Água submetida a pressões e temperaturas extremas pode assumir estados muito diferentes do gelo comum. Em setembro de 2026, pesquisadores observaram experimentalmente uma nova estrutura de gelo superiônico, na qual os átomos de oxigênio permanecem organizados em uma rede cristalina enquanto os hidrogênios ganham alta mobilidade. O experimento reproduziu condições que podem existir em regiões profundas de Urano e Netuno.
O que é o gelo superiônico e por que ele conduz eletricidade?
No gelo comum, moléculas de água permanecem organizadas em uma estrutura sólida e os átomos não se deslocam livremente. No estado superiônico, porém, a situação muda: os oxigênios formam uma subestrutura cristalina relativamente fixa, enquanto os prótons associados ao hidrogênio conseguem migrar através dela.
Essa mobilidade dos prótons permite transportar carga elétrica, dando ao material elevada condutividade iônica. Por isso, ele apresenta simultaneamente características de sólido e de fluido, embora não seja correto descrevê-lo simplesmente como “água líquida dentro de gelo”.
Como os cientistas recriaram essa condição dentro do laboratório?
Os pesquisadores comprimiram uma amostra microscópica de água entre pontas de diamante e utilizaram lasers para aquecê-la. Raios X produzidos no European Synchrotron Radiation Facility, na França, permitiram observar como os oxigênios estavam organizados durante o experimento.
Acima de aproximadamente 200 gigapascais e 1.800 kelvins, uma estrutura hexagonal compacta passou a dominar. Essas pressões equivalem a milhões de vezes a pressão atmosférica terrestre, impossibilitando que essa fase exista naturalmente na superfície.
Amostra microscópica de água;
Compressão entre bigornas de diamante;
Aquecimento indireto com lasers;
Temperaturas acima de 1.800 kelvins;
Difração de raios X para identificar a estrutura.
Este vídeo explica como o gelo superiônico é produzido em laboratório.
O que mudou com a nova fase de gelo superiônico?
Experimentos anteriores já haviam identificado estruturas superiônicas nas quais os oxigênios formavam redes cúbicas de corpo centrado ou cúbicas de face centrada. O novo resultado acrescentou uma organização hexagonal compacta, conhecida pela sigla HCP.
Entre cerca de 160 e 200 gigapascais, sinais das estruturas HCP e FCC apareceram juntos. A aproximadamente 219 gigapascais, a fase hexagonal tornou-se dominante, indicando que ela pode ser termodinamicamente mais estável sob condições ainda mais extremas.
Como sabemos que essa estrutura realmente existe?
A identificação foi feita por difração de raios X, técnica capaz de revelar o espaçamento e a organização dos átomos dentro de um material cristalino. Mudanças nos padrões registrados durante aquecimento e compressão mostraram que a rede de oxigênios estava reorganizando sua geometria.
O estudo publicado na Physical Review Letters descreveu essa estrutura hexagonal e uma transição martensítica entre as fases FCC e HCP. Os autores destacam que as observações são compatíveis com o regime superiônico, mas ainda existem incertezas sobre as fronteiras exatas entre essas fases.
No gelo superiônico, a rede de oxigênio permanece ordenada enquanto os prótons ganham mobilidade
Por que o gelo superiônico interessa aos estudos de Urano e Netuno?
Modelos planetários sugerem que regiões profundas desses gigantes de gelo podem atingir pressões e temperaturas semelhantes às reproduzidas no laboratório. Nesses ambientes, água misturada a outros compostos pode assumir estados muito diferentes daqueles encontrados na Terra.
A condutividade do gelo superiônico é particularmente interessante porque Urano e Netuno possuem campos magnéticos muito inclinados e pouco simétricos. Materiais condutores presentes em camadas profundas podem participar da geração desses campos, embora a estrutura interna real dos dois planetas ainda seja pouco conhecida.
Condição
Resultado observado
Pressão acima de 200 GPa
Fase HCP ganha estabilidade
Temperatura acima de 1.800 K
Regime superiônico
Rede de oxigênio
Permanece cristalina
Hidrogênio
Move-se através da estrutura
Isso significa que o interior de Urano e Netuno foi reproduzido exatamente?
Não. O experimento reproduziu faixas específicas de pressão e temperatura, mas os interiores planetários provavelmente contêm misturas complexas de água, amônia, metano, hidrogênio, hélio e outros materiais. Portanto, observar uma fase estável em água pura não prova que ela domine os planetas reais.
O resultado fornece uma nova peça para modelos físicos. Missões futuras, medições gravitacionais mais precisas e novos experimentos serão necessários para determinar onde estados superiônicos poderiam existir e quanto contribuiriam para estrutura, transporte de calor e geração dos campos magnéticos dos gigantes gelados.
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