Sobre as técnicas de cromatografia vistas no laboratório, responda o que se pede:
Qual a força física responsável pela descida do solvente numa cromatografia em coluna?
Qual a força física responsável pela descida do solvente numa cromatografia em coluna?
Passo 1
O enunciado pergunta exatamente: “Qual a força física responsável pela descida do solvente numa cromatografia em coluna?”
Informações dadas (implícitas no enunciado): coluna cromatográfica preenchida com adsorvente (por ex. sílica ou alumina), solvente (fase móvel) colocado no topo da coluna que “desce” pelo leito, e variantes de técnica (coluna por gravidade ou coluna com pressão assistida). Não há mais dados numéricos — a pergunta é conceitual.
Informações dadas (implícitas no enunciado): coluna cromatográfica preenchida com adsorvente (por ex. sílica ou alumina), solvente (fase móvel) colocado no topo da coluna que “desce” pelo leito, e variantes de técnica (coluna por gravidade ou coluna com pressão assistida). Não há mais dados numéricos — a pergunta é conceitual.
Passo 2
Primeiro conceito útil: pressão hidrostática. Quando você tem uma coluna de líquido, a coluna exerce uma pressão na base que cresce com a altura do líquido. A fórmula que relaciona pressão, massa específica e altura é
onde
é a densidade do solvente,
é a aceleração gravitacional e
é a altura da coluna de líquido. Essa pressão tende a empurrar o líquido para baixo através do leito poroso da coluna.
Passo 3
Agora pense no leito da coluna como um meio poroso (um montão de partículas pequenas com espaços entre elas). O escoamento do solvente por um meio poroso é governado uma lei simples em escala macroscópica, chamada Lei de Darcy. A forma comum é
onde
é a vazão volumétrica,
é a permeabilidade do leito (depende do tamanho e empacotamento das partículas),
é a área da coluna,
é a viscosidade do solvente,
é a diferença de pressão ao longo de um trecho de comprimento
. Aqui a diferença de pressão
pode ser gerada pela pressão hidrostática
mencionada antes. Ou seja: a pressão do solvente empurra, e a resistência do leito (viscosidade + permeabilidade) regula a velocidade.
Passo 4
Outra força que atua no escoamento é a força capilar/tensão superficial nas interfaces líquido-sólido. Em meios porosos com poros muito finos, a adesão do líquido às partículas e a tensão superficial podem puxar o solvente (efeito capilar). A altura capilar em um tubo capilar ideal é dada por
onde
é a tensão superficial,
ângulo de contato e
raio efetivo do poro. Em colunas praticadas com sílica, efeitos capilares ajudam a “mantar” o solvente entre partículas e a vencer pequenos espaços, mas não são a única causa do fluxo descendente.
Passo 5
Juntando tudo de forma prática (como você precisa entender para a prova):
- Em uma coluna por gravidade (a mais comum em laboratórios didáticos), a força motriz principal que faz o solvente descer é a gravidade, que gera pressão hidrostática (
) no topo do leito. Essa pressão cria um gradiente de pressão que empurra o solvente através do leito segundo a Lei de Darcy. - Forças capilares e de tensão superficial também contribuem, especialmente em poros muito pequenos, influenciando a molhabilidade e a velocidade local, mas não substituem o papel da pressão hidrostática como motor principal no fluxo gravitacional.
- Em cromatografia “flash” ou preparativa com bomba/pressão, a principal força adicional é a pressão aplicada externamente (gás ou bomba), que aumenta
e, portanto, a vazão .
Passo 6
Dicas práticas para a prova (resuma mentalmente): se o enunciado falar “coluna por gravidade” responda que o solvente desce por gravidade/pressão hidrostática; se falar “flash” ou “pressurizada”, mencione pressão aplicada. Se quiser justificar fisicamente, cite a relação
e a Lei de Darcy para conectar pressão ao fluxo.
Resposta
A força física principal é a gravidade — mais precisamente a pressão hidrostática do solvente (
) que gera um gradiente de pressão e empurra o líquido através do leito poroso; forças capilares contribuem localmente e, em cromatografia flash, a pressão aplicada externamente é a responsável pelo escoamento.