1.4 Interações por Compartilhamento de Pares de Elétrons

a) Ligações Covalentes

São as ligações formadas pelo compartilhamento de elétrons das camadas externas dos átomos que constituem uma molécula. Os seis elementos multivalentes que se associam predominantemente através de ligações covalentes são o C, N, O, Si, P e S. A quantidade de ligações covalentes em uma molécula está diretamente relacionada à flexibilidade da mesma. Em termos de adesão, trata-se da interação de maior energia entre duas superfícies.

b) Interações Ácido-Base

Interações do tipo doador-receptor como as interações ácido-base podem ocorrer na interface entre substratos, resultando em adesão. As interações ácido-base tornaram-se bastante populares recentemente para descrever fenômenos de adesão [3, 4]. De acordo com alguns autores [5], as interações que sempre atuam em uma interface são as resultantes das forças de dispersão, seguidas das interações ácido-base, quanto à freqüência de ocorrência.

2. Magnitude e Alcance das Forças Atrativas Intermoleculares

As ligações covalentes e iônicas proporcionam energias de interação intermolecular de maior magnitude, se comparadas às interações proporcionadas pelas forças de van der Waals. Contudo, as forças de van der Waals atuam em uma distância maior, sendo chamadas de forças de longo alcance.

3. Forças Repulsivas

Existe um limite de distância de atuação das forças atrativas, visto que com o decréscimo da distância interatômica ou intermolecular, surge uma região de repulsão. O limite é governado pela aproximação das nuvens eletrônicas dos átomos ou moléculas. Forças repulsivas desta natureza são de menor alcance que as forças de interação eletrostáticas, covalentes ou de van der Waals. O balanço das forças atrativas e repulsivas entre átomos e moléculas é dado pela equação de Lennard-Jones

onde A representa o balanço das interações atrativas e B as interações repulsivas. 

4. Energia Livre e Efeitos de Interações Moleculares Coletivas

As forças intermoleculares mencionadas anteriormente dizem respeito a mecanismos de interação entre pares de moléculas isoladas. Todavia, sabe-se que efeitos de interações moleculares coletivas em um meio podem gerar resultados inesperados, tomando-se como referência interações intermoleculares de pares isolados neste meio. Termodinamicamente, este comportamento pode ser compreendido observando-se a redução da energia livre destes sistemas. Este efeito pode ser observado em alguns cristais iônicos nos quais, observando-se isoladamente as interações de pares de mesma carga, prevalecem as forças repulsivas; porém, termodinamicamente, o estado cristalino e o balanço de interações de longo alcance entre cargas opostas reduzem a energia livre do sistema, estabilizando-o. Outro exemplo dos efeitos de interações coletivas é apresentado por De Gennes [6] no estudo de separação de fases em soluções poliméricas de polioxietileno em água.

5. Mecanismos Físico-Químicos de Adesão

Além das forças de atração intermoleculares, alguns mecanismos físico-químicos contribuem para o desenvolvimento da adesão entre dois substratos, como os mencionados a seguir.

5.1 Tensão Superficial e Adesão Capilar

Seja F a força necessária para se deformar um filme líquido (como por exemplo um filme de sabão líquido confinado entre uma armação de arames) por uma distância dx. Se o valor desta força por unidade de comprimento do filme (l) for representado por g, temos que o trabalho realizado é

Equação 8

Temos então que, pela definição física, a tensão superficial corresponde ao trabalho necessário para se gerar uma nova unidade de área do fluido; ou seja, a energia superficial necessária para esta deformação. Observa-se pela definição acima que a tensão superficial pode ser apresentada em unidades de força por comprimento ou de energia por unidade de área. (i.e., dyn/cm e ergs/cm2 , ou N/m e J/m2).

Quando um determinado líquido molha bem a superfície de um tubo capilar, observa-se que este líquido sobe pelo interior deste capilar. O tratamento matemático básico do problema da capilaridade baseia-se na equação de Young-Laplace, que estabelece

onde DP é o diferencial de pressão promovido pela elevação capilar do líquido, gL é a tensão superficial do líquido e r é o raio de curvatura do líquido no interior do capilar.
Pelo efeito de capilaridade, segundo a equação de Young-Laplace, quando um líquido molha duas superfícies paralelas como o indicado na Figura 1, tem-se uma força f atuando entre estas superfícies, que é dada por

onde V é o volume de líquido e x é a distância entre as duas superfícies. Esta força caracteriza a adesão capilar e, para um dado volume de líquido, é maior quanto menor for a distância entre as superfícies.


Figura 1 - Representação da adesão capilar promovida por um líquido entre duas superfícies. V é o volume do líquido e gl é a sua tensão superficial.

Próxima >>>