Espumas: da cerveja à lavagem da loiça
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Mª Emília Rosa e Luis Afonso (DEMat-IST)As <strong>Espumas</strong> são materiais líquidos ou sólidos que contêm alvéolos no seu interior. Asespumas líqui<strong>da</strong>s são constituí<strong>da</strong>s por bolhas de gás dispersas numa quanti<strong>da</strong>de pequenade líquido. A fase líqui<strong>da</strong> é, na reali<strong>da</strong>de, constituí<strong>da</strong> por uma mistura de líquidoscontendo surfactantes (surfactantes são substâncias que actuam à superfície do líquidoreduzindo-lhe a tensão superficial; a tensão superficial é devi<strong>da</strong> ao balanço de forças entremoléculas na superfície do líquido). As bolhas têm forma poliédrica e são separa<strong>da</strong>s porfilmes finos de líquido (faces); as faces dos poliedros são superfícies curvas que seintersectam em linhas (designa<strong>da</strong>s por junções de Plateau); estas junções intersectam-se emvértices. Nas espumas sóli<strong>da</strong>s a fase líqui<strong>da</strong> é substituí<strong>da</strong> por uma sóli<strong>da</strong>.Exemplos de <strong>Espumas</strong>: almofa<strong>da</strong> de dormir, esponja de lavar a loiça, cortiça, ossohumano, mousse de chocolate, pão, bolos, chantilly, merengues e espuma de <strong>cerveja</strong>.1 – O que acontece quando se abre uma garrafa de<strong>cerveja</strong>?Abrir garrafas de <strong>cerveja</strong>s diferentes.Quando se abre a garrafa de <strong>cerveja</strong> liberta-se gás (dióxido decarbono).O gás (normalmente dióxido de carbono) existente na <strong>cerveja</strong> não se libertaquando o recipiente (lata ou garrafa) que a contém se encontra fechado, porque oseu interior se encontra a uma pressão eleva<strong>da</strong>. Quando se abre o recipiente,liberta-se o gás devido ao abaixamento <strong>da</strong> pressão, formando-se a espuma.Como se formam as espumas?O gás contido no interior <strong>da</strong>sbolhas (células) é libertado duranteas reacções químicas que levam àformação <strong>da</strong> espuma, provocandodeste modo o seu crescimento. Na<strong>cerveja</strong> e nas bebi<strong>da</strong>s gasosasadiciona-se uma quanti<strong>da</strong>depequena de gás, normalmentedióxido de carbono, que ao libertarsedo líquido, forma bolhas àsuperfície.1
2 – O que acontece à espuma de <strong>cerveja</strong> depois deforma<strong>da</strong>?Encher dois copos com <strong>cerveja</strong>s diferentes eobservar a espuma ao longo do tempo.A espuma altera-se (as bolhas coalescem) até que desaparecem.A <strong>cerveja</strong> contém etanol (álcool) entre os seus componentes. O etanolreduz a tensão superficial <strong>da</strong> interface ar-líquido facilitando a libertação debolhas do gás e consequente formação <strong>da</strong> espuma. No entanto, o excesso deálcool na interface diminui a função estabilizadora <strong>da</strong>s proteínas existentesno malte (constituinte <strong>da</strong> <strong>cerveja</strong>), podendo mesmo levar à sua precipitação(formação de um sólido no fundo <strong>da</strong> <strong>cerveja</strong>).Como todos os apreciadores de <strong>cerveja</strong> gostam que esta tenha umaespuma farta e duradoura, os fabricantes adicionam-lhe substânciasestabilizadoras <strong>da</strong> espuma. Recentemente descobriu-se que adicionandoazoto, em vez do dióxido de carbono, se forma uma espuma com bolhasmais pequenas e mais estáveis.Estabili<strong>da</strong>de <strong>da</strong> espumaAs espumas são termodinami -camente instáveis devido à sua grandeárea interfacial. As espumas que contêmsurfactantes, caso dos detergentes, sãomais estáveis que as forma<strong>da</strong>s porálcoois.A instabili<strong>da</strong>de nas espumasmanifesta -se por dois efeitos principais:drenagem (escoamento) do líquido, pelasjunções <strong>da</strong>s bolhas, (devi<strong>da</strong> à gravi<strong>da</strong>dee dependente <strong>da</strong> viscosi<strong>da</strong>de do líquido)e ruptura dos filmes (devi<strong>da</strong> aperturbações aleatórias: mecânicas,térmicas, impurezas, etc.).Para aumentar a estabili<strong>da</strong>de <strong>da</strong>espuma adicionam-se surfactantes.Durante o envelhecimento <strong>da</strong>espuma, as bolhas grandes crescem e aspequenas diminuem de volume devidoàs diferenças de pressão entre elas.3 – Como aumentar a quanti<strong>da</strong>de de gásliberta<strong>da</strong>?Adicionar