{"id":703,"date":"2009-08-11T15:45:22","date_gmt":"2009-08-11T18:45:22","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/chivononpo\/2009\/08\/o_baile_das_moleculas_da_agua\/"},"modified":"2009-08-11T15:45:22","modified_gmt":"2009-08-11T18:45:22","slug":"o_baile_das_moleculas_da_agua","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/chivononpo\/2009\/08\/11\/o_baile_das_moleculas_da_agua\/","title":{"rendered":"O baile das mol\u00e9culas da \u00e1gua"},"content":{"rendered":"
[ Livremente traduzido de SLAC Researchers Reveal the Dance of Water<\/a> ]<\/p>\n\n\n\n\n

\n\"(Image<\/a><\/td>\n<\/tr>\n
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Esta concep\u00e7\u00e3o art\u00edstica mostra duas estruturas distintas da \u00e1gua: em primeiro plano, a estrutura tetra\u00e9drica de baixa densidade; emsegundo plano, a estrutura distorcida da \u00e1gua em alta densidade.  (Imagem: cortesia de Hirohito Ogasawara e Ningdong Huang, SLAC.)<\/font><\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Menlo
\nPark, Calif\u00f3rnia — A \u00e1gua \u00e9 familiar para todos — ela d\u00e1 forma aos nossos corpos e nosso planeta. Por\u00e9m, apesar de toda essa abund\u00e2ncia, a estrutura mo\u00adle\u00ad\u00adcular da \u00e1gua tem perma\u00adnecido um mist\u00e9rio e as muitas estra\u00adnhas propriedades dessa subs\u00adt\u00e2ncia ainda s\u00e3o mal com\u00adpre\u00adendidas. Um recente trabalho no Laborat\u00f3rio Nacional do Ace\u00adle\u00adrador SLAC (do Departamento de Energia) e v\u00e1rias universi\u00addades na Su\u00e9cia e no Jap\u00e3o est\u00e1 trazen\u00addo novas informa\u00e7\u00f5es so\u00adbre as idiossincrasias das mol\u00e9\u00adculas de \u00e1gua e revelando novidades sobre seu comporta\u00admento conjun\u00adto em grandes quan\u00adtidades. <\/p>\n

Ao todo, a \u00e1gua exibe 66 ano\u00admalias conhecidas que incluem uma densidade que varia de mo\u00addo estranho, um grande calor espec\u00edfico e uma alta tens\u00e3o su\u00adperficial. De modo oposto aos outros l\u00edquidos “normais” que se tornam mais densos quanto mais baixa for a temperatura, a \u00e1gua alcan\u00e7a sua densidade m\u00e1\u00adxi\u00adma no entorno dos 4\u00b0C. Acima e abaixo dessa temperatura, a \u00e1gua \u00e9 menos densa; motivo pelo qual os lagos congelam da superf\u00edcie para baixo, por exemplo. A \u00e1gua tamb\u00e9m tem uma capacidade incomum de armazenar calor, o que estabiliza a temperatura dos oceanos, e uma alta tens\u00e3o superficial que permite que insetos caminhem sobre a \u00e1gua, que gotas se formem e que as \u00e1rvores levem a \u00e1gua a grandes alturas. <\/p>\n

— Compreender essas anomalias \u00e9 muito importante porque a \u00e1gua \u00e9 a base fundamental de nossa exist\u00eancia: sem \u00e1gua, sem vida. Nosso trabalho ajuda a explicar essas anomalias ao n\u00edvel molecular nas temperaturas relevantes para a exist\u00eancia da vida – diz Anders Nilsson, cientista do SLAC que lidera as expe\u00adri\u00eancias.\n<\/p>\n

Como as mol\u00e9culas se disp\u00f5em na forma s\u00f3lida da \u00e1gua (gelo) \u00e9 algo h\u00e1 muito conhecido: as mol\u00e9culas formam uma grade “tetra\u00e9drica”, com cada mol\u00e9cula se ligando a quatro outras. Entretanto, descobrir qual \u00e9 o dispositivo das mol\u00e9culas de \u00e1gua l\u00edquida se mostrou muito mais dif\u00edcil. Por mais de 100 anos, essa estrutura foi objeto de um intenso debate. O modelo did\u00e1tico corrente sustenta que, j\u00e1 que o gelo \u00e9 feito de estruturas tetra\u00e9dricas, a \u00e1gua l\u00edquida deve ser parecida, por\u00e9m com uma estrutura menos r\u00edgida, uma vez que o calor cria desordem e quebra as liga\u00e7\u00f5es. Quando o gelo se derrete, diz-se, as estruturas tetra\u00e9dricas perdem sua for\u00e7a e se quebram com o aumento da temperatura, mas continuam tentando se manter, tanto quanto poss\u00edvel, na estrutura tetra\u00e9drica, o que resulta em uma distribui\u00e7\u00e3o homog\u00eanea em torno de estruturas tetra\u00e9dricas distorcidas e parcialmente rompidas. <\/p>\n

Recentemente, Nilsson e seus colegas dirigiram possantes raios-X gerados pela Fonte de Luz de Radia\u00e7\u00e3o Synchrotron Stanford no SLAC e do Synchrotron SPring-8 no Jap\u00e3o, sobre amostras de \u00e1gua l\u00edquida. Essas experi\u00eancias indicaram que o modelo did\u00e1tico da \u00e1gua em temperatura ambiente estava incorreto e que, inesperadamente, existem dois tipos diferentes de estrutura – uma muito desordenada e outra muito tetra\u00e9drica – n\u00e3o importa em qual temperatura. <\/p>\n

