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abr 24

Preparação de mono camada hidrofóbica sobre prata e visualização do efeito Lótus

 

INTRODUÇÃO 
A conhecida planta Lótus (Nelumbo Nucifera) cresce, em geral, em ambiente úmido e empoeirado. Sabendo que as plantas precisa que a luz solar atinja a maior área possível de suas folhas para que a energia possa ser utilizada no conjunto de reações conhecido como fotossíntese, parece evidente a desvantagem ambiental para a Lótus sobreviver nesse tipo de ambiente. 
Entretanto, essa espécie vegetal possui uma propriedade interessante: suas folhas "não molham", ou seja, são extremamente hidrofóbicas. Isso significa que a águe, que transporta partículas de sujeira e poeira suspensas, não terá uma boa área de contato com as folhas, caindo pela ação do vento ou gravidade. Essa propriedade, portanto, é resultado da adaptação do organismo à condição do ambiente. 
A causa por trás desse notável efeito é que as folhas de Lótus são revestidas superficialmente por nanocristais de lipídios, que são hidrofóbicos. Esse efeito, que ficou conhecido como efeito Lótus, vem sendo imitado por cientistas na tentativa de se obter materiais autolimpantes, que vão desde tecidos, janelas e equipamentos utilizados em estações de rádio-base de telefonia celular.
Uma forma de quantificar a hidrofobicidade de uma superfície é através de um goniômetro, que mede o ângulo de contato estático de uma gota de um líquido com uma superfície em estudo (Figura 1), fator esse associado a parâmetros termodinâmicos: 
 
 
 
Figura 1. Medida do ângulo de contato estático 
 

 
Quanto maior o valor desse ângulo, menos susceptível à interação (E, portanto, ao contato) com água é a superfície. Em outras palavras, quanto maior o ângulo de contato estático de um material, menos "molhável"ele é. Para termos uma idéia, uma superfície pe considerada hidrofílica quando possui ângulos de contato estático até 50°; intermediária quando o ângulo varia entre 50° e 90° e hidrofóbico acima disso. Materiais que possuem um ângulo de contato estático superior a 140° são chamados superhidrofóbicos. 
Em geral, a superhidrofobicidade é obtida com nanomateriais organizados na superfície, em virtude de sua área de contato imensa.
Nesse experimento, iremos preparar uma superfície de prata sobre a qual construiremos uma mono camada (Espessura de algumas dezenas de nanômetros) de material hidrofóbico (Decanotiol) de maneira que o resultado final será uma superfície superhidrofóbica que apresenta o efeito Lótus.
 
EQUIPAMENTO E REAGENTES
  • Placa de Petri
  • Pipeta
  • Lâmina de vidro
  • Solução de glicose
  • AgNO3
  • KOH
  • NH4OH
  • Decanotiol
  • Etanol absoluto
  • Água destilada
 
PROCEDIMENTO
Inicialmente devemos preparar a superfície. Coloque uma lâmina de vidro limpa em uma placa de Petri. Deposite sobre a lâmina 8 gotas da solução de glicose 0,5 M. Adicione, a seguir, 30 gotas da solução de prata amoniacal (Preparar 10 mL de solução de nitrato de prata 0,1 mol.L-1 e adicionar algumas gotas de amônia. Adicione  5 mL de solução de KOH 0,8 mol.L-1; um precipitado escuro irá se formar; adicione amônia, gota a gota, até dissolver o precipitado). Agite suavemente a lâmina alguns minutos até que se forme um precipitado.
Lave com água, utilizando uma pisseta, até que um espelho de prata fique visível. Lave o espelho de prata com água destilada e espere a superfície secar, sem tocar nela (Pode-se utilizar um secados de cabelos para agilizar o processo).
Depositar algumas gotas de uma solução de decanotiol (Ou qualquer outro tiol de cadeia longa) em etanol (Para preparar a solução, dissolver apenas uma quantidade mínima do tiol em etanol absoluto).
 Esperar que o etanol evapore, deixando depositada uma mono camada de decanotiol (Com os átomos de enxofre complexados à prata e a cadeia hidrofóbica voltada para o exterior).
Após a secagem, deposite algumas gotas de água sobre a superfície e observe o resultado. Para efeitos comparativos, prepare duas superfícies de espelho de prata, mas deposite a mono camada de decanotiol em apenas uma delas. Observe a diferença de comportamento das duas superfícies em relação à interação com água.
Figura 2 ilustra o modelo da superfície superhidrofóbica produzida.
 
 
Figura 2. Modelo da superfície preparada
 
 
REFERÊNCIAS
  • Cheng, Y.T., Rodak, D.E., Wong, C.A., Ryden, C.A. Effects of micro and nano structures on the self-cleaning behaviour of lotus leaves. Nanotechnology, 2006, 17, p. 1359-1362
  • Hosono, E., Fujihara, S., Honma, I., Zhou, H. Superhydrofobic perpendicular nanopin film by the bottom up process. Am. Chem. Soc. 2005, 127 (39). p.13458-13459 
 

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