Quando as coisas derretem? Problema de física com mais de 100 anos é resolvido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 02/04/2024

Ainda não tínhamos uma descrição universal para a linha de transição de fase sólido-líquido.
[Imagem: 1465301/Pixabay]

Quando um material derrete?

Nesta era de desenvolvimento científico e tecnológico, quando ouvimos falar o tempo todo sobre os muitos avanços do saber científico e de seus frutos, algumas vezes nos espantamos também com o quão pouco sabemos sobre coisas dadas como garantidas.

Por exemplo, você sabia que até agora não havia uma explicação geral sobre a linha que demarca a transição de um material entre os estados sólido e líquido?

Ocorre que nossa compreensão dos três estados básicos da matéria - sólido, líquido e gasoso - baseia-se em diagramas de fase temperatura-pressão, que representam as condições sob as quais cada estado existe, com linhas distintas separando-os - essas demarcações são conhecidas como linhas de fase.

A tradicional equação de Clausius-Clapeyron descreve linhas de transição de fase para a ebulição (transição líquido-gasoso) e para a sublimação (transição sólido-gasoso).

Mas ainda não tínhamos uma descrição universal para a linha sólido-líquido.

É o que acaba de providenciar o professor Kostya Trachenko, da Universidade Rainha Maria de Londres, no Reino Unido, que encontrou uma resposta para essa pergunta aparentemente simples, que permanecia sem resposta há cerca de um século: Quando é que uma substância derrete?

Ao desenvolver uma nova estrutura teórica que incorpora avanços recentes na teoria dos líquidos, Trachenko demonstrou que as linhas de fusão podem ser descritas por uma equação parabólica simples.

A nova equação (em cima) traçou as linhas de transição de fase em perfeito acordo com os experimentos para várias substâncias testadas (embaixo).
[Imagem: Kostya Trachenko - 10.1103/PhysRevE.109.034122]

Múltiplas implicações

Isto não só fecha a lacuna na teoria, como também oferece uma ferramenta prática para prever pontos de fusão de substâncias, já que a equação revelou uma surpreendente universalidade entre diferentes tipos de materiais.

Essa universalidade vem da observação de que os parâmetros da equação parabólica são governados por constantes físicas fundamentais, como a constante de Planck e a massa e carga do elétron.

"A simplicidade e universalidade deste resultado são particularmente emocionantes," comentou Trachenko. "Isto sugere que o derretimento, apesar de suas complexidades, apresenta uma unidade fundamental em diversos sistemas, desde gases nobres até metais."

O trabalho fecha uma lacuna fundamental em nossa compreensão das transições de fase, abrindo caminho para a criação de novos materiais com propriedades personalizadas. A previsão precisa dos pontos de fusão é crucial na ciência dos materiais, com aplicações que vão desde o desenvolvimento de medicamentos até o projeto de materiais avançados e outras áreas onde a previsão de diagramas de fases é importante.

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