Joseph Norman
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Uma única gota de solvente gira como uma minúscula dançarina em cima de um copo d'água, gradualmente jogando fora pequenos pedaços redondos de si mesmo até que nada permaneça. Alguns que o viram pensaram que se parecia com uma galáxia girando, ou com o menor furacão do mundo. Todos que viram se perguntaram o que diabos estava acontecendo - e isso inclui os pesquisadores que conduziram o experimento em 2011.
A gota mágica de estrelas de solvente em um GIF chamado "Uma gota de diclorometano na água desaparecendo em espiral enquanto evapora", postou quinta-feira (11 de janeiro) no fórum r / chemicalreactiongifs do Reddit. Apesar de sua recente fama (mais de 20 mil votos positivos nas primeiras 24 horas), o GIF se originou de um artigo de 2011 publicado na revista de química alemã Angewandte Chemie.
A tese do artigo era simples: quando você libera uma gota de solvente diclorometano (DCM) em um copo de água com sabão, parece muito, muito legal. [Álbum: fotos ganhadoras de prêmios tiradas por meio de um microscópio]
“Este é um experimento muito fácil e um fenômeno muito complicado,” disse Oliver Steinbock, professor de química da Florida State University e autor sênior do estudo. "Ficamos muito surpresos com isso - e ainda estamos.”
Para preparar o experimento, Steinbock e seus colegas pesquisadores encheram vários béqueres com várias concentrações de água e um desinfetante comum de laboratório chamado CTAB. Usando uma pipeta, eles adicionaram uma única gota de DCM - um líquido incolor às vezes usado como desengraxante - em cada copo e filmaram os resultados. Cada tentativa levou cerca de 20-30 segundos no total e era visível a olho nu.
Então, o que está acontecendo aqui?
Cada gota de DCM, que tem um ponto de ebulição relativamente baixo, começou a evaporar assim que saiu da pipeta. Mas as surpresas começaram quando as gotículas tocaram na solução de água com sabão.
“O DCM tem uma densidade maior do que a água, então você esperaria que ele afundasse imediatamente”, disse Steinbock. "Mas em vez disso, assim que toca a água, parte dela se espalha e cria esse tipo de filme que mantém a gota na superfície da água ... é como um barco que mantém a gota flutuando.” (Embora o filme DCM não seja visível no GIF viral acima, você pode vê-lo claramente em vários outros vídeos do experimento que Steinbock postou no YouTube.)
Apesar deste filme semelhante a um barco, uma pequena parte da gota começa a afundar. Não é visível do ponto de vista de cima para baixo deste GIF; no entanto, um minúsculo jato de bolhas caindo se forma sob a gota quando ela toca a água. A queda do jato DCM reduz lentamente o volume da gota, mas também faz com que ela gire. "É um pouco como quando você dá a descarga", disse Steinbock. "A água tende a começar a girar e torcer. E isso dispara a rotação da gota que começamos a ver."
Em alguns segundos, a gota está flutuando, girando e evaporando. Como resultado dessas forças combinadas, gotículas menores eventualmente começam a se soltar da borda da gota maior. Mas, em vez de se afundar, eles se projetam radialmente, movendo-se em linha reta sobre a superfície do filme até que eles próprios evaporem.
"Essas gotículas são autopropulsadas", disse Steinbock. Isso se deve a um fenômeno denominado efeito Marangoni, que afirma que um líquido com alta tensão superficial puxará mais fortemente do que um líquido com baixa tensão superficial. Essa diferença de tensão cria uma força no sistema que pode levar ao movimento.
À medida que o DCM no experimento começa a evaporar, a tensão superficial da gota diminui de fora para dentro. Gotículas menores começam a se formar na borda da gota grande, até que a tensão superficial relativamente alta da água circundante puxa as pequenas gotas no que Steinbock chama uma trajetória "balística". Cada gota individual se move em linha reta até que sua tensão superficial se torne igualmente instável, levando a uma maior fragmentação. Eventualmente, as gotas se dividiram tantas vezes que não podem mais ser vistas. (Um artigo de 2017 na Physical Review Letters explica o fenômeno mais detalhadamente.)
Essas e outras forças continuam girando e encolhendo a grande gota de DCM até que, de repente, ela perde sua simetria e estala loucamente em evaporação total. Por que o sistema repentinamente passa de um estado de aparente simetria para o caos entrópico total confunde até Steinbock e seus colegas pesquisadores. Em meia dúzia de experimentos, eles foram incapazes de recriar os padrões exatos vistos neste GIF. "Fiquei um pouco desanimado ao entender como isso realmente é complicado", disse Steinbock.
Por mais complicada que fosse, essa pequena gota de solvente falava de algo intrínseco e puro em muitos que a viam. Como disse o usuário do Reddit MurderSlinky: "Nunca antes me relacionei tanto com um gif quanto com este minúsculo e insignificante ponto de líquido girando sem rumo em um mar infinito e indiferente enquanto lentamente se transforma em nada."