Pegue água. Adicionar cloreto de sódio. Resfrie e esprema em gelos salgados.

Mar 07, 2023

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Os compostos criados em laboratório – nunca vistos antes – podem existir naturalmente em luas geladas no sistema solar externo.

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Por Kenneth Chang

Os cientistas descobriram duas novas formas de gelo salgado que provavelmente não existem naturalmente na Terra, mas podem ser encontradas em luas geladas mais distantes do sistema solar.

"Essas estruturas não são nada parecidas com qualquer coisa que já foi descrita antes", disse Baptiste Journaux, professor assistente interino de ciências da Terra e do Espaço na Universidade de Washington.

Escrevendo na edição de 20 de fevereiro da Proceedings of the National Academy of Sciences, o Dr. Journaux e seus colegas descrevem duas novas combinações sólidas e geladas de duas das substâncias mais comuns encontradas na Terra: água e cloreto de sódio, mais conhecido como tabela sal.

Os cristais recém-descobertos se formaram inesperadamente quando a água salgada foi resfriada a baixas temperaturas e espremida a altas pressões.

A água salgada é abundante na Terra – afinal, ela enche os oceanos – e os químicos há muito sabem como ela se comporta nas condições da Terra. O gelo neste planeta raramente é salgado.

De fato, o cloreto de sódio – cada molécula consiste em um átomo de sódio e um átomo de cloro – é frequentemente pensado primeiro como um anticongelante, diminuindo a temperatura de congelamento da água. É por isso que se espalha nas estradas durante as tempestades de neve. Quando a água salgada congela, os cristais de gelo que se formam são feitos de água pura com os íons de sódio e cloreto empurrados para o líquido restante.

Em temperaturas frias o suficiente, a água supersalgada residual começa a solidificar, formando hidrohalita, um cristal rígido contendo água ou hidrato. Hidrohalita consiste em duas moléculas de água para cada cloreto de sódio.

Nas últimas décadas, cientistas planetários descobriram uma série de mundos no sistema solar externo que possuem oceanos de água líquida sob suas crostas geladas. Esses incluem Europa e Ganimedes, duas luas de Júpiter, e Titã e Encélado, duas luas de Saturno. O Dr. Journaux queria estudar o papel que o sal poderia ter em impedir que os oceanos desses mundos congelassem.

Para reproduzir essas condições, um pouco de água salgada foi resfriada a temperaturas tão baixas quanto 190 graus Fahrenheit negativos e espremida entre dois pedaços de diamante a pressões de até 25.000 vezes os habituais 14,7 libras por polegada quadrada que o ar pressiona contra nós na superfície da Terra. .

"Inicialmente, fizemos esses experimentos porque queríamos estudar os efeitos anticongelantes do cloreto de sódio, do sal, porque é provavelmente o soluto mais comum nos oceanos extraterrestres, assim como nos oceanos da Terra", disse o Dr. Journaux. "Esperávamos ver algo semelhante ao que vemos na Terra, ou seja, os sais seriam rejeitados do gelo à medida que ele cresce."

Em vez disso, o anticongelante congelou.

"Tínhamos um novo cristal que surgiu do nada e que não esperávamos", disse o Dr. Journaux. "Então isso foi muito fortuito."

Os cristais eram minúsculos, com no máximo cerca de 1/250 de polegada de largura, ou aproximadamente a largura de um fio de cabelo humano.

Os raios-X refletidos nos cristais mostraram aos cientistas que eles haviam criado dois novos hidratos. Um tinha uma estrutura cristalina de duas moléculas de cloreto de sódio para cada 17 moléculas de água. Aquele formado a uma temperatura de cerca de 100 graus Fahrenheit negativos e uma pressão de 5.000 vezes a pressão atmosférica normal. Em pressões mais altas, formou-se ainda outro hidrato menos salgado, um com 13 moléculas de água para cada molécula de cloreto de sódio.

Os cientistas também viram sinais de uma terceira forma, mas os cristais em forma de agulha eram muito finos para estudar a estrutura do cristal. "É muito bonito", disse Journaux, "mas é tão fino que é difícil obter os dados."

Os novos hidratos podem ajudar a explicar um mistério em Europa. Observações em 2019 usando o Telescópio Espacial Hubble identificaram inequivocamente cloreto de sódio em faixas amareladas na superfície da lua. É altamente improvável que esteja na forma de grãos de sal puro, mas outras observações – cores de luz infravermelha absorvidas pela superfície, que servem como identificação de impressões digitais de compostos específicos – não ofereceram sinais convincentes de hidrohalita, o conhecido hidrato de sal.