Em um artigo publicado ontem em Proceedings of the National Academy of Sciences<\/i>, os pesquisadores revelam a descoberta adicional de que os dois tipos de estrutura ficam espacialmente separados, com as estruturas tetra\u00e9dricas aglomeradas em amontoados de cerca de at\u00e9 100 mol\u00e9culas, cercadas por regi\u00f5es desordenadas; o l\u00edquido \u00e9 uma mistura flutuante desses dois tipos de estrutura em temperaturas que v\u00e3o da ambiente at\u00e9 o ponto de ebuli\u00e7\u00e3o. \u00c0 medida em que a temperatura da \u00e1gua aumenta, restam cada vez menos aglomerados, mas sempre restam alguns deles em amontoados de tamanhos parecidos. Da mesma forma, os pesquisadores descobriram que as regi\u00f5es desordenadas se tornam mais desordenadas ainda com o aumento da tem\u00adperatura.\n<\/p>\n

Nilsson descreve:<\/p>\n

— Se pode visualizar isso como um restaurante com pista de dan\u00e7a, onde algumas pessoas se sentam em grandes mesas que ocupam um bom peda\u00e7o do espa\u00e7o – como o componente tetra\u00e9drico da \u00e1gua – e outras pessoas ficam na pista de dan\u00e7a, de p\u00e9 e pr\u00f3ximas umas das outras e se movendo mais r\u00e1pido ou mais devagar conforme o ritmo da m\u00fasica – tal como as mol\u00e9culas nas regi\u00f5es desordenadas respondem ao calor. H\u00e1 uma troca de lugares quando as pessoas sentadas resolvem levantar e dan\u00e7ar, enquanto outras se sentam para descansar. Quando a pista de dan\u00e7a fica realmente cheia, as mesas podem ser removidas para abrir espa\u00e7o para mais dan\u00e7arinos, e quando as coisas esfriam, mais mesas podem ser trazidas de volta.\n<\/p>\n

Essa compreens\u00e3o mais detalhada da estrutura molecular e da din\u00e2mica da \u00e1gua l\u00edquida em temperaturas ambientes espelha o trabalho te\u00f3rico sobre \u00e1gua “super-resfriada”: um estado incomum onde a \u00e1gua n\u00e3o vira gelo, embora esteja muito abaixo do ponto de congelamento. Os te\u00f3ricos postulam que, nesse estado, o l\u00edquido seja composto de uma mistura continuamente flutuante de estruturas tetra\u00e9dricas e outras mais desordenadas, com a propor\u00e7\u00e3o entre os dois tipos variando em fun\u00e7\u00e3o da temperatura — exatamente como Nilsson e colegas descobriram ser o caso com a \u00e1gua nas temperaturas ambientes importantes para a vida.\n<\/p>\n

— Antes, quase ningu\u00e9m pensava que tais flutua\u00e7\u00f5es que levam a estruturas locais diferentes, existissem em temperaturas ambientes – diz Nilsson – Mas foi precisamente o que achamos.<\/p>\n

Esse novo trabalho explica, em parte, as estranhas propriedades do l\u00edquido. O m\u00e1ximo de densidade da \u00e1gua a 4\u00b0C pode ser explicado pelo fato de que as estruturas tetra\u00e9dricas s\u00e3o de menor densidade que n\u00e3o varia significativamente com a temperatura, enquanto que as regi\u00f5es mais desordenadas – que t\u00eam maior densidade – se tornam mais desordenadas e portanto menos densas, com o aumento da temperatura. Da mesma forma, quando a \u00e1gua se aquece, a porcentagem de mol\u00e9culas no estado mais desordenado aumenta, o que permite a essa estrutura excit\u00e1vel absorver significativas quantidades de calor, o que leva ao alto calor espec\u00edfico da \u00e1gua. A tend\u00eancia da \u00e1gua em formar fortes pontes de hidrog\u00eanio explica a tens\u00e3o superficial da qual se aproveitam os insetos para caminhar pela superf\u00edcie.  <\/p>\n

Conectar a estrutura molecular da \u00e1gua com suas propriedades em grandes quantidades \u00e9 algo tremendamente importante para campos do conhecimento que v\u00e3o da medicina e biologia, \u00e0 pesquisa de energia e climatol\u00f3gica. Congcong Huang, um pesquisador que realizou as experi\u00eancias de difra\u00e7\u00e3o de raios-X, declara:<\/p>\n

— Se n\u00e3o conhecermos este material b\u00e1sico para a vida, como podemos estudar os materiais mais complexos dos quais \u00e9 feita a vida – tal como as prote\u00ednas – que s\u00e3o imersos na \u00e1gua? Temos que compreender o simples, antes de podermos compreender o complexo.<\/p>\n

Essa pesquisa foi realizada por cientistas do SLAC, Universidade de Estocolmo, Spring-8, Universidade de T\u00f3quio, Universidade de Hiroshima e Universidade de Linkoping. O trabalho for financiado pela Funda\u00e7\u00e3o Nacional de Ci\u00eancia (EUA), Funda\u00e7\u00e3o Sueca de Pesquisa Estrat\u00e9gica, Conselho Sueco de Pesquisas, Centro Nacional de Supercomputadores da Su\u00e9cia e pelo Minsit\u00e9rio Japon\u00eas de Educa\u00e7\u00e3o, Ci\u00eancia, Esportes e Cultura. <\/i><\/p>\n

 O <\/i>SLAC National Accelerator Laboratory \u00e9 um laborat\u00f3rio multi-funcional que explora quest\u00f5es avan\u00e7adas de ci\u00eancia de f\u00f3tons, astof\u00edsica, f\u00edsica de part\u00edculas e pesquisa com aceleradores. Localizado em
\nMenlo Park, California, o SLAC \u00e9 operado pela Universidade de Stanford para o Escrit\u00f3rio de Ci\u00eancia do Departamento de Energia dos EUA.<\/i>\n<\/p>\n

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