Já
todos apreciámos magníficas fotos ou filmes com grandes
planos de insectos que andam na
superfície da água como se esta tivesse uma
«pele» elástica. Esta
«pele» na realidade é (mais) uma das propriedades
anómalas apresentada
pela água: a sua elevada tensão superficial
já abordada a propósito
dos vulcões
de Mentos e Coca-Cola.
A tensão superficial resulta do desequilíbrio das
forças
intermoleculares
estabelecidas pelas moléculas na superfície do
líquido. Assim, a tensão
superficial é uma medida da intensidade das forças
intermoleculares mas
reflecte muito fortemente as dimensões da molécula,
nomeadamente a área
que esta ocupa na interface líquido-gás, a sua
área superficial.
Para além da «pele», a tensão
superficial,
que se pode medir calculando o trabalho necessário para aumentar
a
superfície de um dado líquido, explica fenómenos
como a capilaridade, a
forma das gotas desse líquido e outra propriedade muito
importante a
que chamamos molhabilidade.
Assim, quanto menor a tensão
superficial de um líquido maior é a sua molhabilidade ou
a facilidade
com que se espalha. As implicações deste fenómeno
são várias, não só em
muitas situações industriais - processos de
fermentação, formação de
gelo em alimentos congelados, estabilidade de emulsões e
espumas, etc.
-, como em muitas situações biológicas, por
exemplo a nível dos
pulmões. Neste exemplo, os pulmões recorrem a
surfactantes pulmonares,
os fosfolipídos, que baixam a tensão superficial da
água nas paredes
dos alvéolos e facilitam a difusão do oxigénio.
Os
hidrocarbonetos, especialmente os de baixo peso molecular como os
constituintes da gasolina, apresentam tensões superficiais muito
baixas
o que faz com que se espalhem facilmente. E se a Natureza é
fértil em soluções
hidrofóbicas
(que repelem a água) - como as que recobrem as penas de aves e
impedem
que estas sejam molhadas pela água - não produziu
materiais oleofóbicos
que, por exemplo, ajudem a minorar as consequências de derrames
como o
do Prestige ou o mais recente no MarNegro.
Na revista Science
de 7 de Dezembro de 2007, são apresentados no artigo
«Designing Superoleophobic Surfaces» os primeiros materiais
oleofóbicos, desenhados por cientistas
do MIT.
Na figura seguinte, é representada uma folha de lótus em
contacto com
água (a azul) e octano (a vermelho) antes (imagens superiores) e
depois
de revestida com um destes materiais.
A
equipa do MIT resolveu o problema da baixa tensão superficial
dos
hidrocarbonetos desenhando um material compósito, microfibras
que
essencialmente «almofadam» gotas destes líquidos e
impedem que estas se
espalhem na superfície do material.
As microfibras são uma
mistura de polímeros vulgares e moléculas denominadas
fluoroPOSS -
POSS, polyhedral oligomeric silsesquioxanes, ou seja, silsesquioxanos
poliédricos oligoméricos, compostos de silício que
têm gerado muito
interesse nos últimos tempos pelas suas potencialidades no
desenho de
compósitos híbridos orgânicos-inorgânicos
para aplicações em
electrónica e fotónica, entre outras. Os silsesquioxanos,
igualmente
denominados esferosiloxanos por apresentarem estruturas
poliédricas/cúbicas que são topologicamente
equivalentes a uma esfera,
exibem uma energia de superfície extremamente baixa.
Os
compósitos desenvolvidos pelo MIT podem ser depositados em
praticamente
todas as superfícies, incluindo metal, vidro, plástico e
mesmo
superfícies biológicas como sejam as folhas de plantas.
Ajustando os
parâmetros de que dependem as propriedades destes materiais, os
cientistas podem desenhar fibras que repelem diferentes tipos de
hidrocarbonetos, e conseguiram mesmo produzir um material que permite a
separação de água e octano (jet fuel).
A Força Aérea
norte-americana, que financiou o projecto, está interessada em
utilizar
estes materiais para proteger do combustível os componentes de
aviões e
foguetões que podem sofrer danos estruturais depois de embebidos
em
hidrocarbonetos mas diria que as suas aplicações
possíveis não se
esgotam na oleofobicidade, como é exemplo o filtro de jet fuel
representado.