Quer estejam presentes num cappuccino, numa espuma de barbear ou num extintor, as espumas fazem parte do nosso quotidiano. Infelizmente, constituídas por líquido e gás, são intrinsecamente instáveis. Na Terra, evoluem rapidamente devido à drenagem do líquido. As espumas mais estáveis sobrevivem a esta primeira evolução, mas mesmo depois de terminada a maior parte da drenagem, as suas bolhas continuam a crescer, seja fundindo-se umas com as outras, seja por um mecanismo chamado maturação: as bolhas pequenas encolhem e desaparecem enquanto as maiores crescem, com o gás a difundir-se de umas para as outras através da fase líquida.
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Estas fases posteriores de evolução dependem de características físico-químicas bastante subtis da mistura que constitui o líquido espumante, o que explica que, ainda hoje, a previsão geral do tempo de estabilidade de uma determinada espuma em função da sua composição continue a ser uma questão em aberto.
Ora, compreender e retardar estes fenómenos é essencial para melhorar o desempenho das espumas industriais. Um obstáculo a este progresso provém do facto de que, no solo, a drenagem devida à gravidade perturba as medições ao criar uma distribuição de líquido não homogénea.
Para observar a maturação sem interferência, um consórcio de investigadores realizou observações da evolução de espumas geradas a bordo da Estação Espacial Internacional, um ambiente com gravidade efetiva nula. Desta forma, puderam comparar a estabilidade de espumas muito líquidas (chamadas "espumas húmidas") preparadas com nove agentes estabilizadores diferentes - tensioativos clássicos, um polímero e uma proteína alimentar. Para tal, mediram com extrema precisão a velocidade de crescimento das bolhas e mostraram que esta varia por um fator de 10 consoante a natureza química do estabilizante utilizado.
Até agora, os especialistas da área pensavam que esta velocidade dependia principalmente da permeabilidade do líquido intersticial (ou seja, da capacidade dos filmes líquidos para deixar passar o gás), mas os investigadores descobriram que outros dois fatores-chave entram em jogo. Por um lado, a adesão entre as bolhas, que influencia a sua estrutura local, revela-se importante quando a fração líquida não é demasiado elevada. Por outro lado, a difusão do gás para fora dos filmes, através das pontes capilares ou "bordos de Plateau" (que se encontram sempre no cruzamento de três filmes e constituem a maior parte do "esqueleto" líquido da espuma), revela-se determinante nos casos em que a permeabilidade das interfaces muito finas é particularmente baixa.
Evolução do tamanho das bolhas numa espuma húmida observada a bordo da Estação Espacial Internacional. As bolhas crescem ao longo do tempo, de acordo com uma lei que depende do tensioativo utilizado.
Estes efeitos podem levar tanto à aceleração como à desaceleração da maturação da espuma, o que ilustra a complexidade do fenómeno geral, uma complexidade que este trabalho permite finalmente racionalizar ao ter em conta simultaneamente as propriedades interfaciais e as características estruturais das espumas estudadas.
Em conclusão, este trabalho permite compreender melhor o papel da química dos tensioativos na maturação das espumas húmidas. Abre perspetivas para conceber espumas em domínios variados, desde os cosméticos à despoluição, passando pelos materiais inovadores. Estes resultados são publicados na revista Journal of Colloid and Interface Science.