Aderência física: o que é e exemplos - Ciência - 2023

Contente

• O que é aderência física?
• Equações
• Exemplos
• Aderência do pneu
• Adesão de placas de vidro polido
• Adesão dentária
• Adesão do cimento às estruturas
• Referências

o aderência física É a união entre duas ou mais superfícies do mesmo material ou de materiais diferentes quando entram em contato. É produzido pela força de atração de Van der Waals e pelas interações eletrostáticas que existem entre as moléculas e os átomos dos materiais.

As forças de Van der Waals estão presentes em todos os materiais, são atrativas 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 dos elétrons ao redor dos núcleos atômicos.

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

A aderência física faz com que o líquido adira à superfície sobre a qual repousa. Por exemplo, quando a água é colocada no vidro, uma película fina e uniforme se forma na superfície devido às forças de adesão entre a água e o vidro. Essas forças agem entre as moléculas de vidro e as moléculas de água e mantêm a água na superfície do vidro.

O que é aderência física?

A aderência física é a propriedade superficial dos materiais que permite que eles fiquem juntos quando em contato. Está diretamente relacionado com a energia livre de superfície (ΔE) para o caso de adesão sólido-líquido.

No caso da adesão líquido-líquido ou líquido-gás, a energia livre de superfície é chamada de tensão interfacial ou superficial.

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

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

Quanto maior for o trabalho de adesão, maior será a resistência à separação das duas superfícies. O trabalho de adesão mede a força de 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 a energia livre após a separação (γ_final) e energia livre antes da separação (γ_inicial).

ΔE = W₁₂ =γ_final – γ_inicial= γ₁ + γ₂ – γ₁₂          [1]

γ₁ = energia livre de superfície do material 1

γ₂ = energia livre de superfície do material 2

A quantidade W₁₂ É o trabalho de adesão que mede a força de adesão dos materiais.

γ₁₂ = energia livre interfacial

Quando a adesão é 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

γ₁₂= energia livre interfacial

A equação [2] é escrita em função da pressão de equilíbrio (π_equilibra) que mede a força por unidade de comprimento das moléculas adsorvidas na interface.

π_equilibra = γ_S – γ_SV     [3]

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

W_SL = π_equilibra + γ_SV + γ_LV – γ_SL      [4]

Substituindo γ_SV– γ_SL =   γ_LV cos θ_Cna equação [4], obtemos

      W_SL = π_equilibra + γ_SL(1 + cos θ_C )        [5]

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

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

Aderência do pneu

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

A aderência do pneu se deve à força de atrito entre a superfície do pneu e a superfície do pavimento. A alta segurança e eficiência dependerão da aderência a diferentes superfícies, ásperas e escorregadias, e em diferentes condições atmosféricas.

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

Adesão de placas de vidro polido

Quando duas placas de vidro polido e umedecido entram em contato, 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 ligam-se às moléculas da placa superior e da mesma forma aderem à placa inferior, evitando que ambas as placas se separem.

As moléculas de água têm forte coesão umas com as outras, mas também mostram forte adesão com as moléculas de vidro devido às forças intermoleculares.

Adesão dentária

Um exemplo de aderência física é a placa dentária aderida a um dente que costuma ser colocada em tratamentos dentários restauradores. A adesão se manifesta na interface entre o material adesivo e a estrutura dental.

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

Adesão do cimento às estruturas

A boa aderência física do cimento às estruturas de tijolo, alvenaria, pedra ou aço manifesta-se numa elevada capacidade de absorção da energia proveniente das tensões normais e tangenciais à superfície que une o cimento às estruturas, ou seja, em uma alta capacidade de suportar cargas.

Para obter uma boa aderência, quando o cimento é unido à estrutura, é necessário que a superfície onde o cimento vai ser colocado tenha absorção suficiente e que a superfície seja suficientemente rugosa. A falta de adesão se traduz em rachaduras e desprendimento do material aderido.

Referências

1. Lee, L H. Fundamentals of Adhesion. Nova York: Plenium Press, 1991, pp. 1-150.
2. Pocius, A V. Adhesives, Capítulo 27. [aut. livro] J E Mark. Physical Properties of Polymers Handbook. Nova York: Springer, 2007, pp. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Intermolecular and surface forces. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Relação entre as forças de adesão e fricção. Israelachvili, J N, Chen, You-Lung e Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, pp. 1231-1249.
5. Princípios de Colóide e Química de Superfície. Hiemenz, P C e Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.