Cientistas conseguiram derreter um sólido abaixo de seu ponto de congelamento

Considere que, quando uma substância atinge seu ponto de congelamento, ela começa a se solidificar e que quando ela atinge o ponto de ebulição, quando começa a evaporar. Isso ocorre graças à forma como as ligações químicas entre as moléculas funcionam, que fazem com que as transições de fase entre elas sejam bastante simples, de acordo com informações da Science Alert.

 

Dito isso, e conforme um estudo publicado pela Nature Communications, uma equipe de cientistas do Carnegie Institution, do Laboratório de Geofísica de Washington, nos EUA, descobriu como interferir nessas transições básicas. Assim, pela primeira vez, conseguiram derreter um metal sólido, o bismuto, em líquido em temperaturas bem abaixo de seu ponto de congelamento.

 

Em outras palavras, é como se os cientistas tivessem transformado uma tigela de água em gelo baixando sua temperatura para menos de 0° C, em seguida, sem alterar essa temperatura, forçassem o gelo a voltar para seu estado líquido.

 

Conforme observado pela equipe, foi percebida a existência de dois estados de transição de fase. O primeiro deles descreve as transições de fase simples que aprendemos na escola (líquido para sólido, sólido para gasoso, etc.), que são governados por ligações químicas que permanecem intactas. Elas não se rompem à medida que o material troca de fase, embora ainda sejam capazes de passar por alterações físicas importantes e reversíveis.

 

O segundo estado descrito pela equipe é o de “transições de fase reconstrutivas”, que são muito mais caóticas e difíceis de serem previstas, uma vez que envolvem a quebra de certas partes das ligações químicas, resultando em mudanças estruturais significativas durante as trocas de fases. Curiosamente, os pesquisadores observaram que esse tipo de transição é muito mais prevalente do que primeiro. “Nós experimentamos essas transições quase o tempo todo, mas sabemos muito pouco sobre elas”, disse o pesquisador e membro da equipe Guoyin Shen ao Gizmodo.

 

Para a experiência, Shen e sua equipe colocaram um pedaço de bismuto cristalino entre dois diamantes e o submeteram a pressões e descompressões que variavam de 32.000 atmosferas (3,2 Gigapascal) a 12.000 atm (1,2 GPa), e a temperaturas de 216° C. Considerando que o ponto de fusão do bismuto é 271,52° C, em temperaturas abaixo disso o metal deveria permanecer sólido.

 

Então, uma vez submetido a 32.000 atm, eles lentamente começaram a descomprimi-lo. Em 23.000 atm, o bismuto começou a ficar líquido, permanecendo assim até 15.000 atm. Abaixo deste último valor de pressão, o metal começou a recristalizar, transitando novamente para sua fase sólida, mas sem as mudanças de temperaturas necessárias.

Essa fase líquida inesperada, classificada pelos pesquisadores como “líquido metaestável”, poderia durar horas abaixo do ponto de fusão do bismuto, contanto que as condições permanecessem inalteradas. Mas, ao contrário das transições de fase mais simples, quando perturbado, o líquido metaestável rapidamente se transforma de volta para a fase em que deveria estar. “Os líquidos metaestáveis ​​encontraram um pequeno buraco nas leis da física onde podem permanecer líquidos”, disse Mandelbaum. “Mas, como uma placa giratória se equilibrando em uma vara, em qualquer perturbação, e os átomos retornam para uma forma sólida”.

 

Segundo Shen, como transições de fase reconstrutivas são mais comuns na natureza, a pesquisa fornece uma maneira nova para compreendermos como diferentes materiais mudam. “É possível que outros materiais possam exibir um líquido metaestável semelhante quando passam por transições reconstrutivas, e que o fenômeno seja muito mais prevalente do que pensávamos”, disse ele em um comunicado à imprensa. “Os resultados, sem dúvida, levarão a inúmeras surpresas na ciência dos materiais e planetária nos próximos anos”.

[ Science Alert ] [ Foto: Reprodução / Science Alert ]