A água se expande quando congela, uma peculiaridade que a torna uma exceção entre os líquidos. Agora, cientistas no Japão usaram inteligência artificial para desvendar por que a água se comporta de forma tão estranha, especialmente quando é super-resfriada bem abaixo do seu ponto de congelamento.
Pesquisadores da Universidade de Osaka treinaram um modelo de IA em simulações computacionais de moléculas de água. O sistema avaliou 16 maneiras diferentes de descrever a estrutura microscópica da água e identificou quais delas melhor distinguem entre dois estados líquidos concorrentes. As descobertas foram publicadas na Communications Chemistry.
Água super-resfriada esconde duas formas concorrentes
A água pode permanecer líquida mesmo depois de cair abaixo de 0 graus Celsius se não houver impurezas ou superfícies ásperas para desencadear a formação de gelo. Esse estado é chamado de água super-resfriada, e suas propriedades estranhas se tornam ainda mais extremas.
Cientistas acreditam que a água super-resfriada existe como um equilíbrio entre duas formas: líquido de alta densidade (HDL) e líquido de baixa densidade (LDL). No nível molecular, as moléculas de água formam e quebram constantemente ligações de hidrogênio. Conforme a temperatura sobe, as estruturas HDL mais compactas se tornam dominantes sobre os arranjos LDL abertos.
IA resolve um longo debate sobre medição
Por anos, pesquisadores propuseram muitas maneiras de descrever o arranjo local das moléculas de água, incluindo ordem de ligação tetraédrica e densidade local. Esses descritores estruturais foram desenvolvidos de forma independente, usando diferentes escalas e dimensões, tornando a comparação direta quase impossível.
Estudos anteriores mostraram que o aprendizado de máquina pode classificar e entender dados estruturais de forma eficaz. A equipe de Osaka incorporou especificamente uma rede neural para avaliar quais descritores capturam as características mais importantes da estrutura da água. O sistema de IA forneceu uma estrutura unificada para comparar esses modelos concorrentes.
Moradores locais de Osaka e de todo o Japão há muito se orgulham das contribuições do país para a ciência fundamental. A água é essencial para a vida e a indústria, e entender seu comportamento no nível molecular pode influenciar áreas que vão da modelagem climática à ciência dos materiais.
Uma visão mais clara do líquido mais misterioso da natureza
A capacidade da IA de classificar descritores estruturais dá aos cientistas uma ferramenta confiável para estudar os estados líquidos duais da água. Isso não resolve todos os mistérios sobre a água, mas fornece uma maneira consistente de comparar métodos de pesquisa que antes eram incompatíveis. O trabalho aproxima o campo de uma compreensão unificada de como a estrutura microscópica da água impulsiona suas estranhezas macroscópicas.
