Modelo atômico e roupas secas

O grande físico Richard Feynman disse, em sua famosa coleção de aulas “Feynman Lectures of Physics”, que se tivesse um e apenas um conhecimento a ser salvo caso a humanidade fosse destruída, ele escolheria o modelo atômico.

E aí, ele começa a discorrer sobre uma série de temas.

Inspirado na aula de Feynman, fiquei a imaginar como o modelo atômico explica o secar de roupas num varal.

Imagine uma camisa recém lavada, ainda molhada, e estendida no varal. Como ela se seca?

No início, temos moléculas de água absorvidas pelo tecido da roupa.

Seja a molécula de água, H20, como a seguinte representação.

Agora, imagine que uma molécula de água se choca com o vento. Se a energia cinética é mais forte do que a ligação da ponte de hidrogênio da molécula de água com suas vizinhas, a molécula é levada pelo vento. De molécula em molécula, a roupa vai ficando mais seca. Quanto mais vento, mais rápido a roupa vai secar.

Além disso, se a roupa estiver toda dobrada, haverá menor superfície de contato com o ar, e demorará mais tempo para secar. Da mesma forma, virar do avesso uma calça jeans grossa vai ajudar a secar o outro lado, que está menos exposto à evaporação.

Em relação à temperatura. Os átomos nunca estão parados, estão sempre se movendo. A termodinâmica interpreta a temperatura como o movimento dos átomos – quanto maior a temperatura, mais estão se movendo.

A água no formato de vapor, gás, é como se fossem partículas se movendo e se chocando umas contra as outras, em grande velocidade – portanto, grande espaçamento entre elas.

No formato de líquido, o movimento é menor, e a força de atração das pontes de hidrogênio seguram algumas moléculas de água umas nas outras.

O formato sólido, mais frio ainda, faz com que as moléculas tenham pouco movimento, e a água assuma uma forma rígida.

Com relação à roupa no varal, quanto mais quente estiver o clima, melhor – mais energia será repassada aos átomos, mais movimento das moléculas, e mais fácil será quebrar a ligação com outras moléculas e virar gás.

Nessa mesma linha, quanto mais seca a temperatura ambiente, mais rápido a roupa secará. O ar que respiramos tem, naturalmente, um tanto de água disperso nele. Portanto, imagine que, na colisão do vento com a roupa, a água da roupa pode evaporar, mas o inverso também pode ocorrer: a água do ar ser capturada pela roupa. Na verdade, ambos os efeitos podem ocorrer, mas como queremos que tenha mais água saindo do que entrando na roupa, vamos querer um tempo seco.

Sobre a ponte de hidrogênio, considere os elementos dos átomos como pequenos ímãs: os prótons positivos, e elétrons negativos.

Um átomo sozinho é neutro: o número de prótons iguala ao de elétrons. Porém, há outro efeito, o de os átomos quererem ter suas camadas orbitais de elétrons preenchidas.

Daí, a água, sendo H20, ter um elétron de cada hidrogênio sendo compartilhado com os seis elétrons do oxigênio – esta é a ligação covalente.

A ligação covalente será estável. A molécula será neutra em termos de positivos e negativos. Porém, ainda há uma pequena assimetria: uma parte da molécula será levemente mais positiva, e outra, levemente mais negativa.

A parte mais positiva de uma molécula de água pode atrair outra mais negativa de outra molécula, formando a ponte de hidrogênio. A ligação da ponte de hidrogênio é mais fraca do que a da ligação covalente, portanto, será a primeira a ser quebrada.

Isso explica algumas propriedades interessantes da água.

É sabido que a água congelada ocupa mais volume do que a água líquida – ao contrário da maioria dos outros materiais, onde mais frio, menor volume.

O que ocorre é que, a água líquida vai ter um formato hexagonal, pelas ligações das pontes de hidrogênio. E tal formato hexagonal não é o mais compacto possível, ela ocupa mais espaço do que no formato líquido.

Já uma estrutura como o sal de cozinha, é bem mais compacto, para comparação.