Esqueça o gelo comum que flutua no seu copo de água. A física quântica confirmou a existência do gelo superiônico, uma estrutura negra e escaldante que existe sob pressões extremas. Este estado exótico da água é a chave para entender o interior de planetas gigantes do nosso sistema solar.
Como a água pode se tornar um sólido negro e quente?
O gelo superiônico (conhecido como Gelo XVIII) se forma quando a água é submetida a pressões milhões de vezes maiores que a da superfície da Terra e a temperaturas de milhares de graus Celsius. Sob essas condições brutais, as ligações moleculares da água (H2O) se quebram parcialmente.
Os átomos de oxigênio cristalizam-se em uma grade sólida (como um metal), enquanto os íons de hidrogênio fluem livremente através dessa grade como um líquido elétrico. O Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL) nos EUA conseguiu recriar esse estado na Terra em 2018 usando feixes de laser de alta potência para esmagar uma gota d’água.
Por que a descoberta revoluciona a ciência planetária?
A confirmação da existência desse material mudou a forma como os astrofísicos veem gigantes de gelo como Urano e Netuno. Anteriormente, acreditava-se que o interior desses planetas era um “oceano” de fluidos espessos. Hoje, a ciência sugere que eles possuam mantos sólidos de gelo negro e quente.
Para compreender como essa descoberta altera os modelos físicos planetários, observe a comparação teórica abaixo:
| Teoria Planetária | Modelo Antigo (Oceano Líquido) | Novo Modelo (Manto Superiônico) |
| Interior de Urano/Netuno | Fluido de água, amônia e metano | Camada sólida e condutora de eletricidade |
| Campo Magnético | Gerado pelo núcleo central | Gerado pelas correntes do gelo condutor |
Quais as propriedades físicas desse estado exótico da água?
A fluidez dos íons de hidrogênio faz com que o material conduza eletricidade tão bem quanto o cobre. Além disso, a estrutura densa do oxigênio altera a forma como a luz passa pelo material, tornando-o opaco e escuro, diferentemente do gelo transparente que conhecemos.
Abaixo, listamos os dados físicos extremos que definem este estado exótico da matéria simulado em laboratório:
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Pressão de Formação: Acima de 100 gigapascais (1 milhão de vezes a pressão atmosférica).
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Temperatura de Estado: Aproximadamente 4.700 °C (quase a temperatura da superfície do Sol).
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Cor: Opaco e negro (não permite a passagem de luz).
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Condutividade: Supercondutor iônico (conduz eletricidade via íons de hidrogênio).
O gelo superiônico pode ser usado em tecnologia na Terra?
Atualmente, não. O material existe por apenas frações de segundo em laboratório antes que os feixes de laser cessem e a pressão caia, fazendo a estrutura desaparecer. Manter a pressão necessária para estabilizar o gelo negro requereria uma energia colossal que a tecnologia humana atual não pode sustentar.
No entanto, a compreensão do movimento livre dos íons de hidrogênio em uma grade sólida está inspirando os cientistas de materiais a buscarem novos eletrólitos sólidos para a próxima geração de baterias elétricas ultraeficientes.
Para entender mais sobre os estados exóticos da água e como ela se comporta nas condições extremas de outros planetas, selecionamos o conteúdo do canal da Sociedade Brasileira de Física. No vídeo a seguir, um professor detalha o intrigante conceito do gelo superiônico, um estado em que a água se comporta ao mesmo tempo como líquido e cristal sob altíssimas pressões:
Qual o significado dessa descoberta para a física moderna?
O gelo superiônico prova que a água, a substância mais estudada e comum do nosso planeta, ainda é capaz de nos surpreender. Ele funde as propriedades de um sólido e de um líquido em uma mesma molécula, desafiando as leis clássicas da química termodinâmica.
Para a astronomia, o material resolve o mistério dos campos magnéticos tortos e anômalos de Urano e Netuno. A confirmação de que “gelo” pode ser quente como o fogo e negro como o espaço profundo é o lembrete definitivo de que o universo opera sob regras extremas.