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Habilidosas patinhas

FÍSICA

Tema: interações intermoleculares

 

Débora Laise, Licenciatura Integrada em Química e em Física

Coautor: Fabricio Bracht

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A lagartixa

Imagem: Pixabay

A lagartixa é um réptil, geralmente considerada um pequeno lagarto que costuma comer pequenos insetos, tais como baratas, grilos e pernilongos.

Esse pequeno réptil possui habilidades muito interessantes, como a de separar sua cauda quando se encontra em perigo para enganar seu predador. Depois de aproximadamente três semanas a cauda da lagartixa cresce novamente, embora ela nunca mais cresça da forma que era anteriormente porque seu interior, que era de vértebras ósseas, passa a ser de cartilagem. Outra de suas habilidades é a de andar sobre diversas superfícies e se manter firme mesmo na vertical ou de ponta-cabeça.

 

Mas como a lagartixa consegue se manter firme?

Imagem: Visual Hunt

Você já deva ter se perguntado como esse réptil consegue andar pelo teto da sala da sua casa sem cair. Durante muito tempo acreditou-se que essa habilidade da lagartixa era associada a presença de micro ventosas nas patas dela. Porém, essa teoria mostrou-se falsa ao descobrirem que a lagartixa consegue andar em  superfícies lisas e molhadas onde as ventosas não funcionam.

Foi em 1960 que o cientista alemão Uwe Hiller sugeriu que essa habilidade da lagartixa decorria de uma força atrativa entre as moléculas da parede e as das patas da lagartixa, denominada como Força Intermolecular de Van der Waals. E apenas no final do século XX tal teoria foi comprovada por uma equipe de cientistas, liderada pelo biólogo americano Kellar Autumn.

Ainda com todos os estudos realizados, o verdadeiro motivo pelo qual a lagartixa consegue andar pelas paredes sem cair não havia sido completamente revelado. Em 2011, cientistas japoneses revelaram através de estudos realizados com o auxílio de aparelhos de alta sensibilidade que uma certa quantidade de resíduos era deixada nas pegadas da lagartixa. Tais resíduos têm como principal componente a fosfatidilcolina, que age revestindo as cerdas da pata da lagartixa e garante sua eficácia de adesão.

 

Força Intermolecular de Van der Waals

Imagem por Kellar Autumn / Licença CC BY-SA 3.0

Em 1873, o físico holandês Johannes Van der Waals estudou e apresentou um tipo de força, que posteriormente foi denominada como Força Intermolecular de Van der Waals, em sua homenagem. Esta força é decorrente da interação eletrostática entre os momentos de dipolo de dois ou mais átomos neutros. Quando esses átomos se aproximam, as forças de interação entre eles cria uma energia atrativa. A força de Van de Waals é, portanto, uma forma de atração entre moléculas muito próximas.

A força intermolecular que atua entre as patas da lagartixa e a superfície sobre a qual ela anda é conhecida como forças dipolo induzido-dipolo induzido ou forças de dispersão de London. E, no caso da lagartixa, ela ocorre em moléculas apolares. Quando no núcleo de uma molécula apolar há mais elétrons de um lado do que do outro, ela torna-se momentaneamente polarizada. Por indução elétrica, este efeito faz com que essa molécula apolar polarize uma molécula vizinha, criando assim, um dipolo induzido. Esse processo ocorre em decorrência dos movimentos dos elétrons e da colisão entre as moléculas.

E como a Força Intermolecular de Van der Waals atua nas patinhas da lagartixa?

A superfície das patas da lagartixa é dividida em várias seções, denominadas lamelas (parte B da figura acima) as quais são recobertas por milhões de pequenos pelos. Estes são minúsculas cerdas queratinosas com terminações pontiagudas, denominados setae (partes C e D da figura acima). Tais cerdas são geradas pela proteína -queratina (beta-queratina), e cada uma delas é capaz de se ramificar em até mil filamentos pequenos, designados espátulas.

A organização das cerdas, portanto, auxilia na adesão e proporciona o aumento das zonas de contato entre as patas da lagartixa e a superfície sobre a qual ela caminha.

Conforme a lagartixa anda, os átomos de sua pata trocam elétrons com os átomos da região de contato. Isso faz com que surja uma força de atração intermolecular a qual possibilita a lagartixa a se manter grudada mesmo em superfícies verticais. Esse efeito de adesão é feito e desfeito naturalmente fazendo a lagartixa andar bem rápido.

Imagem: Pixabay Imagem: Wikimedia Commons

Como já foi dito, nas patas da lagartixa há várias moléculas de -queratina (beta-queratina), que compem as cerdas das patinhas, essas moléculas são formadas por grandes conjuntos de átomos com elétrons abundantes.

No momento anterior a aproximação entre as patas da lagartixa e a superfície, ainda não há atração eletrônica entre os dois, pois ambos são neutros. Mas com a aproximação entre eles é gerada uma polarização das moléculas das patas da lagartixa e da superfície de contato.

Ou seja, durante o tempo em que as moléculas existentes nas patas da lagartixa estão isoladas e distantes da superfície de contato, elas são apolares. E quando elas se aproximam da superfície ocorre a deformação de suas nuvens eletrônicas, o que produz polos positivos e negativos momentâneos, fazendo com que as moléculas passem a ter dipolos.

As moléculas que passam a ter dipolos, provocam a formação de dipolos nas suas moléculas vizinhas. E é por esse motivo que estas se atraem e permanecem unidas. Entre as patas da lagartixa e a superfície de contato, ocorrem muitas ligações intermoleculares de Van der Waals e isso resulta em um conjunto de ligações forte o suficiente para suportar o peso da lagartixa e mantê-la presa à superfície.

