Gotas de perfil

 

Escolha o lado mais fotogênico das gotas e descubra o que elas podem revelar sobre as interações entre moléculas.

Palavras-chave

Interações moleculares; polaridade; tensão superficial; água.

Você vai precisar de:

Água;
óleo de cozinha;
glicerina;
mercúrio (opcional);
4 conta-gotas (um para cada I(quldo);
pedaço de Isopor;
placa de vidro;
adaptador para projeção vertical no retroprojetor.
 
Passo 1
Gotas no vidro

Monte o adaptador para projeção vertical como explicado no experimento anterior. Na área de projeção coloque inicialmente uma placa de vidro. Apoie a placa em um objeto plano de modo que a altura da placa fique aproximadamente na metade da base do retroprojetor. Ajuste a altura da projeção para que a parte superior da placa esteja no meio da tela e bem visível. Coloque uma gota de água sobre a placa de vidro. Use água suficiente para que a gota fique bem visível na projeção. Ajuste o foco se necessário. Coloque agora uma gota de glicerina ao lado da gota de água, sem deixar que elas se toquem. Coloque ao lado destas uma gota de óleo de cozinha e outra de mercúrio metálico (veja “Cuidados” antes de manipular o mercúrio metálico). Chame a atenção para as diferenças no perfil das gotas.

Passo 2
Usando o repelente para água

Repita o procedimento acima em uma outra placa de vidro (ou na outra face da mesma placa) após aplicar um repelente para água. Este é um produto encontrado em lojas de acessórios para carros e que é aplicado no para-brisa para que a água da chuva escorra mais facilmente. Aplique o produto em metade da placa, utilizando um pano. Espere secar e aplique novamente. O que ocorre com as gotas de água e de óleo?

Passo 3
Gotas no isopor

Repita o procedimento acima substituindo as placas de vidro por uma placa de isopor. Você pode pedir aos alunos que façam uma previsão sobre o que vai acontecer com o contorno das gotas neste caso.

Passo 4
Gotas na superfície de uma folha

Você pode ainda utilizar uma folha que seja bem plana. Coloque as gotas de água sobre ela e observe a projeção do perfil.

Passo 5
Cuidados e descarte

Mercúrio é um metal que deve ser manipulado com grande cuidado. O vapor e o líquido apresentam toxicidade elevada e podem ser absorvidos pela pele. O mercúrio é um metal pesado que se acumula no organismo e causa diversos distúrbios, principalmente no sistema nervoso, O mercúrio metálico utilizado nesta experiência deve ser coletado com cuidado e reutilizado. Nunca descarte o mercúrio ou seus sais na pia, utilize um frasco de coleta de resíduos tóxicos.

O que acontece

Quando colocamos uma gota de um líquido sobre uma superfície de um determinado material, duas interações se contrapõem e definem a forma final dessa gota. As interações entre as moléculas dentro do líquido mantêm a gota coesa e as interações entre o líquido e a superfície em que ele está apoiado fazem com que se espalhe e molhe a superfície.

Algumas situações podem ocorrer dependendo da intensidade relativa dessas forças de atração. Uma maneira de se olhar para o problema é pensar no ângulo entre o sólido e a interface líquido-ar. Este ângulo é chamado de ângulo de contato. Se a interação entre o líquido e a superfície for muito maior que a interação entre as moléculas no interior da gota, o líquido vai molhar bem a superfície e o ângulo formado vai ser pequeno, próximo de zero (ver Figura A).

À medida que as interações no interior do líquido aumentam, o ângulo também aumenta (Figura B). No caso extremo em que um líquido não interage significativamente com o sólido e tem uma interação forte entre os seus constituintes, o ângulo fica maior do que 90 graus (Figura C). Se em sua sala houver um quadro branco, você pode projetar as gotas e desenhar uma linha na base da gota e outra tangente à curvatura com uma caneta apropriada.

É interessante discutir com os alunos o tipo de interação molecular que ocorre em cada líquido. No caso da água, temos uma molécula polar. Isso quer dizer que na molécula de água os elétrons estão distribuídos de forma desigual, ficando mais tempo ao redor do átomo mais eletronegativo. Um lado da molécula, onde está o átomo de oxigênio, tem uma carga parcialmente negativa, O outro, dos átomos de hidrogênio, tem uma carga parcialmente positiva. Isso faz com que as moléculas de água se atraiam fortemente, com os lados de cargas opostas se orientando para maximizar esta interação. No caso da água tais interações são especialmente fortes devido à diferença de eletronegatividade entre o hidrogênio e o oxigênio. Chamamos este tipo de interação de ligação de hidrogênio. O etanol e a glicerina são outros exemplos de moléculas polares que possuem ligações de hidrogênio.

O Óleo de cozinha apresenta principalmente interações do tipo dipolo instantâneo-dipolo induzido, pois ele é formado por ácidos graxos contendo longas cadeias de carbono apoiares. Já o mercúrio é um metal que tem a peculiaridade de uma temperatura de fusão muito baixa (-38,8 °C), o que faz com que ele seja líquido à temperatura ambiente. No mercúrio as interações entre os átomos são muito mais fracas que o normal para metais, principalmente pelo fato de ele ser um metal pesado com uma configuração eletrônica fechada. Os elétrons que deveriam participar da ligação metálica, da última camada, acabam sendo pouco disponíveis para compartilhamento e com isso a ligação fica mais fraca. Como o mercúrio tem interações extremamente fracas com a superfície tanto do vidro como do isopor, as interações no interior da gota são muito mais fortes e ele não “molha” a superfície, ficando com gotas tão arredondadas que o ângulo de contato é maior do que 90 graus. isso também explica por que o mercúrio, quando colocado em tubos e vidro, possui um menisco invertido em relação ao da água no vidro.

A superfície dos sólidos também afeta o perfil da gota. O vidro apresenta em sua superfície grupos polares como Si-OH ou Si=O e a água consegue fazer interações com estes grupos. A gota de água adere ao vidro, mas não se espalha completamente, ficando ainda com um perfil arredondado.

O “repelente” de água na verdade é um polímero de silicone dissolvido em álcool. Quando o álcool evapora, fica uma camada muito fina do silicone cobrindo a superfície do vidro. Isso modifica as propriedades da superfície do vidro, tornando-o apoiar. A água tem uma interação muito mais fraca com o silicone do que com o vidro. O

isopor é um polímero, o poliestireno, e apresenta uma superfície apoiar. As folhas apresentam uma cutícula na sua superfície que cobre e protege as células da epiderme. Essa cutícula é formada por material polimérico e por cera, que a torna apoiar. Dessa forma a água não molha a superfície da folha.

Para saber mais

Para saber mais sobre por que o mercúrio é líquido, consulte o artigo:
NORRBY, Lars J. Why is mercury a liquid? Or, why do relativistic effects not get into Chemistry textbooks? Journal of Chemical Education, v. 68, p. 110, 1991.

Veja também

Corra, gota, corra. COLTECM26. Disponível em: <http://pontociencia. org .br/experimentos-interna.php?experimento=45>.
A Fuga das Gotinhas. COLTECM26. Disponível em: <http:// pontociencia.org.br/experimentos-interna. php?experimento=44>. GESSER, Hyman D. A demonstration of surface tension and contact angle, Journal of Chemical Education, v. 77, ri. 1, p. 58, 2000. S)LVERSTEIN, Todd P. Polarity, miscibility, and surface tension ol liquids. Journal of Chemical Education, v. 70, n. 3, p. 253, 1993.
 
 

 Referência: Matheus, A.L.; Reis, D.D; Paula, H.F. e- "Ciência na tela experimentos no retroprojetor".

 

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