{"id":9627,"date":"2021-11-30T11:19:27","date_gmt":"2021-11-30T14:19:27","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/?p=9627"},"modified":"2021-12-03T14:16:37","modified_gmt":"2021-12-03T17:16:37","slug":"artigo-em-destaque-desfazendo-o-paradoxo-dos-liquidos-super-resfriados","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/pt\/artigo-em-destaque-desfazendo-o-paradoxo-dos-liquidos-super-resfriados\/","title":{"rendered":"Artigo em destaque: Desfazendo o paradoxo dos l\u00edquidos super-resfriados."},"content":{"rendered":"<p><\/p>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">Uma pesquisa cient\u00edfica realizada na UFSCar traz nova luz sobre l\u00edquidos super-resfriados e vidros &#8211; dois estados da mat\u00e9ria, no sentido amplo da express\u00e3o, que ainda apresentam muitas perguntas fundamentais \u00e0 ci\u00eancia. Em especial, o trabalho fornece forte evid\u00eancia para desfazer um antigo paradoxo envolvendo os l\u00edquidos super-resfriados, al\u00e9m de abrir perspectivas para a produ\u00e7\u00e3o de novos materiais v\u00edtreos e cristalinos.\u00a0<\/span><\/p>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">L\u00edquidos super resfriados s\u00e3o aqueles que, mesmo estando em temperaturas abaixo do ponto de fus\u00e3o, permanecem em estado l\u00edquido. O exemplo mais conhecido \u00e9 o da \u00e1gua, que congela a 0 \u00b0C mas pode ser mantida como l\u00edquido super-resfriado\u00a0mesmo depois de algumas horas no freezer, como mostra este v\u00eddeo.\u00a0<\/span><\/p>\n<p><iframe loading=\"lazy\" title=\"YouTube video player\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/NMSxuORKynI\" width=\"560\" height=\"315\" frameborder=\"0\" allowfullscreen=\"allowfullscreen\"><\/iframe><\/p>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">Mas n\u00e3o apenas a \u00e1gua, e sim qualquer l\u00edquido pode estar em estado super-resfriado desde que se cumpram as condi\u00e7\u00f5es que impedem a forma\u00e7\u00e3o do primeiro cristal, chamada de nuclea\u00e7\u00e3o. Contudo, se a nuclea\u00e7\u00e3o ocorrer, o delicado equil\u00edbrio do l\u00edquido super-resfriado se quebrar\u00e1 e ele cristalizar\u00e1<\/span><span style=\"color: #000000;\">, passando para um estado muito mais est\u00e1vel. Para desencadear esse processo, \u00e9 suficiente aguardar um certo tempo, agitar o l\u00edquido super resfriado ou introduzir um catalizador nele.\u00a0\u00a0<\/span><\/p>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">Al\u00e9m de despertar a curiosidade de cientistas e leigos, l\u00edquidos super-resfriados t\u00eam algumas aplica\u00e7\u00f5es em situa\u00e7\u00f5es em que \u00e9 necess\u00e1rio diminuir a temperatura at\u00e9 n\u00edveis muito baixos sem provocar congelamento (cristaliza\u00e7\u00e3o), como, por exemplo, a conserva\u00e7\u00e3o de \u00f3rg\u00e3os doados para transplante.\u00a0\u00a0<\/span><\/p>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">Neste trabalho, os autores procuraram<\/span><span style=\"color: #000000;\"> entender a intera\u00e7\u00e3o entre dois fen\u00f4menos que concorrem durante o processo de cristaliza\u00e7\u00e3o dos l\u00edquidos super-resfriados: a nuclea\u00e7\u00e3o de cristais e o relaxamento, fen\u00f4meno que ocorre espontaneamente na estrutura amorfa dos l\u00edquidos super-resfriados na sua trajet\u00f3ria rumo a uma fase de maior equil\u00edbrio. Para isso, utilizaram