 

Você sabia?

Você sabia que existem diversos tipos de lagartixa além da que você conhece?

Lagartixa leopardo Lagartixa mimetista1
Imagem: Wikimedia Commons Imagem: Wikimedia Commons

Sobrevivência: algumas lagartixas naturais da Austrália e da Ásia são capazes de sobreviver em situações como hibernação e escassez de alimento, com a proeza de utilizar a gordura acondicionada nas suas caudas, que se dilatam como balões.

Segurança: outra espécie de lagartixa é capaz de fazer algo muito interessante ao espalhar pedaços de pele do seu corpo ou da sua cobertura externa quando se sente ameaçada. Após esse feito, ela sai procurando segurança.

Luvas: pesquisadores da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, com apoio da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada em Defesa (na sigla em inglês, DARPA), desenvolveram um objeto semelhante à uma luva que possibilitou a um homem de 70 Kg escalar várias vezes uma parede de vidro de 3,6 m. Eles se inspiraram na habilidade da lagartixa para desenvolver este projeto.

Este estudo foi apresentado em uma publicação científica no Journal of the Royal Society Interface. O objetivo da criação da luva foi desenvolver uma tecnologia, inspirada na biologia, que pudesse auxiliar soldados em escaladas sem que fosse feito o uso de cordas ou de escadas.

Imagens: Biomimetics and Dexterous  Manipulation Lab, Stanford University

Adesivos: os pesquisadores, Alfred Crosby e sua equipe de pesquisa, Ducan Irschick e Mike Bartlett desenvolveram um adesivo com características fantásticas, inspirados pela habilidade das lagartixas! Tais adesivos são capazes de aderir a qualquer superfície de forma bastante eficiente, e são facilmente removidos sem deixar resíduos nas superfícies onde foram inseridos.

A GeckskinTM (nome do projeto), publicada em 2012 na revista Advanced Materials, oferece muitas possibilidades de uso, seja anexando e separando objetos cotidianos, ou sendo usado em aplicações médicas e industriais.

Neste vídeo você pode saber mais sobre os adesivos desenvolvidos pelo projeto.

 

1 Mimetismo: habilidade de camuflagem, onde o animal consegue esconder-se de forma a estar da mesma cor que o ambiente em que se encontra. Característica semelhante à do camaleão.

 

Referências

BAIO, Cintia. Clique Ciência: Sabe por que a lagartixa não cai da parede? Não é ventosa… Notícias UOL. Disponível em: <https://noticias.uol.com.br/ciencia/ultimas-noticias/redacao/2015/10/27/clique-ciencia-sabe-por-que-a-lagartixa-nao-cai-da-parede-nao-e-ventosa.htm>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Cientistas se inspiram em lagartixa e criam luvas de ‘Homem-Aranha'. BBC notícias. Disponível em: <http://www.bbc.com/portuguese/noticias/2014/11/141125_luvas_lagartixa_homem_aranha_rb>. Acesso em: 30 mai. 2018.

FOGAÇA, Jennifer Rocha Vargas. Forças Intermoleculares ou Forças de Van der Waals. Alunos Online. Disponível em: <http://alunosonline.uol.com.br/quimica/forcas-intermoleculares-ou-forcas-van-der-waals.html>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Forças de Van der Waals. Cursinho pré ENEM. Disponível em: <http://cursinhopreenem.com.br/quimica/forcas-de-van-der-waals/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

GUIDINI, Priscila França. Força de Van Der Waals. IFSC - USP. Disponível em: <http://www.ifsc.usp.br/~lattice/wp-content/uploads/2014/12/PriscilaGuidini_ForcadeVanderWaals.pdf>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Lagartixas. Bio Curiosidades. Disponível em: <http://www.ninha.bio.br/biologia/lagartixa.html>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Lagartixas. Todas as configurações possíveis. Disponível em: <http://www.todasasconfiguracoes.com/2012/02/19/lagartixas/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Lições de química e física para subir e andar pelas paredes. Raízes e folhas. Disponível em: <http://raizesefolhas.com.br/licoes-de-quimica-e-fisica-para-subir-e-andar-pelas-paredes/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Ligação de van der Waals. Ciência dos Materiais. Disponível em: <http://www.cienciadosmateriais.org/index.php?acao=exibir&cap=2&top=213#_ftn(1)>. Acesso em: 30 mai. 2018.

Por que a lagartixa não cai quando anda pelas paredes? Mundo estranho. Disponível em: <http://mundoestranho.abril.com.br/mundo-animal/por-que-a-lagartixa-nao-cai-quando-anda-pelas-paredes/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

SILVA, Joab Trajano. Química para subir (e andar) pelas paredes. Ciência Hoje das Crianças. Disponível em: <http://chc.org.br/quimica-para-subir-e-andar-pelas-paredes/>. Acesso em: 30 mai. 2018.

What is GeckSkinTM? Geckskin. Disponível em: <http://geckskin.umass.edu/#zone-content>. Acesso em: 30 mai. 2018.

 

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

1.   Sabe-se que a superfície das patas é dividida em várias seções. Qual é o nome dessas seções?

 

  1. Setae.
  2. Lamelas.
  3. Cerdas.
  4. Espátulas.

 

2.   Qual é a molécula presente nas patas da lagartixa?

 

  1. London.
  2. Setae.
  3. Alfa-queratina.
  4. Beta-queratina.

 

3.   Sabe-se que as lagartixas têm a habilidade de se manterem fixas nas paredes. Qual é o conceito que explica tal habilidade?

 

  1. Forças Atrativa.
  2. Forças de Uwe Hiller.
  3. Forças de Van der Waals.
  4. Forças de Contato.

 

Respostas: 1-b, 2-d, 3-c.

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