sal de cozinha (cloreto de sódio) à <strong>cerveja</strong>.A veloci<strong>da</strong>de com que se formam as bolhas de gás aumentamuito formando-se uma quanti<strong>da</strong>de maior de espuma.Ca<strong>da</strong> bolha de <strong>cerveja</strong> é um agregado de moléculas de dióxido de carbono.Quando se adiciona sal à <strong>cerveja</strong> este decompõe-se em iões de sódio e cloroque vão servir de locais privilegiados de nucleação (agregação de váriasmoléculas) e crescimento <strong>da</strong>s bolhas, aumentando a sua veloci<strong>da</strong>de deformação.Como se formam as bolhas?Uma por uma, as bolhas de gás <strong>da</strong> <strong>cerveja</strong>nucleiam (nascem), crescem e juntam-se umasàs outras na superfície, formando a espuma.Para que se dê a nucleação é necessário que seagreguem (juntem) algumas moléculas dedióxido de carbono. Para que essa agregaçãoocorra é necessária alguma energia (energiade activação). Em alguns lugares (impurezas,fissuras do copo, etc) a energia de activação émenor do que no interior do líquido pelo queas moléculas do gás se agregam com maisfacili<strong>da</strong>de.4 – Onde se formam as bolhas de <strong>cerveja</strong>?Encher, com a mesma <strong>cerveja</strong>, um copo de vidro e umacaneca de barro.A quanti<strong>da</strong>de de locais onde se formam bolhas é muito maior nacaneca de barro do que no copo de vidro.5 – E se o copo estiver mal lavado?Colocar <strong>cerveja</strong> num copo que contenha uma quanti<strong>da</strong>depequena de detergente (equivalente a um copo mal lavado).A quanti<strong>da</strong>de de bolhas liberta<strong>da</strong> é muito maior.Na ausência de impurezas, asbolhas formam-se preferencialmentenas fissuras existentes nas paredesdos recipientes que contêm a<strong>cerveja</strong>. As canecas de barro têmmais fissuras do que os copos devidro, o que lhes confere um númeromaior de locais privilegiados denucleação de bolhas.Os detergentes contêmsurfactantes que reduzem atensão superficial dolíquido. As bolhasforma<strong>da</strong>s têm, deste modomais facili<strong>da</strong>de emlibertarem-se.2
Como verificar facilmente a actuaçãodos detergentes?1 - Misturar água e uma gordura (porexemplo azeite). Que acontece?A água não se mistura com o azeite.2 - Colocar num recipiente água e azeite.Com um cotonete embebido emdetergente tocar a superfície de azeite.Que acontece?Forma-se uma membrana circular centra<strong>da</strong> noponto de contacto do cotonete com o azeite.3 – Em dois recipientes; um contendoágua e outro água com detergente,agitar ou borbulhar o respectivolíquido. Que acontece?Na água não se formam bolhas. A solução dedetergente fica coberta de bolhas de sabão.4 – Na mistura de água com azeiteadicionar um detergente e agitar. Queacontece agora? Porquê?Os três componentes <strong>da</strong> solução misturam-se.Os surfactantes, constituintes dodetergente, levam à formação de umaemulsão (dispersão de um líquido noutrolíquido).5 - Se possível, repetir o procedimentocom água quente e fria. Quais asdiferenças?A formação <strong>da</strong> emulsão é mais fácil em águaquente e mais difícil em água fria.<strong>Espumas</strong> e DetergentesAs moléculas constituintes dos sabões e detergentestêm uma extremi<strong>da</strong>de hidrofílica (que gosta de água) eoutra hidrofóbica (que não gosta de água). Nas lavagens,as extremi<strong>da</strong>des hidrofóbicas (círculos na figura) rodeiama suji<strong>da</strong>de (ácidos gordos, etc.) ficando as hidrofílicas(quadrados na figura) vira<strong>da</strong>s para a água. As partículasde suji<strong>da</strong>de ficam encapsula<strong>da</strong>s pelo detergente formandogotículas suspensas na água.Suji<strong>da</strong>deTodos sabemos que é possível formar bolhas de sabãoquando se adiciona detergente à água. Em água limpa,não há lugar para as extremi<strong>da</strong>des hidrofóbicas, pelo quese formam filmes finos, chamados membranas.Se entrar ar nas membranas, estas curvam-seformando bolhas. Para curvar as membranas é necessárioaplicar uma força e quanto maior for a curvatura <strong>da</strong>membrana, maior a força que é necessário aplicar. Acurvatura <strong>da</strong>s bolhas deriva <strong>da</strong> pressão do gás no seuinterior. As bolhas pequenas têm uma pressão maior doque as bolhas grandes.ArA espuma não é mais do que o conjunto formado pelasbolhas. As espumas forma<strong>da</strong>s por bolhas pequenas sãomais fortes e coesas.3