Vamos voltar às aulas de química do colegial: as ligações iônicas juntam átomos por meio de atrações eletrostáticas formando moléculas. As moléculas, por sua vez, unem-se pela influência das pontes de hidrogênio (que são fortes) ou da forças de van der Waals (que é fraca). Tão fraca é a força de van der Waals que ela nem recebe muita atenção dos professores. Nem dos físico-químicos, pois essa interação só foi mensurada com precisão recentemente.
Antes de entender como foi a medição feita pelos pesquisadores do Instituto Suíço de Nanociências e da Universidade de Basiléia, vamos nos aprofundar nas forças de van der Waals. São forças, no plural, porque tais interações podem ser três tipos: 1) entre dois dipolos permanentes (também conhecida como Força de Keeson); 2) entre um dipolo permanente e um polo induzido (a chamada Força de Debye) e 3) entre dois dipolos instantaneamente induzidos (ou seja, uma Força de dispersão de London. Nos anos 1870, o holandês Johanes Diderik van der Waals [1837-1923] foi o primeiro a descrevê-las e por isso elas levam o seu nome.
Van der Waals percebeu que a pressão dos gases deveria ser menor do que se esperava na época por causa da influência dos dipolos. Os dipolos formam-se quando, mesmo que momentaneamente, os elétrons de uma molécula concentram-se numa de suas extremidades. Para compensar esse desequilíbrio, as moléculas podem se aproximar, formando uma espécie de ligação.
Por ter curto alcance e depender de interações efêmeras, as forças de van der Waals sempre foram consideradas fracas, especialmente em comparação com os outros tipos de ligações químicas. Mesmo assim, a força de van der Waals tem um importante papel nos processos que envolvem coesão, adesão, fricção ou condensação. Trata-se, portanto, de uma força meio grudenta e é possível observar seus efeitos macroscopicamente: quando uma lagartixa anda de cabeça pra baixo pelo teto, está sendo sustentada pelas forças de van der Waals entre as moléculas de sua pata e as do forro.
Então como é que se mede uma força que geralmente é tão efêmera e tão fraca? Para isso, é necessário um microscópio de força atômica em baixa temperatura e uma minúscula caixa de ovos — tão pequena que nela só caiba um átomo por vez. Feita de cobre, essa caixinha de ovos tem nichos onde podem ser encaixados átomos de gases nobres, como xenônio, argônio e criptônio. A ponta do microscópio também é formada por um único átomo, de xenônio. Ao se aproximar a ponta do microscópio do átomo nele encaixado, é possível medir a interação de van der Waal entre os dois.
Após a medição, os cientistas comparavam valores encontrados com os esperados pelos teóricos. Como era de se esperar, quanto maior a distância entre os átomos, mais fraca a força. Surpreendentemente, a força de van der Waals se mostrou ligeiramente mais intensa do que se calculava. Em todos os gases nobres analisados, os valores absolutos ficaram pouco acima do esperado. O maior desvio foi entre os átomos de xenônio, com uma intensidade que foi o dobro do que se pensava.
Uma explicação para essa discrepância, segundo os autores do artigo publicado na Nature Communications, é que pode haver uma possível troca de cargas mesmo entre os gases nobres. Nesse caso, efêmeras ligações covalentes seriam formadas, o que daria um reforço às forças de van der Waals. No fim, até um gás nobre não é tão nobre (nem tão forever alone), pois pode formar um casal — e você não.
Referência
Shigeki Kawai et. al. Van der Waals interactions and the limits of isolated atom models at interfaces [Interações de Van der Waals e os limites dos modelos de átomos isolados em interfaces]. Nature Communications. Volume: 7, Article number: 11559, Published 13 May 2016. DOI: doi:10.1038/ncomms11559
[via Phys.org]