ferramentas de simula\u00e7\u00e3o computacional atom\u00edstica (aquela que permite a descri\u00e7\u00e3o da posi\u00e7\u00e3o de cada \u00e1tomo de um composto em fun\u00e7\u00e3o do tempo) para simular esses processos no germ\u00e2nio, cuja temperatura de fus\u00e3o \u00e9 de 938 \u00b0C. Acima dessa temperatura, o germ\u00e2nio \u201cderrete\u201d. Abaixo dela, se mantidas as condi\u00e7\u00f5es que impedem a nuclea\u00e7\u00e3o dos cristais, o germ\u00e2nio l\u00edquido n\u00e3o solidifica e se mant\u00e9m como l\u00edquido super-resfriado.\u00a0<\/span><\/p>\n<p dir=\"ltr\"><strong>Tudo come\u00e7ou com um paradoxo<\/strong><\/p>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">A ideia de estudar a intera\u00e7\u00e3o entre nuclea\u00e7\u00e3o e relaxamento estrutural surgiu do professor <a href=\"http:\/\/lattes.cnpq.br\/1055167132036400\" target=\"_blank\"><b>Edgar Dutra Zanotto<\/b><\/a> <\/span>em 1987, quando ele era um jovem professor da UFSCar e coordenava o Laborat\u00f3rio de Materiais V\u00edtreos, que ele mesmo tinha criado 10 anos atr\u00e1s.<\/p>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">Foi ent\u00e3o que o cientista come\u00e7ou estudar o paradoxo de Kauzmann. Publicada em 1948, essa predi\u00e7\u00e3o te\u00f3rica leva o nome de Walter Kauzmann, que foi professor da Universidade de Princeton (EUA) e fez importantes contribui\u00e7\u00f5es ao estudo dos vidros e l\u00edquidos super-resfriados. O paradoxo afirma que, a determinada temperatura (chamada de temperatura de Kauzmann), a entropia de um l\u00edquido super-resfriado deve ser igual \u00e0 entropia da fase cristalina do mesmo composto. Nesse contexto, se o resfriamento continuasse, o l\u00edquido super-resfriado acabaria tendo entropia nula a uma temperatura acima do zero absoluto. Para evitar essa situa\u00e7\u00e3o, que contraria a terceira lei da Termodin\u00e2mica, os l\u00edquidos super resfriados deveriam cristalizar antes de relaxar ao estado v\u00edtreo, que \u00e9 um estado n\u00e3o-cristalino, acima da temperatura de Kauzmann.\u00a0<\/span><\/p>\n<figure id=\"attachment_9631\" aria-describedby=\"caption-attachment-9631\" style=\"width: 300px\" class=\"wp-caption alignright\"><a href=\"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/site\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/pesquisador-4.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-medium wp-image-9631\" src=\"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/site\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/pesquisador-4-300x129.jpg\" alt=\"Os autores do artigo: Azat O. Tipeev, Jos\u00e9 P. Rino e Edgar D. Zanotto.\" width=\"300\" height=\"129\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-9631\" class=\"wp-caption-text\">Os autores do artigo: Azat O. Tipeev, Jos\u00e9 P. Rino e Edgar D. Zanotto.<\/figcaption><\/figure>\n<p dir=\"ltr\">O dilema despertou tanto interesse em Zanotto<span style=\"color: #0000ff;\">,<\/span><span style=\"color: #000000;\"> que ele se prop\u00f4s a pesquisar se a cristaliza\u00e7\u00e3o de l\u00edquidos super-resfriados ocorreria em tempo menor do que o relaxamento estrutural. Contudo, a tarefa n\u00e3o era trivial (por isso o paradoxo persiste) e requeria o dom\u00ednio de ferramentas computacionais espec\u00edficas. Dessa forma, o trabalho acabou sendo iniciado tr\u00eas d\u00e9cadas mais tarde, quando dois