Adesão física: em que consiste e exemplos

A adesão física é a ligação entre duas ou mais superfícies do mesmo material ou de material diferente quando contactado. É produzido pela força de atração de Van der Waals e pelas interações eletrostáticas que existem entre moléculas e átomos de materiais.

As forças de Van der Waals estão presentes em todos os materiais, são atraentes e se originam de interações atômicas e moleculares. As forças de Van der Waals são devidas aos dipolos induzidos ou permanentes criados nas moléculas pelos campos elétricos das moléculas vizinhas; ou pelos dipolos instantâneos de elétrons ao redor dos núcleos atômicos.

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Três M & Ms estão paralisadas [Por fletcherjcm (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:M%26M%27s_(2559890506).jpg)]

As interações eletrostáticas são baseadas na formação de uma dupla camada elétrica quando dois materiais entram em contato. Essa interação produz uma força de atração eletrostática entre os dois materiais, ao trocar elétrons, chamada força de Coulomb.

A adesão física faz com que o líquido adira à superfície sobre a qual repousa. Por exemplo, quando a água é colocada em um copo, uma película fina e uniforme é formada na superfície devido às forças de adesão entre a água e o copo. Essas forças agem entre as moléculas do copo e as moléculas da água e mantêm a água na superfície do copo.

O que é adesão física?

A adesão física é a propriedade da superfície dos materiais que lhes permite permanecer juntos quando em contato. Está diretamente relacionado à energia livre de superfície ( ΔE ) no caso de adesão sólido-líquido.

No caso de adesão líquido – líquido ou líquido – gás, a energia livre de superfície é denominada tensão interfacial ou superficial.

Energia livre de superfície é a energia necessária para gerar uma unidade de área de superfície do material. O trabalho de adesão (adesão) pode ser calculado a partir da energia livre de superfície de dois materiais.

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O trabalho de adesão é definido como a quantidade de energia fornecida a um sistema para quebrar a interface e criar duas novas superfícies.

Quanto maior o trabalho de adesão, maior a resistência à separação das duas superfícies. O trabalho de adesão mede a força da atração entre dois materiais diferentes quando em contato.

Equações

A energia livre de separação de dois materiais, 1 e 2, é igual à diferença entre energia livre após a separação ( γ final ) e energia livre antes da separação ( γ inicial ).

ΔE = W 12 = γ final – γ inicial = γ 1 + γ 2 – γ 12 [1]

γ 1 = energia livre de superfície do material 1

γ 2 = energia livre de superfície do material 2

A quantidade W 12 é o trabalho de adesão que mede a resistência de adesão dos materiais.

γ 12 = energia livre interfacial

Quando a adesão está entre um material sólido e um material líquido, o trabalho de adesão é:

W SL = γ S + γ LV – γ SL [2]

γ S = energia livre de superfície do sólido em equilíbrio com seu próprio vapor

γ LV = energia livre de superfície do líquido em equilíbrio com o vapor

W SL = trabalho de adesão entre o material sólido e o líquido

γ 12 = energia livre interfacial

A equação [2] é escrita com base na pressão de equilíbrio (π equil ) que mede a força por unidade de comprimento das moléculas adsorvidas na interface.

π equil = γ S – γ SV [3]

γ SV = energia livre de superfície do sólido em equilíbrio com o vapor

W SL = π equil + γ SV + γ LV – γ SL [4]

Substituindo γ SV – γ SL = γ LV cos θ C na equação [4] resulta

W SL = π equil + γ SL (1 + cos θ C ) [5]

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θ C é o ângulo de contato de equilíbrio entre uma superfície sólida, uma gota de líquido e vapor.

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Ângulo de contato trifásico, líquido e gás sólido. [Por Joris Gillis ~ commonswiki (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Contact_angle.svg)]

A equação [5] mede o trabalho de adesão entre uma superfície sólida e uma superfície líquida devido à força de adesão entre as moléculas de ambas as superfícies.

Exemplos

Adesão do pneu

A adesão física é uma característica importante da avaliação da eficiência e segurança dos pneus. Sem uma boa adesão, os pneus não podem acelerar, frear o veículo ou ser direcionados de um lugar para outro, e a segurança do motorista pode ser comprometida.

A aderência do pneu é devida à força de atrito entre a superfície do pneu e a superfície do pavimento. Alta segurança e eficiência dependerão da adesão em diferentes superfícies, ásperas e escorregadias, e em diferentes condições atmosféricas.

Por esse motivo, a engenharia automotiva avança todos os dias na obtenção de projetos de pneus adequados que permitem uma boa adesão, mesmo em superfícies molhadas.

Adesão de placas de vidro polido

Ao entrar em contato com duas placas de vidro polidas e umedecidas, elas experimentam uma adesão física que é observada no esforço que deve ser aplicado para superar a resistência de separação das placas.

As moléculas de água se ligam às moléculas da placa superior e também aderem à placa inferior, impedindo a separação das duas placas.

As moléculas de água têm forte coesão entre si, mas também mostram forte adesão às moléculas de vidro devido a forças intermoleculares.

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Adesão de duas placas com um líquido [Por Emmanuelle rio slr (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:AdhesionCapillaire.jpg)]

Adesão dentária

Um exemplo de adesão física é uma placa dentária presa a um dente que geralmente é colocada em tratamentos dentários restauradores. A adesão se manifesta na interface entre o material adesivo e a estrutura do dente.

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A eficiência na colocação de esmaltes e dentinas nos tecidos dentários e na incorporação de estruturas artificiais, como cerâmicas e polímeros que substituem a estrutura dentária, dependerá do grau de adesão dos materiais utilizados.

Adesão de cimento com estruturas

Uma boa adesão física do cimento às estruturas de tijolo, alvenaria, pedra ou aço manifesta-se em alta capacidade de absorver a energia proveniente de tensões normais e tangenciais à superfície que une o cimento às estruturas, ou seja, Uma alta capacidade de suportar cargas.

Para obter uma boa aderência, na união do cimento com a estrutura, é necessário que a superfície sobre a qual o cimento será colocado tenha absorção suficiente e que a superfície seja suficientemente rugosa. A falta de adesão se traduz em fissuras e desprendimento do material aderido.

Referências

  1. Lee, L. H. Fundamentos de adesão. Nova York: Plenium Press, 1991, p. 1-150.
  2. Pocius, A V. Adesivos, Capítulo 27. [aut. livro] Mark JE. Manual de Propriedades Físicas dos Polímeros. Nova York: Springer, 2007, p. 479-486.
  3. Israelachvili, J N. Forças intermoleculares e de superfície. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
  4. Relação entre forças de adesão e atrito. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung e Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, p. 1231-1249.
  5. Princípios de colóide e química de superfície. Hiemenz, PC e Rajagopalan, R. Nova Iorque: Marcel Dekker, Inc., 1997.

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