O autor do vídeo mostra de uma forma bem didática como uma colher de sopa de óleo se espalha por uma grande área de um lago.
Embora esteja em inglês (possui legendas em inglês), o fenômeno é auto-explicativo.
Na sequência, faço uma breve explanação da mecânica envolvida nesse fenômeno.
Quer saber mais? Siga lendo o post…
PARTE 1 – Polaridade de ligações e moléculas
Antes de mais nada, precisamos compreender que as moléculas possuem uma característica chamada polaridade.
A polaridade de uma molécula tem relação com o momento de dipolo elétrico, o qual provém do somatório das diferenças de eletronegatividade de todas as ligações químicas.
É complicado? Um pouco.
Vamos pegar a molécula de água e uma molécula orgânica para explicar melhor.
A molécula de água possui duas ligações químicas O-H, as quais possuem uma diferença de eletronegatividade 3,44-2,22 = 1,22. Esse valor de eletronegatividade indica que na ligação química, a nuvem eletrônica estará mais “concentrada” sobre o átomo de oxigênio, formando um dipolo elétrico (algo como um polo positivo e um negativo) e uma ligação polar.
Na mesma figura, temos dois átomos de carbono formando ligação covalente, a diferença de eletronegatividade entre esses dois átomos é zero, pois são dois átomos iguais. Nesse caso, a nuvem eletrônica está igualmente distribuída sobre os dois átomos e nenhum dipolo é formado. Dizemos que essa ligação é apolar.
Agora, considerando a molécula de água em si.
Ela possui, sobre o átomo de oxigênio, dois pares de elétrons não-ligantes. Esses pares fazem com que a molécula possua uma geometria não-linear (angular, na verdade). Essa assimetria faz com que os dois momentos de dipolo elétrico O-H somem-se e deem origem a uma molécula com momento de dipolo total diferente de zero e com vetor apontando dos átomos de hidrogênio para o átomo de oxigênio.
Por essa razão, dizemos que a MOLÉCULA de água é POLAR.
As moléculas de ácido graxo (presentes no azeite de oliva e em vários outros óleos vegetais e gorduras vegetais e animais) possuem várias ligações químicas C-C (apolares). Também possuem ligações C-H (diferença de eletronegatividade 2,55-2,20 = 0,35 = apolar).
Além disso, a geometria das ligações C-C + C-H é tetraédrica, uma simetria alta e que resulta em momento de dipolo total praticamente igual a zero, fazendo com que as moléculas de ácido graxo sejam fortemente apolares.
Parte 2 – Solubilidade
Falando no caso específico das duas moléculas do nosso problema (água e áxido graxo), os momentos de dipolo são permanentes.
Em palavras mais simples, esses dipolos não se “desfazem” com o tempo.
Um princípio conhecido por todos os químicos, desde tenra idade é “semelhante dissolve semelhante”.
Ou seja, moléculas polares dissolverão moléculas polares e moléculas apolares dissolverão moléculas apolares.
Sendo assim, misturando óleo (ácido graxo) com água resultará em uma não dissolução do óleo (soluto – substância presente em menor quantidade) pela água (solvente – substância presente em maior quantidade).
Parte 3 – Fenômenos de superfície
E o que acontece quando a colher de sopa de azeite de oliva é despejada sobre a superfície da água?
Tratando-se de dois líquidos com polaridades opostas, a tendência é que o óleo se espalhe sobre a água para minimizar o contato com esta, já que substâncias de polaridades diferentes não se misturam.
Esse fenômeno de espalhamento é descrito na físico-química como “TENSÃO SUPERFICIAL”.
A tensão superficial já foi descrita exaustivamente por mim aqui no blog (1, 2, 3, 4, 5 e 6) e pode ser descrita simplificadamente como a força necessária para aumentar a área superficial de um filme líquido (no caso, o de azeite).
Como a área da superfície do lago é muito grande, a massa de azeite vai se espalhar o máximo que puder a fim de minimizar o contato com a água.
O espalhamento será tão grande que um filme muito fino de óleo sobre a água vai se formar, muito provavelmente a espessura do filme de óleo terá a espessura de uma molécula de ácido graxo (no máximo umas poucas moléculas de espessura).
Com isso, está explicado o porquê do espalhamento do óleo sobre a água.
Parte 4 – Bônus (Impacto ambiental)
Sabe aquelas campanhas de coleta de óleo que pipocam volta e meia aí pelos meios de comunicação?
Por que não devemos despejar o óleo pelo ralo da pia?
Pela simples razão que se uma simples colher de sopa de azeite pode se espalhar por uma área de meio acre (2023,43 m²), imagine o que 1,0 Litro de óleo pode fazer com as reservas de água da sua cidade.
Agora imagine que cada residência da sua cidade despeje 1,0 Litro de óleo em um único dia!!!
Dá pra imagina o estrago?
Claro, o monofilme de óleo (filme com espessura de uma molécula) não dura pra sempre. Uma hora a camada evapora e a água fica “limpa” de novo.
Mas enquanto o óleo está espalhado sobre a água, ele altera o índice de refração da luz sobre a água e, com isso, o poder de penetração da luz no meio líquido.
Existem microorganismos que dependem de determinados comprimentos de onda da luz para sobreviver.
Com a camada de óleo espalhada sobre a água, há a possibilidade de a luz não chegar a camadas mais profundas da água e, assim, matar de fome esses microorganismos que habitam na região agora escurecida.
O mesmo acontece quando petróleo vaza dos navios petroleiros e se derrama sobre a água do mar.
Toda a cadeia trófica marítma sofre com isso, sem contar que o petróleo é rico em substâncias tóxicas para a vida animal.
Eu sei que me alonguei nas explicações hoje, mas acho necessário usar esse vídeo para provocar algumas discussões físico-químicas e ambientais importantes.
Espero que tenham gostado e, caso tenham alguma sugestão quanto ao texto, não hesitem em escrever para mim. 🙂
Até a próxima e um Feliz Natal e Próspero Ano Novo!
O canal “What the Physics” explora assuntos surpreendentes ou interessantes relacionados à Física.
Vi o vídeo no 9GAG.
Diário de um Químico Digital 3.0 