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Novo estado da matéria pode ser sólido e líquido ao mesmo tempo

POR Bruno Dias    EM Curiosidades      09/04/19 às 17h32
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Desde a época da escola, fomos apresentados aos estados da matéria: sólido, líquido e gasoso. Essa era a resposta que todo mundo acertava. Aprendemos isso com um exemplo específico, a água. Isso porque ela é facilmente encontrada e visível nesses três estados. É fácil de explicar e de mostrar aos alunos.

No entanto, esses são apenas os três estados básicos da matéria. Agora, os físicos descobriram algumas variações desses estados. Elas podem existir quando estão sob condições extremas de temperatura e pressão.

Utilizaram inteligência artificial para conseguir confirmar esse novo estado bizarro da matéria. Nele, os átomos de potássio mostram propriedades de sólido e líquido ao mesmo tempo. Se fosse possível pegar um pedaço desse material ele se pareceria com um bloco sólido com vazamento de potássio fundido que eventualmente se dissolveu.

"Seria como segurar uma esponja cheia de água que começa a pingar, exceto que a esponja também é feita de água", diz o coautor do estudo Andreas Hermann.

Esse estado incomum do potássio pode existir nas condições que são encontradas no manto da Terra. Mas, normalmente, esse elemento não é encontrado em sua forma pura. Ele geralmente está ligado a outro material. Mas algumas simulações poderiam ajudar a estudar o comportamento de outros minerais sob as mesmas condições extremas.

Os metais como o potássio são bastante diretos, em um nível microscópio. Quando eles estão em seu estado sólido, como uma barra, os átomos desse elemento se conectam à linhas que conduzem bem o calor e eletricidade. E por muito tempo, pesquisadores achavam que conseguiriam prever o que aconteceria quando essas estruturas fossem colocadas sob grande pressão.

Mas há 15 anos, os cientistas viram que o sódio, que é um metal semelhante ao potássio, apresentava algo estranho em seus estados. Quando colocado em uma pressão 20 mil vezes superior a pressão que temos na Terra, o bloco prateado do metal se transformava em um material transparente. E esse material não conduzia eletricidade, mas sim parava seu fluxo. E colocado sob raio-x, os cientistas viram que os átomos do sódio tinham se transformado em uma formação cristalina complexa e não uma simples formação como eles pensavam.

Eles também fizeram essas experiências com o potássio. Seus átomos se organizaram em uma formação elaborada. Eles formaram cinco tubos cilíndricos em forma de X e quatro cadeias longas nas extremidades, quase que como dois materiais separados e não entrelaçados.

"De alguma forma, esses átomos de potássio decidem se dividir em duas sub-redes fracamente ligadas", disse Hermann.

E quando os cientistas aumentaram o calor e colocaram as imagens no raio-x para ver o que estava acontecendo, descobriram que as cadeias estavam desaparecendo.

Descoberta

Então Hermann e sua equipe usaram nas simulações uma rede neural. Ela é uma máquina de inteligência artificial que prevê comportamentos com base em exemplos anteriores. Ela foi usada primeiro com pequenos grupos de átomos de potássio. E a rede neural aprendeu a mecânica para simular coleções com milhares de átomos.

Os resultados confirmaram que quando a pressão é cerca de 20 a 40 mil vezes a pressão atmosférica, o potássio entrava nesse estado sólido-líquido. As cadeias se dissolviam em líquido, enquanto os cristais de potássio ficavam sólidos.

Essa foi a primeira vez que os cientistas viram que esse estado é termodinamicamente estável para um elemento. Segundo Marius Millot, que estuda materiais em condições extremas, com a técnica que a máquina aprendeu, pode ser possível modelar o comportamento de outras substâncias.

E com essa descoberta, esse novo estado do potássio se junta à matriz conhecida de outros estados incomuns da matéria.


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