Study of the structural anomaly of liquid water using upconverting thermometry of Brownian nanocrystals

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Maturi, Fernando Eduardo [UNESP]
• Orientador(a): Ribeiro, Sidney José Lima [UNESP]
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Água; Anomalias; Luminescência; Movimentos brownianos; Termômetro e termometria
• Palavras-chave em Inglês: Water; Anomalies; Luminescence; Brownian movements; Thermometer and thermometry
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/253423

Embora seja o líquido mais utilizado, a água é uma das substâncias mais intrigantes do planeta Terra. Isso ocorre porque, apesar de apresentar composição química e estrutura molecular simples, a água líquida revela um comportamento extraordinariamente complexo quando sujeita a variações de temperatura e pressão, o que a distingue de outros líquidos comumente utilizados. Essas anomalias no comportamento da água são facilmente observadas em condições de super resfriamento, quando a água é resfriada a temperaturas abaixo do seu ponto de congelamento, mantendo-se na fase líquida, e, revelando assim a existência de dois estados líquidos distintos. Apesar de considerada uma explicação notável para a ocorrência de suas propriedades anômalas, a coexistência desses dois estados líquidos da água é difícil de comprovar em condições normais de temperatura e pressão. Isso exige o desenvolvimento de novas abordagens experimentais para investigar as características peculiares da água que tornam a vida como conhecermos possível em nosso planeta. Dado que a transição entre as estruturas dos dois estados líquidos da água ocorre em nível local, é necessária então a utilização de técnicas capazes de observar as flutuações de eventos microscópicos. Portanto, este trabalho de doutorado emprega a técnica de termometria de luminescência como uma ferramenta poderosa para identificar flutuações entre dois tipos de organização de ligações de hidrogênio em moléculas de água dispostas ao redor da superfície de nanopartículas Brownianas. Os resultados obtidos revelam que, além de ser possível identificar domínios líquidos de baixa e alta densidade, o equilíbrio delicado entre a coexistência desses diferentes domínios de água é fortemente influenciado pelo tamanho das nanopartículas e pelo pH do meio aquoso, correspondendo, respetivamente, às variações de temperatura e pressão em um novo diagrama hipotético de fases da água proposto recentemente.