Já se perguntou como os insetos podem andar sobre a água?

11/05/2022

Não é porque são mais leves ou menos densos que a água, a resposta é... tensão superficial!

O que é tensão superficial

É o que causa a formação de bolhas, é como a água pode rastejar pelas laterais de um tubo capilar, e é o que permite que insetos, como o andor da água, caminhem ao longo da superfície de um lago sem quebrá-lo. 

A tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área de superfície de um líquido e, portanto, o que faz com que um líquido queira ter uma área de superfície tão pequena quanto possível. Em outras palavras, é a capacidade de uma superfície resistir a forças externas devido às forças moleculares que atuam dentro do líquido. Essas forças incluem ligações de hidrogênio (interações intermoleculares fortes) e forças de dispersão (interações intermoleculares fracas).

Além do poder da tensão superficial, os caminhantes aquáticos também têm milhares de minúsculos pelos nas pernas para prender o ar e aumentar a resistência à água.
Além do poder da tensão superficial, os caminhantes aquáticos também têm milhares de minúsculos pelos nas pernas para prender o ar e aumentar a resistência à água.

Estranheza da água

Entre suas muitas outras propriedades únicas, a estrutura química da água lhe confere uma muito tensão superficial mais alta do que outros líquidos - cerca de 72mN/m. O único líquido com maior tensão superficial é o mercúrio, a 500mN/m. Por causa disso, a água é o exemplo mais comum usado para demonstrar a tensão superficial, e podemos vê-la em ação em todos os lugares que vamos.

A água é composta de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio em uma estrutura tetraédrica, e essa configuração permite que as moléculas de água formem ligações eletrostáticas – chamadas ligações de hidrogênio – entre moléculas vizinhas.

As superfícies são frequentemente descritas como hidrofílicas (amantes da água) ou hidrofóbicas (odiando a água), e isso é determinado pela capacidade da superfície de se ligar às moléculas de água, em vez da água simplesmente se ligar a si mesma. Esta capacidade de ligação de superfície é muitas vezes determinada pela polaridade molecular e se existem locais para a ligação de hidrogênio. Em química, 'semelhante atrai semelhante', então uma molécula polar como a água será mais atraída por uma superfície polar do que uma superfície sem carga líquida.

Folhas de lótus

Quando você olha para a água escorrendo das folhas de uma flor de lótus, você verá que a folha não fica realmente molhada. A água simplesmente corre sem deixar rastros. O efeito lótus é um caso especial de superhidrofobicidade, e isso é causado por dois fatores.

O efeito lótus influenciou o desenvolvimento da biomimética de outras superfícies para serem ultra-hidrofóbicas, autolimpantes e antiaderentes, como PTFE – o revestimento em panelas de Teflon.
O efeito lótus influenciou o desenvolvimento da biomimética de outras superfícies para serem ultra-hidrofóbicas, autolimpantes e antiaderentes, como PTFE – o revestimento em panelas de Teflon.

Em primeiro lugar, as folhas de lótus são cobertas por cutículas que secretam uma substância cerosa em toda a superfície da folha. As ceras e os óleos são hidrofóbicos e, portanto, as gotículas de água aderem mais facilmente a outras gotículas de água do que à superfície da folha.

Em segundo lugar, a superfície de uma folha de lótus pode parecer lisa o suficiente, mas na verdade é extremamente áspera em um nível microscópico. É coberto por muitos pontos minúsculos da superfície da folha, formando hierarquias fractais da superfície e lacunas nas quais o ar pode ser aprisionado. Isso aumenta a resistência entre a gota de água e a superfície da folha, fazendo com que a água simplesmente role. 

Quebrando a tensão superficial

A energia de uma superfície pode ser reduzida para deixá-la quebrar mais facilmente. Isto é conseguido usando surfactantes, abreviação de surfarás agirive agents. 

Os tensoativos domésticos mais comuns são detergentes em produtos de limpeza e emulsificantes em alimentos e cosméticos.
Os tensoativos domésticos mais comuns são detergentes em produtos de limpeza e emulsificantes em alimentos e cosméticos.

Surfactantes são moléculas com uma cabeça hidrofílica e uma cauda hidrofóbica. As moléculas podem se alinhar ao longo de uma interface de água e outro fluido (como óleo ou ar) e isso diminui a energia ao longo da superfície. 

Você pode visualizar isso como uma camada extra revestindo as moléculas de água e separando-as da interface e umas das outras. Isso espalha as moléculas de água finamente e causa a formação de bolhas. 

Nos detergentes, essas pequenas bolhas podem entrar em sulcos e poros para limpar a sujeira e as bactérias. Em emulsões, as bolhas podem ser dispersas por outro fluido, como partículas de água suspensas em óleo para fazer margarina. Os tensoativos emulsificantes são capazes de alterar a consistência das duas fases em algo homogêneo e garantir que seja muito mais difícil separá-las.

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Fontes:

Inquérito Rápido