Novo estado da matria meio lquido e meio slido

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Materiais Avanados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 06/01/2021

Parece uma baguna total, mas as partculas se organizam em duas fases concorrentes dentro do mesmo material. [Imagem: Jrg Roller et al. – 10.1073/pnas.2018072118]

Vidro lquido

Uma equipe de qumicos e fsicos alemes conseguiu sintetizar um material cujo estado da matria no se enquadra nem entre os slidos e nem entre os lquidos.

Eles o chamaram de “vidro lquido”, e a comprovao da existncia dessa fase anmala da matria promete colocar mais fogo em uma das reas mais controversas da cincia: o estudo dos vidros.

O mistrio do vidro

O vidro um dos materiais mais utilizados pela humanidade – e h mais tempo. Contudo, ele tambm um dos maiores mistrios cientficos.

Embora existam muitas teorias – e muitos defensores veementes de cada uma delas – o fato que a verdadeira natureza do vidro permanece um mistrio, com investigaes cientficas sobre suas propriedades qumicas e fsicas sendo feitas em laboratrios de todo o mundo.

De fato, o vidro tudo menos um slido convencional. Normalmente, quando um material passa de um estado lquido para um estado slido, as molculas se alinham para formar um padro cristalino. No vidro, isso no acontece; em vez disso, as molculas so efetivamente congeladas no lugar, sem tempo para que ocorra a cristalizao – por isso o vidro descrito como um material amorfo.

Esse estado estranho e desordenado caracterstico de vidros em diferentes sistemas e os cientistas ainda esto tentando entender como exatamente esse estado metaestvel se forma.

Vidro lquido

A descoberta de Jrg Roller e seus colegas da Universidade de Constana vem adicionar mais uma camada de complexidade a esse dilema do estado fsico do vidro.

Usando suspenses coloidais de partculas plsticas elipsoidais – e no esfricas, como comumente se tem feito -, Roller observou que as partculas individuais conseguiam se mover, mas eram incapazes de girar, um comportamento nunca observado anteriormente em vidros.

“Devido s suas formas distintas, nossas partculas tm orientao – em oposio s partculas esfricas – o que d origem a tipos de comportamentos complexos inteiramente novos e no estudados anteriormente,” disse o professor Andreas Zumbusch, coordenador da equipe.

Vidro L

Imagem da posio e da orientao das partculas elipsoidais em aglomerados de um vidro lquido.[Imagem: Andreas Zumbusch/Matthias Fuchs Labs]

Do biolgico ao cosmolgico

Para desvendar o que estava acontecendo, os pesquisadores mudaram as concentraes de partculas nas suspenses e monitoraram o movimento de translao e de rotao das partculas usando microscopia confocal.

“Em determinadas densidades de partculas, o movimento de orientao congelou, enquanto o movimento de translao persistiu, resultando em estados vtreos nos quais as partculas se agruparam para formar estruturas locais com orientao semelhante,” contou Zumbusch.

O que os pesquisadores chamaram de vidro lquido o resultado desses aglomerados se obstruindo mutuamente e mediando correlaes espaciais caractersticas de longo alcance. Isso evita a formao de um cristal lquido, que seria o estado globalmente ordenado da matria, conforme se esperaria pelas normas da termodinmica.

Em outras palavras, o que ocorre no vidro lquido so duas transies de vidro concorrentes – uma transformao de fase regular e uma transformao de fase de no-equilbrio – interagindo uma com a outra.

Os resultados sugerem ainda que uma dinmica semelhante pode ocorrer em outros sistemas amorfos, ou no-cristalinos, o que ajudaria a lanar luzes sobre o comportamento de sistemas complexos e molculas que variam do muito pequeno (biolgico) ao muito grande (cosmolgico).

O trabalho tambm poder ajudar no desenvolvimento de cristais lquidos melhores, dizem os pesquisadores.

Bibliografia:

Artigo: Observation of liquid glass in suspensions of ellipsoidal colloidsAutores: Jrg Roller, Aleena Laganapan, Janne-Mieke Meijer, Matthias Fuchs, Andreas ZumbuschRevista: Proceedings of the National Academy of SciencesDOI: 10.1073/pnas.2018072118

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