Tóquio — InkDesign News — Uma equipe do Departamento de Química da Universidade de Ciência de Tóquio revelou um novo estado físico da água confinada em nanoestruturas, denominado “estado de pré-fusão”, segundo artigo publicado em 27 de agosto de 2025 no Journal of the American Chemical Society. Por meio de técnicas avançadas de ressonância magnética nuclear (NMR), o grupo observou dinâmicas hierárquicas das moléculas de água e esclareceu propriedades essenciais deste novo estado, fundamental para avanços em nanotecnologia e biociências.
O Contexto da Pesquisa
Apesar de ser uma substância amplamente conhecida, a água ainda guarda mistérios, especialmente quando confinada em escalas nanométricas, como em proteínas, minerais ou materiais artificiais. Nesses ambientes, suas propriedades diferem drasticamente da água em seu estado líquido convencional. Compreender esses efeitos de confinamento é vital para áreas que vão desde a regulação de íons em membranas celulares até o funcionamento de sistemas nanofluídicos. No entanto, métodos de análise tradicionais, como difração de raios X, são limitados para investigar consigo captar, por exemplo, a movimentação rotacional dos átomos de hidrogênio em escalas de picosegundos — dinâmica crucial no comportamento da água confinada.
Resultados e Metodologia
No estudo conduzido pelo professor Makoto Tadokoro, acompanhado pelo lecturer Fumiya Kobayashi e o doutorando Tomoya Namiki, foram sintetizados cristais hexagonais com canais quase unidimensionais, preenchidos com água pesada (D2O). Utilizando NMR de deutério em estado sólido, a equipe identificou uma estrutura hierárquica de três camadas dentro dos nanopores de 1,6 nm de diâmetro. Os espectros obtidos revelaram diferentes padrões de movimentação e interação das camadas de água confinada, distinguindo claramente os estados sólido, líquido e o recém-identificado estado de pré-fusão. Ao aquecer gradualmente os cristais, observou-se transição clara desse novo estado, no qual camadas de água congelada coexistem com moléculas de alta mobilidade rotacional, desafiando classificações clássicas de sólido ou líquido.
O estado de pré-fusão envolve o derretimento de H2O incompletamente ligada por pontes de hidrogênio antes que a estrutura de gelo totalmente congelada comece a derreter durante o aquecimento. Ele constitui essencialmente uma nova fase da água, na qual camadas congeladas de H2O e H2O em movimento lento coexistem.
(“The premelting state involves the melting of incompletely hydrogen-bonded H2O before the completely frozen ice structure starts melting during the heating process. It essentially constitutes a novel phase of water in which frozen H2O layers and slowly moving H2O coexist.”)— Prof. Makoto Tadokoro, Departamento de Química, Universidade de Ciência de Tóquio
A equipe mediu o tempo de relaxamento spin-rede para quantificar a mobilidade rotacional, encontrando um tempo de correlação próximo ao da água líquida — mesmo com posições relativamente fixas das moléculas, típicas do sólido. Segundo os autores, isso evidencia propriedades únicas de água confinada, jamais observadas em gelo ou água líquida convencional.
Implicações e Próximos Passos
O maior entendimento do comportamento da água em nanoconfinamento pode revolucionar a criação de materiais inovadores e esclarecer mecanismos biológicos essenciais, como o transporte de água e íons por proteínas e membranas celulares.
Ao criar novas estruturas de rede de gelo, pode ser possível armazenar gases energéticos, como hidrogênio e metano, além de desenvolver materiais à base de água como hidratos artificiais de gás.
(“By creating new ice network structures, it may be possible to store energetic gases such as hydrogen and methane and develop water-based materials such as artificial gas hydrates.”)— Prof. Makoto Tadokoro
Os resultados também apontam caminhos para novos materiais ambientais, com controle preciso das propriedades de congelamento da água, podendo resultar em soluções mais seguras e baratas para armazenamento energético e manipulação de recursos hídricos.
Conforme novas técnicas motivam a compreensão das fases ainda ocultas da água, futuras pesquisas devem explorar como esses comportamentos influenciam processos naturais essenciais e aplicações industriais — um campo onde inovações podem trazer impactos amplos e duradouros.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
