surface tension

Tensão superficial, um fenômeno de superfície que muita gente conhece mas não sabe nem pronunciar o nome direito.

Antes de tentar explicar em palavras simples, vamos assistir ao vídeo (que é a desculpa para escrever esse post) abaixo:

Ele foi filmado por pesquisadores do Departamento de Química & Bioquímica da Arizona State University.

O objetivo deles era desenvolver métodos mais eficientes para cortar e separar proteínas de fluidos biológicos.

No vídeo, os pesquisadores usaram uma superfície hidrofóbica de Teflon e uma faca com uma superfície super-hidrofóbica para realizar o feito.

Aqui tem outro vídeo dos mesmos autores mostrando uma tentativa de bisseccionar (só queria uma desculpa pra usar uma palavra bonita) outra gota de água, só que usando uma faca comum.

Surgem agora algumas questões que precisam de respostas:

1) Do que é feita essa faca Ginsu que corta até água?

2) O que é “hidrofobia”?

3) Por quê uma faca corta e outra não?

4) Onde é que entra essa tal de “tensão superficial” na jogada?

Como diria nosso bom e velho amigo Jack (não o Sparrow, mas o Ripper), vamos por partes…
1) Do que é feito a faca ninja? Os pesquisadores criaram várias facas, mas a que se saiu melhor foi uma com corpo de polietileno, zinco e cobre. A lâmina foi mergulhada em uma solução de nitrato de prata e em uma solução superhidrofóbica chamada HDFT por 20 segundos, depois lavada e seca com ar. Assim, eles garantiram uma faquinha super especializada em cortar água.

Tá, mas e esse negócio de “cortar água”? Que raio é isso?

2) O que é hidrofobia?

Bom, esse termo é composto das raízes gregas hydro = água e fobos = aversão, medo. A tradução seria “aversão à água”.

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A faca especial usada no vídeo é altamente avessa à água, tanto que quando entra em contato com ela faz com que a gota (ou suas metades) seja repelida.

3) Por quê uma faca corta e outra não?

Ora, porque a outra faca não tem uma superfície tratada para se tornar hidrofóbica. Imagine que a faca que corta foi recoberta com uma fina camada de gordura animal. Você já viu água e gordura se misturarem?

Claro que não, a gordura é hidrofóbica e, portanto, repele a água.

4) E o que a “tensão superficial” do título desse post tem a ver com tudo isso?

Simples. A tensão superficial é uma coisa que se observa em todos os líquidos.

Para entender melhor o que é esse fenômeno, vamos pensar em uma gota de água sobre uma superfície toda engordurada.

A gota de água tem aversão à gordura da superfície e, portanto, tende a entrar o mínimo possível em contato com a superfície engordurada.

Dessa forma, a gota vai assumir uma forma o mais próxima possível da forma esférica.

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Se eu quiser que a gota de água se espalhe melhor sobre a superfície gordurosa e forme um filme líquido, eu precisarei exercer uma força para espalhar melhor essa gota.

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(Na imagem, a gota da direita está sobre uma superfície engordurada ou hidrofóbica e não a molha. Na esquerda, temos água sobre uma superfície hidrofílica, e a molha completamente.)

Existem líquidos que exigirão uma força maior para que esse espalhamento aconteça, outros líquidos exigirão uma força menor.

Essa força a ser exercida dividida pelo comprimento que se quer dar ao filme líquido será chamado de tensão superficial.

Um líquido com uma elevada tensão superficial indica que para aumentar minimamente o tamanho do filme líquido será necessário exercer uma força elevada sobre ele.

E qual a origem da tensão superficial?

Bem, todas as substâncias possuem moléculas que interagem entre si.

O fato é que as moléculas que ficam no interior do líquido sentem essas forças de forma mais ou menos parecida em todas as direções (isso se chama de isotropia).

As moléculas que ficam na superfície do líquido ficam no que chamamos de interface. Na interface, as moléculas da fase líquida não possuem moléculas acima dela (a não ser umas poucas que estão na fase gasosa).

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Essa “ausência” de moléculas faz com que as moléculas da interface sofram uma espécie de desequilíbrio de forças. As moléculas da interface vão interagir apenas com moléculas “abaixo” delas, fazendo com que o somatório de forças aponte para o interior do líquido (bulk).

De forma bem simples, as moléculas da interface ficam mais coesas entre si e macroscopicamente (a olho nú) é como se elas formassem uma película.

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E é essa “película” que as facas mostradas no vídeo se dedicam a “cortar”.

A faca que consegue cortar a gota possui uma superfície extremamente hidrofóbica e consegue “romper” essa “película” formada pela coesão das moléculas de água da superfície.

O sucesso da faca em separar a gota em duas está no fato de que sua lâmina foi preparada de tal forma que quando a água toca na lâmina, ao invés de se espalhar e molhar a superfície metálica da mesma ela forma uma película coesa e não molha a faca.

Pelo contrário, o líquido faz o máximo possível para não se espalhar sobre a lâmina da faca, como se fugisse do contato com a lâmina.

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Como o operador da faca está exercendo uma força (descomunal para a pobre gotinha de água, snif), à medida que a lâmina desce em direção à superfície de Teflon a gota vai efetivamente sendo separada em duas.

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FONTE

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