Um dos diversos assuntos interessantes do mundo nano será apresentado aqui. Um ser humano escalar uma parede ainda parece distante de nós, mas perceba o quanto a ciência avançou nesse assunto estudando criaturas incríveis como as lagartixas. Aqui você verá como ela consegue escalar qualquer superfície e como cientistas buscam reproduzir tal fenômeno.
É mito dizer que lagartixas possuem nano ventosas, pois diversas pesquisas comprovaram que tal fato está bem além de um simples funcionamento. Cientistas analisaram que esses animais podem “colar” e “descolar” com facilidade em qualquer superfície, seja ela úmida, seca, rígida, até mesmo em semicondutores!!
Observe a imagem a seguir:
Note que existe uma infinidade de subcamadas na pata da lagartixa, o segredo de fixação está nessa estrutura interna. O animal possui uma vasta estrutura em escala de nanômetros e que possui algumas subdivisões apresentadas a seguir:
- Lamelas: representada na estrutura da primeira imagem e também na figura B, suas características estão na casa dos mícrons e agregam o conjunto de:
- Cerdas: as lamelas recobrem milhões de cerdas queratinosas (semelhante a uma escova de dentes), são pelos extremamente pequenos com terminações pontiagudas denominadas “setae” (figuras C e D). A proteína que origina as cerdas é do tipo Beta-queratina (semelhante a que forma nossos cabelos), elas originam mais subdivisões:
- Espátulas: encontradas já na escala de nanômetros, as espátulas consistem em filamentos originados a partir das cerdas, cada uma delas pode ramificar até mil espátulas com formas de ponta triangular.
Com essas estruturas extremamente pequenas nas patas das lagartixas, a zona de contato é relativamente alta entre a superfície do material com as cerdas e as espátulas. Esse resultado é intensificar um funcionamento químico que será detalhado a seguir, o princípio de Van der Waals.
Van der Waals descreve pequenas interações entre partículas e representa uma classe de ligações intermoleculares de natureza fraca e que ocorre em ciclos de tempo relativamente curtos. Embora apresente essas características, elas são de grande importância para um estudo aprofundado da física e algumas teorias, porém o objetivo aqui é somente entender seu funcionamento básico e como ele interfere no fenômeno em discussão. Quimicamente essas forças ocorrem entre:
- Átomos neutros;
- Átomos de gases nobres, como He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn;
- Moléculas apolares (não possui polaridade).
Todos sabemos que na química os elétrons (partículas de carga negativa) se atraem com os prótons (partículas de carga positiva), na situação contrária é observada a repulsão das partículas com mesma carga (++ ou –). Uma molécula apolar não apresenta polos (positivo ou negativo) para se ligar com outras moléculas, fazendo com que diferentes interações apareçam, elas são as ligações dipolo-flutuante e dipolo-induzido, conhecidas também como forças de dispersão de London.
O vídeo a seguir da plataforma Brasil Escola explica brevemente o princípio de funcionamento:
Entendendo a formação dos dipolos induzidos no vídeo anterior, é possível concluir que a formação dos mesmos é originado na movimentação dos elétrons através de seu orbital (subnível da distribuição eletrônica) em uma nuvem de elétrons, gerando assim polos para uma interação fraca com outras moléculas. Observe os dois estados a seguir:
Após a formação do dipolo instantâneo pelo orbital na nuvem eletrônica, ocorre o dipolo induzido em outra molécula apolar, gerando uma ligação intermolecular de Van der Waals:
Lembre-se que o tempo de interação é rápido, pois o elétron está em movimento em sua molécula, desfazendo assim o estado de polarização.
Nas lagartixas
Como explicado anteriormente, as lamelas, cerdas, espátulas e as partículas beta-queratina apresentam estruturas extremamente pequenas e em quantidade ilimitada, por isso elas portam um número equivalente alto de elétrons. Quando a pata encosta na parede, tanto a superfície quanto a pata estão neutras, mas essa proximidade induz a polarização das moléculas, ou seja, gera a força de Van der Waals, resulta em um conjunto de ligações forte o suficiente para suportar até 250 vezes o peso da lagartixa e mantê-la presa à superfície.
Devido a intensidade e velocidade dessa força de atração, a lagartixa possui excelente estabilidade e fácil locomoção.
O vídeo a seguir sintetiza toda teoria estudada até o momento e apresenta os projetos que estão sendo desenvolvidos baseados no funcionamento natural das lagartixas, estudo que pode surtir muito efeito na nanotecnologia.
Viu como a nanotecnologia pode nos fazer andar em paredes?
Já existem diversos projetos em andamento que utilizam esse princípio, alguns deles já são comerciáveis, como capas de proteção dos celulares, suportes de parede, alto estudo no desenvolvimento de fitas adesivas mais eficientes por baixo custo, temos também os robôs que entram em lugares de difícil acesso (como limpeza de prédios), até as tentativas de reproduzir roupas e acessórios para humanos escalarem paredes. Veja:
Ficou com alguma dúvida ou tem algo de novo? Entre em contato para mais informações.
Referências:
GUIDINI, Priscila França. Força de Van Der Waals. IFSC – USP. Disponível em: <http://www.ifsc.usp.br/~lattice/wp-content/uploads/2014/12/PriscilaGuidini_ForcadeVanderWaals.pdf>. Acesso em: 24 mar. 2020.
Habilidosas patinhas. eScience UNICAMP. Disponível em: <http://educacaoedifusao.iqm.unicamp.br/-/habilidosas-patinhas>. Acesso em: 24 mar. 2020.
SILVA, Joab Trajano. Química para subir (e andar) pelas paredes. Ciência Hoje das Crianças. Disponível em: <http://chc.org.br/quimica-para-subir-e-andar-pelas-paredes/>. Acesso em: 24 mar. 2020.
Ligação de van der Waals. Ciência dos Materiais. Disponível em: <http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=2&top=213#_ftn(1)>. Acesso em: 24 mar. 2020.
O que são forças intermoleculares?. Brasil Escola. Disponível em: <https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/quimica/o-que-sao-forcas-intermoleculares.htm>. Acesso em 23 mar. 2020.
Lagartixas. Todas as configurações possíveis. Disponível em: <http://www.todasasconfiguracoes.com/2012/02/19/lagartixas/>. Acesso em: 24 mar. 2020.
Cientistas se inspiram em lagartixa e criam luvas de ‘Homem-Aranha’. Disponível em: <https://www.bbc.com/portuguese/noticias/2014/11/141125_luvas_lagartixa_homem_aranha_rb>. Acesso em: 24 mar. 2020.
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