Efeito castanha-do-brasil não precisa de energia externa para desafiar gravidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/05/2023

Sacudir uma vasilha com castanhas de vários tamanhos faz as castanhas menores preencherem as lacunas criadas no fundo, empurrando as castanhas maiores para cima. No líquido, porém, o mecanismo é bem diferente.
[Imagem: Melchoir/Wikimedia Commons]

Efeito castanha-do-pará

Balance uma mistura de objetos de diversos tamanhos e você verá que os objetos maiores virão para a superfície.

Esse fenômeno, que tem o nome técnico de convecção granular, é internacionalmente conhecido como "efeito castanha-do-brasil" (no exterior a castanha-do-pará é conhecida como castanha-do-brasil) e ocorre comumente na natureza. Ele também pode ser observado agitando, por exemplo, um balde com uma mistura de areia e pedrinhas.

Esse efeito chama muito a atenção dos cientistas porque ele contradiz a intuição de que objetos mais pesados devem afundar devido à gravidade e à força de inércia. É o caso do fenômeno da sedimentação, que envolve o afundamento de partículas sólidas dispersas em um líquido - a sedimentação desempenha um papel em processos como a formação de rochas sedimentares e também é usada para purificar água ou isolar células do sangue.

Até hoje, os cientistas acreditavam que o efeito castanha-do-brasil só ocorresse caso houvesse a injeção de uma energia externa, como as agitações na vasilha de castanhas.

Agora, porém, uma equipe das universidades de Utrecht (Países Baixos) e Varsóvia (Polônia), acaba de demonstrar o estranho fenômeno ocorrendo espontaneamente, sem a injeção de energia externa.

"Nós demonstramos que o efeito castanha-do-brasil pode ocorrer em uma mistura de partículas coloidais eletricamente carregadas, impulsionadas apenas por movimentos brownianos e repulsão de cargas elétricas," disse o professor Jeffrey Everts.

Nos coloides, o fenômeno emerge por ação das cargas elétricas.
[Imagem: Marjolein N. van der Linden et al. - 10.1073/pnas.2213044120]

Efeito castanha-do-brasil em coloides

Em seu experimento, os pesquisadores usaram partículas de polimetilmetacrilato com diferentes diâmetros (grandes e pequenos). Um solvente de baixa polaridade, o brometo de ciclohexila, foi usado como agente dispersante. E, nessa mistura, o efeito castanha-do-brasil surgiu "espontaneamente", com o recipiente em repouso.

A análise feita pela equipe, contudo, mostrou que o fenômeno emerge na mistura coloidal seguindo um mecanismo bem diferente do que ocorre nas misturas granulares (como as castanhas).

No caso de uma mistura de castanhas, a agitação força as nozes menores a preencherem as lacunas criadas na parte inferior, empurrando as nozes maiores para cima. Já no caso das partículas carregadas no coloide, elas apresentam um movimento browniano como resultado de colisões com as moléculas de solvente circundantes.

"Cada partícula é carregada positivamente. Partículas mais pesadas, mas maiores, têm uma carga maior, então elas se repelem com mais força, fazendo com que se movam para cima com mais facilidade do que partículas menores, mas mais leves," explicou Everts.

Segundo a equipe, a descoberta do efeito castanha-do-brasil em misturas de partículas coloidais pode ser usada em muitos campos, da geologia à física aplicada a materiais macios. E também pode encontrar aplicação na indústria, como na estabilização de tintas e emulsões.

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