O novo estado da matéria é sólido e líquido ao mesmo tempo

Cientistas descobriam um novo estado da matéria física no qual os átomos podem existir, simultaneamente, como sólidos e líquidos.

Apesar de a matéria assumir muitas formas, estamos familiarizados com os três estados básicos: sólido, líquido e gasoso. Agora, e pela primeira vez, uma equipa de cientistas descobriu que é possível que a matéria existe em dois desses estados ao mesmo tempo.

O potássio de metal pode ser um sólido e um líquido ao mesmo tempo – basta aplicar extrema pressão e uma altíssima temperatura. O resultado é um pedaço de potássio sólido e fundido (sim, em simultâneo).

“Seria como segurar uma esponja cheia de água que começa a pingar. Mas, neste caso, a a esponja também é feita de água”, explicou o físico Andreas Hermann, da Universidade de Edimburgo, à National Geographic.

O potássio tem uma estrutura cristalina básica e limpa na sua forma sólida. No entanto, quando é submetido a condições extremas, algo de muito estranho pode acontecer a este tipo de metais simples. O sódio metálico condutor, por exemplo, torna-se isolante a alta pressão. Já o lítio torna-se um supercondutor a alta pressão e baixa temperatura.

Experiências anteriores com potássio a alta pressão mostraram que os seus átomos se organizam num arranjo complexo: cinco tubos de átomos numa formação quadrada, quatro nos cantos e um no meio; e quatro cadeias de átomos que se ligam entre eles.

Quando o calor entra em cena, as correntes desaparecem. Os cientistas chamam a este fenómeno de “transição de derretimento em cadeia”, e ocorre quando as cadeias de potássio passam de um estado ordenado para um estado desordenado

Nesta última investigação, os cientistas quiseram perceber por que motivo ocorre este fenómeno. Para isso, usaram simulações de computador para observar o comportamento de cerca de 20.000 átomos de potássio sob condições extremas.

Quando a pressão e a temperatura são suficientemente altas – cerca de 2 a 4 Gigapascal – os átomos de potássio organizam-se em cadeias e redes interligadas.

Segundo o ScienceAlert, as interações químicas entre os átomos da rede são muito fortes. Por esse motivo, elas permanecem como um sólido ordenado quando uma temperatura entre 400 e 800 Kelvin é aplicada. No entanto, e em simultâneo, as cadeias transformam-se num estado líquido desordenado.

Os cientistas apelidaram este novo estado de “fase derretida pela corrente” e acreditam que pode existir em vários materiais, incluindo o sódio e o bismuto. “Provamos que este novo estado é incomum, mas estável. Recriar este estado noutros tipos de materiais poderia ter todos os tipos imagináveis de aplicações”, resume Hermann.

O trabalho será descrito esta semana na Proceedings of the National Academy of Science.