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Márcia Barbosa estuda a água – a substância mais estranha da face da Terra

A #MulherCientista dessa semana costumava desdenhar da água. Mas se apaixonou depois de duas décadas desvendando as mais de 70 anomalias do líquido.

Por Bruno Vaiano, Maria Clara Rossini Atualizado em 11 fev 2021, 11h34 - Publicado em 22 nov 2020, 07h32

A física Márcia Barbosa se interessou pela água muitos anos atrás, quando estudava transições de fase: as passagens de uma substância do estado líquido para o sólido, do gasoso para o líquido etc.

Até então, Márcia só pensava em água quando sentia sede: originalmente, seu objeto de estudo eram moléculas grandes, como proteínas e DNA, que têm milhares de átomos. Uma molécula como o H2O – com seus humildes hidrogênios e um oxigênio solitário – não parecia tão digna de atenção. Tanto é que, quando precisava simular o comportamento da água, a pesquisadora da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) usava um modelo computacional, em suas palavras, “vagabundo”. 

O problema é que o modelo vagabundo fazia juz à ofensa e não funcionava: as previsões que envolviam água começaram a dar errado. Márcia, então, decidiu fazer uma pausa para modelar a água decentemente.

A pausa já dura 20 anos. O líquido mais comum da Terra, Márcia descobriu, é também o mais estranho.

Uma das anomalias da água (ao todo, são mais de 70) é a seguinte: quanto mais comprimidas estão as moléculas de água, mais rápido elas se locomovem. Pode não parecer grande coisa. Mas se ponha no lugar de uma molécula: é como se, quanto mais lotado estivesse o ônibus, mais fácil fosse se mexer.

O segredo está nas pontes de hidrogênio: conexões efêmeras que os átomos de hidrogênio de uma molécula de H2O gostam de formar com o oxigênio de outra molécula de H2O. Isso acontece porque o oxigênio é eletronegativo, o hidrogênio é eletropositivo, e os opostos se atraem. Moléculas de água gostam de formar essas pontes não só com a própria água, mas com qualquer outra molécula que esteja dando sopa. 

Essa mania de grudar de levinho em tudo que está em volta – e depois soltar rapidamente – faz a molécula de H2O agir como um personagem clássico: o passageiro de ônibus que vai apoiando a mão nos ombros de todo mundo para cavucar um caminho e descer do coletivo. Mais eficaz que o cidadão educado, que pede licença e espera o Mar Vermelho abrir dois pontos depois. 

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“O que nós mostramos é que, quando a água está compactada, ela passa a fazer mais pontes”, explica Márcia. “Quando eu coloco seis vizinhos muito próximos dela, a água alterna de um pro outro, fazendo seis, oito pontes. Eu chamo de efeito Ricardão”.

O próximo passo foi analisar o fluxo da água em nanotubos – cilindros com espessura 80 mil vezes menor do que um fio de cabelo. A água flui muito bem nesses espaços minúsculos. Por estarem em um espaço muito pequeno, as moléculas desistem de fazer um monte de pontes de hidrogênio. Passam a se organizar em uma fila indiana, fazendo apenas duas pontes: uma com o H2O que está na frente, uma com o que está atrás. As moléculas perdem as pontes laterais porque elas são repelidas pelo minúsculo cano.

Márcia volta a usar o exemplo do ambiente abarrotado de gente: “essa fila indiana anda super rápido, como se fosse um corredor polonês no carnaval. Todo mundo de mão dada”. O fluxo de água em nanotubos chega a ser centenas ou até milhares de vezes maior do que o previsto pelas leis da hidrodinâmica.

Apenas 2,4% da água do planeta é doce, e 70% dessa água doce está em locais de difícil acesso, como as geleiras. Diversos países já enfrentam escassez hídrica, e a ONU estima que metade da população mundial sofrerá com a falta de água até 2050.

A física estuda diferentes materiais e espessuras de tubos procurando a melhor estratégia para dessalinizar a água. Uma possibilidade é passá-la por nanotubos: só o H2O entra, os sais ficam de fora. Essa nanotecnologia poderia reduzir as plantas de dessalinização a um décimo do tamanho atual.

Nossa conversa com a pesquisadora foi tão interessante que fizemos uma matéria explicando com mais detalhes o que faz da água uma molécula tão peculiar e algumas de suas mais de 70 anomalias. Atualmente, Márcia Barbosa é professora de física na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e faz parte da Academia Brasileira de Ciências.

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