p\u00f3s-doutorandos<\/span> especialistas em simula\u00e7\u00e3o de din\u00e2mica molecular, <span style=\"color: #000000;\"><a href=\"http:\/\/lattes.cnpq.br\/3525515049356667\" target=\"_blank\"><b>Azat Tipeev<\/b><\/a> e <a href=\"http:\/\/lattes.cnpq.br\/2119238310782267\" target=\"_blank\"><b>Leila Separdar<\/b><\/a><\/span>, se juntaram ao grupo de pesquisa do professor Zanotto. Os novos integrantes receberam coorienta\u00e7\u00e3o do professor <a href=\"http:\/\/lattes.cnpq.br\/6801067322823031\" target=\"_blank\"><b>Jos\u00e9 Pedro Rino<\/b><\/a>, tamb\u00e9m especialista na t\u00e9cnica, que \u00e9 colega de Zanotto na UFSCar e no Centro de Pesquisa, Tecnologia e Educa\u00e7\u00e3o em Materiais V\u00edtreos (<a href=\"https:\/\/www.certev.ufscar.br\/en\/\" target=\"_blank\"><b>CeRTEV<\/b><\/a>). Enquanto Azat se debru\u00e7ava sobre o germ\u00e2nio l\u00edquido, Leila tra<span style=\"color: #000000;\">b<\/span>alhava o mesmo problema com outras <span style=\"color: #000000;\">subst\u00e2ncias. Alguns dos resultados do trabalho de Leila est\u00e3o publicados <\/span><b><a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.commatsci.2021.110421\" target=\"_blank\"><span style=\"color: #000000;\">neste artigo<\/span><\/a><\/b>\u00a0<span style=\"color: #000000;\">do peri\u00f3dico <i>Computational Materials Science<\/i>.<\/span><\/p>\n<p dir=\"ltr\">\u201cAs simula\u00e7\u00f5es de din\u00e2mica molecular permitem o estudo da cristaliza\u00e7\u00e3o e relaxamento em n\u00edvel atom\u00edstico, em uma regi\u00e3o de estados ainda n\u00e3o ating\u00edveis por experimentos de laborat\u00f3rio, para obter informa\u00e7\u00f5es essenciais sobre as propriedades dos min\u00fasculos n\u00facleos cristalinos em uma escala de tempo extremamente curta e, consequentemente, testar <span style=\"color: #000000;\">teorias de nuclea\u00e7\u00e3o e relaxamento\u201d, explica o p\u00f3s-doc Azat, de nacionalidade russa, quem conheceu o professor Zanotto em 2012 em um evento sobre cristaliza\u00e7\u00e3o de vidros e l\u00edquidos na Alemanha e veio pela primeira vez ao Brasil em 2015 para participar da Escola Avan\u00e7ada de Vidros e Vitrocer\u00e2micas organizada por Zanotto com financiamento da FAPESP.<\/span><\/p>\n<p dir=\"ltr\">A partir das simula\u00e7\u00f5es, os autores determinaram os tempos de relaxamento estrutural e de tens\u00f5es e os compararam com os tempos de forma\u00e7\u00e3o do primeiro n\u00facleo de cristal em diferentes temperaturas. \u201cVerificamos que essas curvas se cruzaram na chamada temperatura espinodal cin\u00e9tica, estabelecendo uma regi\u00e3o de temperatura onde a (forte) interfer\u00eancia do relaxamento na nuclea\u00e7\u00e3o deve ser considerada por modelos te\u00f3ricos para descrever adequadamente a din\u00e2mica da nuclea\u00e7\u00e3o experimental\u201d, resumem os autores.<\/p>\n<figure id=\"attachment_9632\" aria-describedby=\"caption-attachment-9632\" style=\"width: 900px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-9632\" src=\"https:\/\/www.sbpmat.org.br\/site\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/img-nes-e1638291889367.jpg\" alt=\"\u00c0 esquerda, representa\u00e7\u00e3o 2D da configura\u00e7\u00e3o inicial e final do sistema estudado: germ\u00e2nio l\u00edquido super-resfriado contendo uma semente de cristal inserida e l\u00edquido totalmente cristalizado. \u00c0 direita, tempos caracter\u00edsticos no germ\u00e2nio l\u00edquido super-resfriado. Curva azul: tempo de relaxamento estrutural. Curvas vermelhas: tempo m\u00e9dio de forma\u00e7\u00e3o do primeiro n\u00facleo de cristal cr\u00edtico para diferentes volumes de l\u00edquido super-resfriado. Linhas verticais: temperatura de transi\u00e7\u00e3o v\u00edtrea, temperatura cin\u00e9tica espinodal e temperatura de Kauzmann.