Uma forma bizarra de água pode ajudar a explicar o magnetismo confuso de Urano: WebCuriosos
Uma das coisas mais peculiares sobre Urano e Netuno são seus campos magnéticos. Cada um desses planetas tem uma magnetosfera confusa e quente, desequilibrada e inclinada descontroladamente em relação ao eixo de rotação de uma forma que não é vista em nenhum outro planeta.
Não está totalmente claro o porquê, mas graças a uma equipe de pesquisadores da China e da Rússia podemos ter uma nova peça do quebra-cabeça: uma forma realmente estranha e ionizada de água chamada aquodiium, que poderia existir nas profundezas dos interiores de extrema alta pressão destes mundos estranhos e gelados.
O Aquodiium consiste numa molécula de água normal com dois protões adicionais, conferindo-lhe uma carga líquida positiva que – em quantidades suficientes – poderia produzir um campo magnético planetário como os de Urano e Neptuno.
Os campos magnéticos planetários estendem-se pelo espaço ao redor dos planetas que os produzem. Eles são gerados, no entanto, nas profundezas do planeta por cargas em movimento, embora o mecanismo preciso possa variar.
Na Terra, é a liga de ferro-níquel girando em torno do núcleo, girando, convectando e conduzindo eletricamente, convertendo toda essa energia cinética em correntes de elétrons. no que é chamado de dínamo. Para Júpiter e Saturno, os cientistas pensam que é o hidrogénio metálico que fornece um canal para o fluxo de electrões.
A Terra, Júpiter e Saturno têm campos magnéticos relativamente organizados que se assemelham aos de uma enorme barra magnética que percorre o eixo de rotação do planeta, as suas linhas de campo como uma gaiola ligando perfeitamente os pólos norte e sul.
Os pólos magnéticos de Urano e Netuno, por outro lado, estão inclinados 59 e 47 graus, respectivamente, em relação aos seus eixos de rotação, e as linhas do campo magnético estão constantemente se transformando e mudando. E eles são na verdade não está centrado nos núcleos dos planetas.
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Uma possível explicação é que os campos magnéticos poderiam ser gerados por um fluido ionicamente condutor, no qual os íons são os portadores de carga, em vez do fluido atuar como um condutor para os elétrons.
“O hidrogénio que rodeia o núcleo rochoso de Júpiter naqueles [high-pressure] condições é um metal líquido: ele pode fluir, da mesma forma que o ferro fundido no interior da Terra flui, e sua condutividade elétrica é devida aos elétrons livres compartilhados por todos os átomos de hidrogênio pressionados juntos”, explica o químico teórico, mineralogista e físico Artem Oganov do Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia da Rússia.
“Em Urano, pensamos que os próprios íons de hidrogênio – ou seja, os prótons – são os portadores de carga livre.”
A questão, então, é quais íons? Alguns, como o amônio, são possibilidades óbvias. Mas será que as moléculas de água dos planetas também poderiam desempenhar um papel mais significativo no processo?
Liderada pelo físico Jingyu Hou, da Universidade de Nankai, na China, uma equipe de pesquisadores voltou aos primeiros princípios combinados com modelos sobre a forma como as moléculas podem evoluir, investigando um conceito chamado hibridização química.
É quando os elementos orbitais de um átomo são misturados ou combinados para criar um átomo que pode se ligar de novas maneiras. Existem diferentes tipos de hibridização, mas a que é relevante aqui é a sp.3 hibridização, na qual quatro orbitais formam um arranjo tetraédrico ao redor do núcleo central.
Cada um dos quatro pontos do tetraedro possui um elétron solitário capaz de se ligar a outro átomo ou um par de elétrons que não pode formar ligações com outros átomos.
O oxigênio tem dois elétrons únicos e dois pares de elétrons em sua camada externa. Se você anexar um átomo de hidrogênio a cada um dos elétrons de valência disponíveis, obterá H2Ó – água.
Às vezes, o hidrogênio sem seu elétron – também conhecido como próton antigo – se liga a um dos pares de elétrons para formar uma molécula chamada íon hidrônio.
“A questão era: é possível adicionar mais um protão ao ião hidrónio para preencher a peça que falta? Tal configuração em condições normais é energeticamente muito desfavorável, mas os nossos cálculos mostram que há duas coisas que podem fazer com que isso aconteça,” diz o físico Xiao Dong da Universidade Nankai.
“Primeiro, uma pressão muito alta obriga a matéria a reduzir seu volume, e compartilhar um par de elétrons de oxigênio anteriormente não utilizado com um íon de hidrogênio (próton) é uma maneira elegante de fazer isso: como uma ligação covalente com hidrogênio, exceto ambos os elétrons no par vêm do oxigênio. Em segundo lugar, você precisa de muitos prótons disponíveis, e isso significa um ambiente ácido, porque é isso que os ácidos fazem – eles doam prótons.”
Os pesquisadores conduziram modelagem computacional e, em condições semelhantes às que se pensava existirem dentro de Urano e Netuno, foi isso que aconteceu. Em temperaturas em torno de 3.000 graus Celsius (5.430 Fahrenheit) e pressões de 1,5 milhão de atmosferas, os prótons ligaram-se ao hidrônio para formar H4Ó2 – diariamente
Ainda é teórico, claro. Serão necessárias observações mais detalhadas dos dois planetas mais exteriores para investigar mais a fundo a possibilidade; mas as descobertas nos dão uma nova maneira de compreender os excêntricos azuis que são Urano e Netuno.
E também têm implicações para a química em geral, representando, os pesquisadores escrevem“uma adição importante às teorias físicas e químicas tradicionais, como o modelo de repulsão de pares de elétrons da camada de valência, transferência de prótons e teoria ácido-base.”
A pesquisa foi publicada em Revisão Física C.
