Neste artigo, vamos mostrar como construir um labirinto hidrofóbico, um brinquedo científico que permite investigarmos algumas propriedades da água e de superfícies super hidrofóbicas.
Para construir o brinquedo, vamos usar o corte a laser e placas de MDF de 3 mm de espessura. Vamos também utilizar uma vela de parafina. Para brincar com o labirinto hidrofóbico vamos precisar de um conta-gotas ou pipeta de Pasteur e de água (um corante alimentício pode ser usado opcionalmente para facilitas a observação).
Construindo o labirinto
Criamos o desenho do labirinto em um programa de edição de gráficos vetoriais. Nós usamos o Adobe Illustrator, mas se você quiser criar seu próprio labirinto, você pode usar o Inkscape, que é um programa gratuito.
Criamos um quadrado de cantos arredondados de 20 x 20 cm. Esse desenho do quadrado será usado para cortar a base do labirinto. Desenhamos em seguida as paredes do labirinto, deixando uma “entrada” e uma “saída”. Criamos três peças, com paredes de 2 cm de largura, que fazem o contorno do labirinto e uma região central.
Você pode fazer o download do arquivo para o corte a laser aqui.
Uma versão deste experimento apareceu no livro “Manual do Mundo: 50 Experimentos para fazer em casa”, de minha autoria, juntamente com o Iberê Thenório. Nós fizemos um vídeo sobre o experimento.
Na versão do livro, usamos palitos de sorvete e uma caixa de madeira para fazer a base do labirinto. Vamos descrever aqui uma versão similar, mas construída com o corte a laser. É claro que você pode fazer a versão que for mais fácil para você.
O segredo do labirinto hidrofóbico é que nós cobrimos completamente a superfície da madeira com a fuligem de uma vela. Muito cuidado nesta etapa! Retire qualquer material inflamável de perto da chama. Aproximamos a madeira do alto da chama da vela e movimentamos a madeira o tempo todo. Isso é importante para não deixar o calor acumular em um único ponto da madeira, o que poderia fazer com que ela se pegue fogo.
Aplique a fuligem diversas vezes, de modo a fazer uma camada espessa.
Após cobrir todo o labirinto, ele está pronto para o uso. Pingue algumas gotas de água e incline o labirinto para movê-la pelos caminhos do labirinto. Colocar uma gota de corante alimentício amarelo na água pode tornar as gotas mais visíveis.
Você pode fazer o download e usar a atividade acima com seus alunos.
O caminho da água
Outra maneira de mostrar o efeito da aplicação de fuligem a uma superfície é usar um pedaço de lata. Cubra o metal completamente com a fuligem (Cuidado! A lata conduz bem o calor! Segure a lata com um alicate ou pregador de madeira).
Retire parte da fuligem usando um bastão coberto de algodão. Você pode escrever algo, ou fazer um desenho. Em seguida, coloque algumas gotas de água com corante na área que você retirou a fuligem. Veja como a água fica “presa” no desenho que você fez!
O que acontece
A parafina da vela é um hidrocarboneto, ou seja, uma substância composta de carbono e hidrogênio. Se a queima da parafina fosse completa, teríamos como produtos apenas o gás carbônico e água. Mas não é o que acontece na queima da vela. Como as moléculas presentes na parafina são muito grandes, elas requerem uma grande quantidade de oxigênio para queimarem completamente. Na falta de oxigênio, ocorre a combustão incompleta e o resultado é a fuligem, uma mistura complexa de substâncias com alto teor de carbono.
Se você colocar uma gota de água na madeira, vai ver que a água “molha” a superfície, sendo logo absorvida. A água interage muito bem com a celulose presente na madeira. A água não interage tão bem com uma superfície metálica, mas ainda assim consegue molhar a lata.
Uma característica da fuligem, é que ela não interage bem com a água. A fuligem é formada de compostos apolares. Isso torna a superfície da madeira coberta de fuligem “hidrofóbica” – uma superfície que não é molhada pela água. A característica apolar da fuligem, no entanto, não conta toda a história. Você já deve ter visto gotas de água em outros materiais apolares, como um plástico, por exemplo, e elas não ficam tão redondas como na fuligem e não se movimentam tão facilmente.
Quando colocamos a fuligem na madeira, não só cobrimos a celulose, impedindo que ela entre em contato com a água. A camada de fuligem é rugosa, como se houvessem montanhas e vales. Isso torna a superfície “super-hidrofóbica”. As gotas de água ficam suportadas pelas montanhas, com ar preenchendo os vales. Assim a interação com a superfície é ainda menor e as gotas se movem livremente.
Finalmentes
Existem outras maneiras de se tornar uma superfície hidrofóbica ou mesmo super-hidrofóbica. Alguns produtos em spray são usados para se impermeabilizar tecidos, como os de sofás e roupas. Outros são aplicados em solução em para-brisas de carros, vendidos como “repelente de água”. Esses produtos usam compostos de silício que se ligam à superfície, tornando-a mais hidrofóbica.
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