\" width=\"900\" height=\"360\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-9632\" class=\"wp-caption-text\">\u00c0 esquerda, representa\u00e7\u00e3o 2D da configura\u00e7\u00e3o inicial e final do sistema estudado: germ\u00e2nio l\u00edquido super-resfriado contendo uma semente de cristal inserida e l\u00edquido totalmente cristalizado. \u00c0 direita, tempos caracter\u00edsticos no germ\u00e2nio l\u00edquido super-resfriado. Curva azul: tempo de relaxamento estrutural. Curvas vermelhas: tempo m\u00e9dio de forma\u00e7\u00e3o do primeiro n\u00facleo de cristal cr\u00edtico para diferentes volumes de l\u00edquido super-resfriado. Linhas verticais: temperatura de transi\u00e7\u00e3o v\u00edtrea, temperatura cin\u00e9tica espinodal e temperatura de Kauzmann.<\/figcaption><\/figure>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">Al\u00e9m disso, o trabalho forneceu uma s\u00f3lida evid\u00eancia para a resolu\u00e7\u00e3o do paradoxo de Kauzmann. \u201cNosso trabalho demonstrou que o l\u00edquido super resfriado de germ\u00e2nio cristaliza antes de chegar \u00e0 temperatura de Kauzmann, evitando a cat\u00e1strofe de entropia\u201d, diz Azat, que \u00e9 primeiro autor do <b><a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.actamat.2021.117303\" target=\"_blank\">artigo que reporta esta pesquisa<\/a>\u00a0<\/b><\/span><span style=\"color: #000000;\">no peri\u00f3dico <i>Acta Materialia<\/i>.<\/span><\/p>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">Os novos artigos em co-autoria com Azat, Leila e Pedro Rino se inserem na vasta produ\u00e7\u00e3o cient\u00edfica que o professor Zanotto e seus colaboradores t\u00eam na \u00e1rea de materiais v\u00edtreos. \u201cO cruzamento dos tempos de relaxa\u00e7\u00e3o e nuclea\u00e7\u00e3o acima da temperatura de Kauzmann \u00e9 de fundamental import\u00e2ncia para esclarecer os processos e a din\u00e2mica de vitrifica\u00e7\u00e3o e cristaliza\u00e7\u00e3o e a pr\u00f3pria natureza do estado v\u00edtreo\u201d, diz Zanotto.<\/span><\/p>\n<p dir=\"ltr\"><span style=\"color: #000000;\">O trabalho foi realizado com financiamento da FAPESP.<\/span><\/p>\n<hr \/>\n<p><strong>Refer\u00eancia do artigo cient\u00edfico:<\/strong> <em>Unveiling relaxation and crystal nucleation interplay in supercooled germanium liquid<\/em>. Azat O. Tipeev, Jos\u00e9 P. Rino, Edgar D. Zanotto. Acta Materialia. Volume 220, November 2021, 117303. <a href=\"https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.actamat.2021.117303\" target=\"_blank\">https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.actamat.2021.117303<\/a>.<\/p>\n<p><strong>Contato de autor:<\/strong> Edgar Dutra Zanotto &#8211; dedz@ufscar.br<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Uma pesquisa cient\u00edfica realizada na UFSCar traz nova luz sobre l\u00edquidos super-resfriados e vidros &#8211; dois estados da mat\u00e9ria, no sentido amplo da express\u00e3o, que ainda apresentam muitas perguntas fundamentais \u00e0 ci\u00eancia. 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