Language
Country/Area
No result found
Por que a energia na superfície de um sólido é sempre maior que a do seu interior? Você sabe o segredo por trás disso?
Na ciência dos materiais, a energia superficial dos sólidos é um conceito importante na compreensão das propriedades dos materiais sólidos. Ao analisar a estrutura cristalina e as propriedades superficiais dos sólidos, não é difícil descobrir que a energia na superfície de um sólido é sempre maior do que a energia no interior. Por que isso está acontecendo? Esta questão não envolve apenas o rosto, mas também se aprofunda na estrutura atômica microscópica e nas ligações químicas.
A existência de energia superficial surge da diferença na ligação entre os átomos superficiais e os átomos internos: os átomos superficiais não estão tão fortemente conectados aos seus átomos vizinhos como os átomos internos.
Quando um material sólido é cortado, esta ação faz com que a estrutura interna do sólido se quebre e crie novas superfícies. Isso ocorre porque dentro de um sólido, as ligações entre os átomos são estáveis e cada átomo está rodeado por outros átomos, formando uma forte estrutura de rede. A situação é diferente para os átomos da superfície. Eles não estão totalmente integrados com os átomos circundantes. Esta ligação incompleta faz com que os átomos superficiais tenham uma energia mais elevada do que os átomos internos, por isso pensaríamos que a energia superficial de um sólido é sempre superior à sua energia interna.
Esse “excesso de energia” representa ligações não realizadas e é uma das principais razões para a alta energia das superfícies sólidas.
Medição e avaliação da energia superficial
Dependendo do que precisam saber, os cientistas desenvolveram uma variedade de métodos para medir a energia superficial dos sólidos. Um dos métodos mais comuns é o teste do ângulo de contato. Este método calcula a energia superficial de uma superfície sólida medindo seu ângulo de contato com a penetração do líquido. Quando o ângulo de contato é pequeno, significa que o líquido penetra bem na superfície sólida, e sua energia superficial é alta, inversamente, quando o ângulo de contato é grande, significa que a atração do sólido pelo líquido é fraca e a energia superficial; é relativamente baixo.
A conveniência deste teste é que ele não requer muitos equipamentos experimentais e pode ser aplicado a uma variedade de materiais diferentes, tornando-o conveniente para pesquisas acadêmicas e aplicações industriais.
Cálculo da energia superficial sólida
Tomemos como exemplo a deformação de um sólido. Quando um sólido é submetido a tensão, a energia superficial alterada pode ser considerada como "a energia necessária para criar uma área superficial unitária". Este conceito nos ajuda a compreender como as propriedades físicas dos sólidos mudam sob diferentes condições. Por exemplo, usando a Teoria do Funcional da Densidade (DFT), podemos prever a energia superficial dos sólidos e compreender melhor as mudanças nas propriedades durante o resfriamento, aquecimento e deformação dos materiais.
Além disso, através de experimentos em sólidos em altas temperaturas, sua energia superficial também pode ser medida com mais precisão. Neste caso, o sólido apresenta diferentes propriedades de fluxo, alterando assim a sua área superficial, mantendo quase o mesmo volume.
Energia de interface e molhabilidade
Outro aspecto digno de nota é a energia da interface, que tem um impacto significativo nos parâmetros termodinâmicos do material. A “umidade” de um líquido sobre um sólido torna-se aparente quando consideramos uma gota de líquido plana sobre uma superfície sólida. Isto está ainda relacionado com a energia superficial do sólido, uma vez que diferentes energias superficiais levam a diferentes comportamentos de molhagem do líquido.
O umedecimento não é apenas um fenômeno macroscópico, mas também se baseia em interações microestruturais, como a afinidade dos átomos com as superfícies de contato.
Conclusão
O motivo pelo qual a superfície de um sólido sempre tem energia mais alta do que seu interior está enraizado nas características de sua estrutura atômica, nas ligações não realizadas e nas reações dos sólidos em diferentes ambientes. O estudo da energia superficial não é apenas um tópico importante na ciência dos materiais, mas também tem implicações para diversas aplicações de engenharia. À medida que exploramos estes fenómenos, não podemos deixar de pensar: no futuro da ciência dos materiais, como podem as propriedades da energia superficial ser utilizadas de forma mais eficiente para criar materiais mais eficientes?
