Ao verter o refrigerante em um copo de papel, observa-se que as bolhas de CO2 formam-se majoritariamente na superfície do copo e não no seio do líquido. Explique as razões para esse comportamento.

Passo 1

Então, o enunciado diz que, quando a gente serve refrigerante num copo de papel, as bolhas de CO₂ aparecem principalmente grudadas na parede do copo e não “lá dentro” do líquido. O conteúdo aqui é físico-química, mais especificamente a nucleação de bolhas (formação de bolhas em líquidos). Para resolver, a gente vai precisar entender o conceito de nucleação (homogênea vs. heterogênea), a barreira de energia livre e como superfícies facilitam a formação de bolhas.

Passo 2

Primeiro, vamos ver o que é nucleação. Quando o CO₂ está dissolvido no refrigerante, ele quer sair do líquido formando bolhas. Mas criar uma bolha “do nada” exige vencer uma barreira de energia livre, ΔG, relacionada à tensão superficial σ. Na nucleação homogênea (no seio do líquido), essa barreira é:
De
onde Δp é o excesso de pressão dentro da bolha (supersaturação). Esse valor fica enorme, e quase nunca se supera sem muita supersaturação.

Passo 3

Agora, quando há uma parede (o copo) com microfissuras e pontos rugosos, rola a nucleação heterogênea. Nesse caso, a barreira de energia cai porque parte da superfície da bolha já “nasce” apoiada numa cavidade do copo. Simplificando, a nova barreira é:
De
sendo . Aqui, é o ângulo de contato líquido-superfície-gás. Ou seja, a parede ajuda a estabilizar a bolha inicial, tornando muito mais fácil formar um “núcleo”.

Passo 4

Como consequência, o refrigerante supersaturado prefere usar esses “ninhos” na parede para nascer bolhas. Lá dentro do líquido, sem essas imperfeições, a energia necessária para criar uma bolha é alta demais, então quase nada acontece até chegar na superfície ou em partículas de poeira. Além disso, a parede do copo de papel pode ser um pouco hidrofóbica, ajudando ainda mais a soltar bolhas.

Resposta

As bolhas de CO₂ aparecem na superfície (ou nos micro-defeitos do copo) porque ali a barreira de energia para nucleação é muito menor (nucleação heterogênea). No “seio” do líquido, a barreira de energia é alta demais, então quase não se formam bolhas ali.

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