Cientistas comprovam teoria de 50 anos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 04/07/2003

Cientistas trabalhando em laboratórios da NASA conseguiram obter a prova concreta de uma hipótese de mais de 50 anos de idade, que até hoje nenhum pesquisador fora capaz de demonstrar. A experiência agora realizada demonstra como metais líquidos resistem a se tornar sólidos quando atingem sua temperatura de solidificação, desafiando a teoria sobre como os cristais se formam por um processo chamado nucleação, importante em pesquisas que abrangem áreas desde novos materiais até sistemas biológicos.

"A nucleação está em todo lugar," afirma o Dr. Kenneth Kelton, físico da Universidade de Washington (Estados Unidos) e um dos autores do artigo que é matéria de capa do número de Julho da revista Physics Today. "Ela é a principal forma pela qual sistemas físicos se alteram de uma fase para outra. Quanto melhor a entendermos, mais nós poderemos configurar as propriedades de materiais para que eles atendam a necessidades específicas." explica ele.

Utilizando o Levitador Eletrostático da NASA, situado no Centro Espacial Marshall (Alabama - Estados Unidos), a equipe do Dr. Kelton provou a hipótese baseando-se na "barreira de nucleação".

O físico alemão Gabriel D. Fahrenheit, foi o primeiro cientista a observar a barreira de nucleação, ainda no século XVI. Quando ele resfriou a água abaixo do ponto de congelamento, ele verificou que a água não congela imediatamente, mas permanece por um período como líquido, em um estado supergelado. Isto se deve ao fato de que leva um certo tempo para que todos os átomos se rearranjem para formar cristais de gelo.

Em 1950, os Drs. David Turnbull e Robert Cech, pesquisadores da GE, mostraram que metais líquidos também resistem em se transformar em sólidos. Mas foi em 1.952 que o físico inglês Charles Frank explicou esse comportamento de "sub-resfriamento", identificando-o como uma incompatibilidade fundamental na forma como os átomos se arranjam nos estados líquido e sólido. Frank afirma que há uma espécie de inércia, que retarda a passagem entre os dois estados. Átomos em um metal líquido, por exemplo, se juntam na forma de um icosaedro, um poliedro com 20 faces triangulares, padrão este que não pode ser rearranjado para formar um cristal regular, sólido.

"O metal não se torna sólido instantaneamente, porque os átomos necessitam de muita energia para passarem de uma formação icosaedral do líquido para um novo padrão que resulta em uma estrutura cristalina regular no metal sólido," explica Kelton.

Charles Frank ainda não conhecia os quase-cristais, descobertos apenas em 1.984, nem dispunha de um equipamento como o Levitador Eletrostático da NASA para comprovar sua hipótese. A utilização da energia eletrostática para levitar a amostra de metal sendo estudada é crucial, porque qualquer contaminante existente no recipiente onde for feita a experiência pode fazer com que se formem cristais dentro do metal líquido, impedindo as medições de uma amostra realmente pura.

Dentro do Levitador Eletrostático, um feixe de raios-X foi utilizado para mapear as localizações médias dos átomos no interior de uma gota de metal líquido. O metal utilizado foi uma liga de titânio- zircônia-níquel. A experiência foi repetida várias vezes, e os dados foram conclusivos, comprovando a hipótese de Frank. À medida em que a temperatura foi diminuída, fazendo com que a amostra se solidificasse, formou-se a estrutura de icosaedros, típica do metal líquido.

Agora os cientistas começam a preparar uma nova experiência, que deverá ser conduzida a bordo da Estação Espacial Internacional. A NASA espera que os resultados das experiências possam ser utilizadas para resolver problemas na estruturação de materiais avançados, principalmente voltados para a aplicação espacial.

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