O SEGREDO DA ÁGUA QUE NÃO CONGELA E SUA IMPORTÂNCIA PARA O DESENVOLVIMENTO DE PESQUISAS

A molécula da água, H2O, é pequena e angular (Figura 1), possui dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio através de ligações covalentes. Os dez elétrons da molécula de água, sendo dois oriundos dos átomos de hidrogênio e oito do átomo de oxigênio, formam cinco orbitais: um par está intimamente associado ao átomo de oxigênio, dois pares como elétrons “livres” e os dois pares restantes são os responsáveis pela formação de ligações covalentes idênticas entre o átomo de oxigênio e os átomos de hidrogênio.

Figura 1 – Representação da molécula de H2O

A nuvem eletrônica formada pelos pares de elétron livres está em geometria tetraédrica em torno do núcleo do oxigênio devido à repulsão que causam entre si, razão pela qual a molécula de água apresenta geometria angular. Os elétrons presentes na molécula de água são fortemente atraídos pelos prótons presentes no núcleo do oxigênio, fazendo com que os hidrogênios fiquem praticamente desprovidos de carga negativa (Figura 2), formando um dipolo. A propriedade polar da molécula de água permite que sejam criadas pontes de hidrogênio que permitem uma certa organização entre as moléculas mesmo quando no estado líquido.

Figura 2 – Representação da molécula de água e suas cargas parciais

A propriedade polar da molécula de água permite que sejam criadas pontes de hidrogênio que permitem uma certa organização molecular mesmo no estado líquido (25ºC). Neste estado, a ligação O-H possui comprimento aproximado de 0,097 nm e a angulação da molécula é equivalente a 106º.

A 0ºC pode ser observado a solidificação da água devido à força moderada que une as moléculas. Diferentemente das demais substâncias, a água e expande ao ser congelada, pois as moléculas têm sua agitação reduzida e se reorganizam de maneira a deixar lacunas entre si.

No estado sólido, as moléculas dispõem-se de maneira simétrica de forma que os átomos de oxigênio fiquem rodeados por átomos de hidrogênio de outras moléculas formando, assim, uma estrutura tetraédrica (Figura 3).

Figura 3 – Representação estrutural da água em estado sólido.

De maneira a contrariar o que sabemos sobre o ponto de congelamento da água, recentemente, cientistas do  Instituto Federal de Tecnologia de Zurique e da Universidade de Zurique desenvolveram a água que não congela mesmo estando a temperaturas próximas ao zero absoluto (-273,15ºC).

O método elaborado pelo grupo de químicos e físicos para manter a forma amorfa da água, envolve a síntese de um novo lipídio quem tem a característica de se encontrar na mesofase lipídica (Figura 4), ou seja, ter consistência macia. A estrutura desse material biológico contem grupos de ciclopropil, conferindo ligeira rigidez ao lipídio e permitindo que formem bicamadas curvas extremamente finas e incorporar a água em pequenos canais.

Figura 4 – Representação em 3D de lipídio na mesofase

A criação desse novo lipídio foi inspirada em lipídios encontrados em algumas células bacterianas capazes de sobreviver a temperaturas extremamente baixas. Os canais possuem diâmetro extremamente reduzidos, não oferecendo, desta maneira, espaço suficiente para a formação de cristais de H2O (Figura 5).

Figura 5 – Representação dos canais lipídicos contendo água.

O desenvolvimento da “água que não congela” pode ser considerado como um avanço para as pesquisas que podem trazer benefícios para a indústria química. Muitas vezes não é desejável que uma determinada amostra cristalize quando submetida a temperaturas extremamente baixas. A utilização da água que não congela passa a ser interessante para a aplicação em amostras raras, despendiosas ou delicadas, permitindo que estas sejam resfriadas e ainda assim se mantenham no estado físico desejado.

O presente texto pertence ao autor e não deve ser reproduzido sem autorização da BetaEQ e do mesmo.

Autoria de: Camila Teles de Rietra Garcia

Estudante de Engenharia Química da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri           (UFVJM) – Diamantina, MG

 Fonte: As características gerais da água, Water Molecule Structure, Water that never freezes.