Usando técnicas de RM e Ressonância Magnética Nuclear, uma equipe do laboratório Navier evidenciou e mediu este fenômeno do transporte da água ligada, que também intervém na regulação da umidade em edifícios que usam materiais de origem biológica, ou ainda nos processos de secagem da madeira. Os resultados são publicados na revista Physical Review Applied.
Imagem ilustrativa Pixabay
Quando uma planta ou um pedaço de madeira seca, é primeiro a água contida nos poros do sólido, a chamada água "livre", que evapora. Mas o material também contém uma água "ligada", alojada nas paredes das células. A massa dessa água ligada pode representar até 30% da da madeira seca. Até agora, supunha-se que essa água pudesse se mover no material, mas nenhuma observação direta dos movimentos da água ligada havia sido realizada: apenas o transporte da umidade global - a água dos poros, o vapor e a água ligada - era medido.
Uma equipe do laboratório Navier (CNRS/ENPC/Universidade Gustave Eiffel) realizou um estudo experimental que, pela primeira vez, evidenciou e caracterizou especificamente o transporte da água ligada na madeira.
A difusão da água ligada em amostras de madeira de carvalho, choupo e abeto foi estudada com o auxílio de técnicas de RM e Ressonância Magnética Nuclear, que permitem visualizar e medir o movimento das moléculas de água. Para isso, as amostras foram saturadas com água ligada durante várias semanas em uma atmosfera muito úmida. Os poros do material foram depois preenchidos com óleo de silicone, limitando os movimentos de água potenciais àqueles da água ligada dentro da fase sólida.
Com o auxílio da RM, os pesquisadores puderam observar a difusão das moléculas de água ligada através de toda a amostra de madeira. A Ressonância Magnética Nuclear permitiu quantificar as quantidades de água que se deslocam. Resultados similares foram obtidos com os diferentes tipos de madeira, apesar das variações de estruturas do material, e mesmo através de simples empilhamentos de fibras de celulose. De maneira contra-intuitiva, o processo de migração da água ligada mostra-se independente da concentração de água e da direção (embora a madeira seja um material anisotrópico).
A conclusão é que a água ligada, na verdade muito móvel, é transportada espontaneamente na madeira sob o efeito do menor gradiente de concentração de umidade. De fato, as variações do coeficiente de difusão com a temperatura permitem identificar a energia de ativação que as moléculas de água devem superar para difundir, e que é nitidamente superior à energia potencial da gravidade. Isso explica que a água ligada pode subir em uma árvore até grandes alturas e contribuir para alimentar assim as folhas das copas quando elas estão com falta de água.
Os resultados deste estudo não permitem apenas compreender melhor a difusão da água nas plantas. Eles também dizem respeito à regulação da umidade em edifícios que utilizam materiais de origem biológica, aos processos de secagem da madeira, ou ainda à extração da água da celulose durante a fabricação do papel. No laboratório Navier, o estudo continua, com base nos resultados inéditos obtidos, com o objetivo de descrever precisamente como a água se difunde através dos diversos materiais de construção de origem biológica que incluem fibras vegetais.
Difusão da água ligada na madeira, no interior da fase sólida que envolve os vazios, aqui preenchidos com óleo (desenho central). Um processo ativado coloca em movimento as moléculas de água no interior das zonas amorfas da celulose (embaixo). A diminuição ao longo do tempo do teor de água ligada é observada por RM (em cima).
© Luoyi Yan - Ph. Coussot/Laboratório Navier