23. Estranhas superfícies mínimas

No experimento sobre As cores das bolhas de sabão, os estudantes analisaram as cores de uma película de água com sabão. Neste experimento, será discutido como se forma essa película e porque as bolhas de sabão são aproximadamente esféricas. Além disso, serão mostradas as estranhas formas das películas que se formam sobre estruturas geométricas.

A formação de uma película de água está relacionada com as forças de interação entre as moléculas do líquido. No interior do líquido, cada molécula está sendo constantemente atraída pelas moléculas vizinhas, igualmente, em todas direções. No entanto, não há moléculas acima daquelas que estão na superfície do líquido, por isso elas são atraídas para o interior do líquido mais fortemente que em direção ao ar. Portanto, para aumentar a superfície de um líquido, é necessário transferir moléculas de seu interior para a interface, e isso requer energia. A tensão superficial é a razão entre a quantidade de energia necessária para aumentar a área da interface de um líquido e essa área.

A tensão superficial da água é muito grande, por isso é difícil aumentar sua superfície para gerar uma bolha grande. Ao ser adicionado à água, o detergente ou o sabão reduz a tensão superficial e permite a formação de uma bolha.

As moléculas de detergente têm uma parte hidrofílica, que atrai moléculas de água, e outra parte hidrofóbica, que as repele. Substâncias como o detergente são chamadas de surfactantes.

Uma bolha é uma película esférica de moléculas de água envolvida em ambos os lados por moléculas de detergente que se orientam de forma que suas partes hidrofílicas se voltem para a água e suas partes hidrofóbicas, para o ar.

Depois de mergulhar e, em seguida, remover o aro ou hexágono da solução de água com sabão, a película de sabão forma uma figura que tem a menor área superficial possível, pois assim se gasta menos energia para se transferir moléculas do líquido para a superfície. Quando a película se desprende do aro, ela adquire uma forma esférica, pois essa é a figura de menor área superficial para aquele volume.
 

Experimento
As estranhas superfícies mínimas

  
Os estudantes devem utilizar as bolinhas de isopor e os palitos para formar estruturas de diferentes formas geométricas como cubos, tetraedros, etc.

Em seguida devem fazer previsões de qual é a figura de menor área que se formará quando a estrutura for imersa em água com sabão.

Uma vez anotadas as previsões, eles devem mergulhar cada estrutura, uma por vez, na solução de água com sabão e, em seguida, removê-la lentamente.

As superfícies formadas pela película são as que foram previstas?

Instrua os estudantes para que toquem com o dedo seco uma das faces da estrutura formada pela película para que essa face se rompa. A película se rearranja para gerar uma nova estrutura que tem a menor área superficial.


Sugere-se que os estudantes pesquisem sobre como um sabão ou detergente atua para remover a sujeira durante a lavação de louça, roupa, etc.

Os estudantes devem ser estimulados a pesquisar sobre surfactantes e suas aplicações.