Vanderval: um bom nome para uma lagartixa

Vamos voltar às aulas de química do colegial: as ligações iônicas juntam átomos por meio de atrações eletrostáticas formando moléculas. As moléculas, por sua vez, unem-se pela influência das pontes de hidrogênio (que são fortes) ou da forças de van der Waals (que é fraca). Tão fraca é a força de van der Waals que ela nem recebe muita atenção dos professores. Nem dos físico-químicos, pois essa interação só foi mensurada com precisão recentemente.

Antes de entender como foi a medição feita pelos pesquisadores do Instituto Suíço de Nanociências e da Universidade de Basiléia, vamos nos aprofundar nas forças de van der Waals. São forças, no plural, porque tais interações podem ser três tipos: 1) entre dois dipolos permanentes (também conhecida como Força de Keeson); 2) entre um dipolo permanente e um polo induzido (a chamada Força de Debye) e 3) entre dois dipolos instantaneamente induzidos (ou seja, uma Força de dispersão de London. Nos anos 1870, o holandês Johanes Diderik van der Waals [1837-1923] foi o primeiro a descrevê-las e por isso elas levam o seu nome.

Van der Waals percebeu que a pressão dos gases deveria ser menor do que se esperava na época por causa da influência dos dipolos. Os dipolos formam-se quando, mesmo que momentaneamente, os elétrons de uma molécula concentram-se numa de suas extremidades. Para compensar esse desequilíbrio, as moléculas podem se aproximar, formando uma espécie de ligação.

Por ter curto alcance e depender de interações efêmeras, as forças de van der Waals sempre foram consideradas fracas, especialmente em comparação com os outros tipos de ligações químicas. Mesmo assim, a força de van der Waals tem um importante papel nos processos que envolvem coesão, adesão, fricção ou condensação. Trata-se, portanto, de uma força meio grudenta e é possível observar seus efeitos macroscopicamente: quando uma lagartixa anda de cabeça pra baixo pelo teto, está sendo sustentada pelas forças de van der Waals entre as moléculas de sua pata e as do forro.

Close na pata de Vanderval, onde os cílios funcionam como um adesivo graças às Forças de Van der Waals

Então como é que se mede uma força que geralmente é tão efêmera e tão fraca? Para isso, é necessário um microscópio de força atômica em baixa temperatura e uma minúscula caixa de ovos — tão pequena que nela só caiba um átomo por vez. Feita de cobre, essa caixinha de ovos tem nichos onde podem ser encaixados átomos de gases nobres, como xenônio, argônio e criptônio. A ponta do microscópio também é formada por um único átomo, de xenônio. Ao se aproximar a ponta do microscópio do átomo nele encaixado, é possível medir a interação de van der Waal entre os dois.

Em cima, na ponta do microscópio, um átomo de xenônio. Em baixo, na “caixa de ovos”, outro átomo de xenônio. As forças de Van der Waals são representadas pelas linhas azuladas. [Imagem: University of Basel/Divulgação]

Após a medição, os cientistas comparavam valores encontrados com os esperados pelos teóricos. Como era de se esperar, quanto maior a distância entre os átomos, mais fraca a força. Surpreendentemente, a força de van der Waals se mostrou ligeiramente mais intensa do que se calculava. Em todos os gases nobres analisados, os valores absolutos ficaram pouco acima do esperado. O maior desvio foi entre os átomos de xenônio, com uma intensidade que foi o dobro do que se pensava.

Uma explicação para essa discrepância, segundo os autores do artigo publicado na Nature Communications, é que pode haver uma possível troca de cargas mesmo entre os gases nobres. Nesse caso, efêmeras ligações covalentes seriam formadas, o que daria um reforço às forças de van der Waals. No fim, até um gás nobre não é tão nobre (nem tão forever alone), pois pode formar um casal — e você não.

Referência

rb2_large_gray25Shigeki Kawai et. al. Van der Waals interactions and the limits of isolated atom models at interfaces [Interações de Van der Waals e os limites dos modelos de átomos isolados em interfaces]. Nature Communications. Volume: 7, Article number: 11559, Published 13 May 2016. DOI: doi:10.1038/ncomms11559

[via Phys.org]

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