pressão e baixa temperatura. É um momento emocionante.”

Sal e água são abundantes em nosso mundo natal. Quando combinadas, as moléculas de sal se dissolvem nas de água para criar uma solução. A presença do sal reduz o ponto de congelamento da solução em comparação com a água sem sal, mas à medida que a temperatura continua a cair nas condições atmosféricas típicas da Terra, ela acabará por congelar.

Quando isso acontece, as moléculas se organizam em uma estrutura rígida conhecida como hidrato. Na Terra (fora do laboratório), essa estrutura só tem uma configuração: uma molécula de sal para cada duas moléculas de água.

Em luas como Europa e Ganimedes, que orbitam Júpiter, e na lua de Saturno, Encélado, os cientistas também encontraram evidências de sal e água, apenas as condições em que ambas são encontradas são bastante diferentes das da Terra.

Expostas ao quase vácuo do espaço, longe do Sol, as superfícies destes mundos distantes podem ficar extremamente frias. Sob suas camadas de gelo havia oceanos que poderiam, em alguns casos, ser mais de 100 vezes mais grosso que o águas mais profundas da Terraresultando em pressões e temperaturas bastante extremas.

Journaux e seus colegas decidiram investigar o impacto que o sal tem na produção de gelo. Eles comprimiram uma pequena gota de água salgada em um célula de bigorna de diamante sob condições extremamente frias, gerando pressões de até 25.000 vezes a pressão atmosférica da Terra enquanto reduz as temperaturas para -123 graus Celsius (-190 graus Fahrenheit).

Eles não esperavam o que aconteceu a seguir.

“Estávamos tentando medir como a adição de sal mudaria a quantidade de gelo que poderíamos obter, já que o sal atua como anticongelante”, Jornais explicam. “Surpreendentemente, quando pressionamos, o que vimos é que esses cristais que não esperávamos começaram a crescer. Foi uma descoberta muito fortuita.”

Nas condições do experimento, os pesquisadores viram surgir dois novos arranjos de moléculas de sal e água. Um apresentava duas moléculas de sal para cada 17 moléculas de água; o outro tinha 13 moléculas de água para uma molécula de sal. Ambos são muito diferentes do sal e da água vistos naturalmente na Terra – e consistentes com as assinaturas químicas aquosas observadas nas luas geladas.

“Tem a estrutura que os cientistas planetários esperavam”, adiciona registros.

O principal fator, dizem os pesquisadores, é a pressão, que comprime as moléculas e as força a encontrar novas maneiras de coexistir. Mas mesmo quando a pressão foi aliviada, um dos hidratos recentemente identificados – aquele com 17 moléculas de água – permaneceu estável até temperaturas de -50 graus Celsius. Isto sugere que também poderia ser encontrado aqui na Terra, possivelmente sob o gelo da Antártica.

Pesquisas futuras precisarão ser realizadas para determinar se esta descoberta pode resolver o mistério da lua gelada.

“[The hydrate’s] espectros infravermelhos ainda precisam ser determinados em estudos futuros”, os pesquisadores escrevem“mas sua estrutura hiperidratada poderia resolver o mistério de longa data da fase hidratada não identificada na superfície de Europa e Ganimedes.”

A pesquisa foi publicada em Anais da Academia Nacional de Ciências.