O Estado Supercrítico da Água: Entre Líquido e Gás, uma Quarta Fase?

Uma fase pouco conhecida mas fundamental

O estado supercrítico da água, atingido a uma temperatura de 374 °C e uma pressão de 22,06 MPa (≈217,8 atm), é um domínio termodinâmico no qual a água já não se distingue entre líquido e gás. Nesta zona, ela possui tanto a densidade de um líquido como a difusividade de um gás. Este comportamento híbrido abre caminho para propriedades físicas e químicas únicas, tornando-a muito reativa, excelente para dissolver substâncias orgânicas e inorgânicas, e amplamente utilizada em geoquímica, processos industriais e até na exploração de condições pré-bióticas.

Propriedades físicas da água supercrítica

Ao contrário da água líquida ou vapor, a água supercrítica apresenta flutuações significativas de densidade em pequena escala, o que modifica as constantes dielétricas, a solvatação iônica e os mecanismos de transporte térmico. Ela pode dissolver sais como um líquido, mas comportar-se como um gás para espécies não polares. Sua condutividade térmica é elevada, sua viscosidade baixa e sua tensão superficial é nula. Estas características fazem dela um excelente fluido de trabalho ou solvente verde em processos de química sustentável.

Onde encontrar água supercrítica na Terra?

O estado supercrítico da água só pode existir a pressões superiores a 217 atm e temperaturas além de 374 °C. Estas condições são naturalmente reunidas em certos ambientes geotérmicos profundos, nomeadamente na crosta oceânica e nas proximidades das câmaras magmáticas. Pode ser encontrada nas seguintes áreas:

• Sistemas hidrotermais profundos: as dorsais meso-oceânicas (como a do Atlântico) abrigam chaminés chamadas "fumadores negros", onde a pressão da coluna de água e a proximidade do magma permitem que a água ultrapasse o seu ponto crítico.
• Furações geotérmicas ultra-profundas: projetos como o Iceland Deep Drilling Project (IDDP) atingiram zonas onde a água é mantida no estado supercrítico a mais de 4 a 5 km de profundidade abaixo da superfície terrestre.
• Campos vulcânicos ativos: em regiões vulcânicas (como Taupo na Nova Zelândia ou Yellowstone nos Estados Unidos), gradientes geotérmicos muito elevados podem gerar zonas supercríticas a profundidades relativamente baixas.

Estes ambientes extremos são de grande interesse tanto para a pesquisa fundamental (origem da vida, extremófilos, mineralização) como para as tecnologias emergentes de geoenergia.

Aplicações científicas e industriais

A água supercrítica é encontrada em diversos domínios:

• Geoquímica profunda: intervém no metamorfismo, vulcanismo e transporte de metais pesados.
• Tratamento de resíduos: na oxidação hidrotermal supercrítica (SCWO), os poluentes orgânicos são destruídos eficientemente.
• Indústria farmacêutica e agroalimentar: permite extrações seletivas sem solventes tóxicos.
• Exploração planetária: suspeita-se da existência de oceanos supercríticos sob crostas geladas ou em exoplanetas de alta gravidade.

Uma fase chave na evolução da Terra

O estado supercrítico da água pode ter desempenhado um papel na origem da vida na Terra. Em ambientes hidrotermais profundos, a água supercrítica pode ter favorecido reações orgânicas complexas, precursoras do aparecimento das primeiras moléculas biológicas. Além disso, as propriedades excepcionais de solvatação e catálise podem ter servido de suporte ao desenvolvimento de químicas pré-bióticas na superfície ou na crosta terrestre.

Tabela comparativa: estados da água

Fonte: NIST Chemistry WebBook, ScienceDirect - Supercritical water oxidation.