O universo nano ao seu alcance

jul 23

Diminuição do tamanho = aumento da área

       Uma das principais causas das propriedades especiais das nanopartículas e dos sistemas em escala nanométrica é a imensa área superficial que possuem. De fato, 1g de nanopartículas pode chegar a ter cerca de 1000 m2 de área. Para se ter uma idéia do que isso significa, basta mencionar que um apartamento simples, de dois quartos, sala, cozinha, banheiro e lavanderia (Como a maioria dos apartamentos que não são de classe alta) possui uma área de cerca de 70 m2. Ou seja, 1g de nanopartículas, quantidade que cabe na ponta de um dedo possui uma área de aproximadamente 14 apartamentos desses. 

           A princípio pode parecer estranho que algo tão pequeno possa ter uma área tão grande.
Entretanto, se raciocinarmos e fizermos alguns cálculos simples, vemos que a situação não possui
uma lógica tão contraditória quanto parece inicialmente.
 
     Um modelo simples: o cubo de 1g
              Para estabelecermos o raciocínio, vamos utilizar uma forma geométrica muito simples:
um cubo. Vamos admitir que esse cubo possua massa de 1g e que cada aresta tenha comprimento
igual a 1cm. Observe a Figura 1:
 
Figura 1. Cubo fictício de 1g com arestas de 1cm
 
 
                De acordo com o que foi exposto anteriormente,  a área superficial total desse cubo
será a soma das áreas dos 6 lados, ou seja:
 
Área total = 6 x 1 cm2 = 6 cm2
 
           Como o cubo possui massa de 1g, podemos dizer que a área superficial desse material
é de 6 cm2/g. Vamos agora analisar o que ocorre com a área superficial se cortarmos o cubo
inicial em cubos com exatamente metade da aresta do cubo inicial (Figura 2). Nesse caso, o número
total de cubos será 8, com arestas de 0,5 cm. A área total será de: 
 

Áreatotal = (8x6) x 0.25 cm2 = 12 cm2

 

Figura 2. Cubos com 0,5cm de aresta (Massa total de 1g)


 

        Portanto, cortando o cubo em cubos com metade do tamanho original, e mantendo a mesma massa,
a área superficial será de 12 cm2/g, o que representa o dobro. Se repetirmos o mesmo processo
(Ou seja, redividirmos os 8 cubos para que cada um gere mais 8 cubos com metade de seu
tamanho - Veja Figura 3), teremos:
 

Áreatotal = (64x6) x 0.0625 cm2 = 24 cm2



 

 
Figura 3. Cubos com aresta de 0,25cm (Massa total de 1g)
 
     Portanto, em relação ao cubo inicial, um decréscimo de 4 vezes no seu tamanho resultou em um
aumento de 4 vezes na área superficial. Agora, vamos imaginas que esse cubo foi reduzido à escala
nanométrica, possuindo arestas de 1 nm; Para se chegar a essa aresta tivemos que dividir
o cubo em 100000000000000 cubos menores (Ou seja, 100 trilhões de cubos menores!!!). Vamos
calcular a área:
 
Áreatotal = (100000000000000 x 6) x 0,0000001 cm2 = 600000000 cm2
 
     Ou seja, dividindo o cubo até atingir a escala nanométrica, a área superficial passou a ser de
600 milhões de cm2 por grama! Para simplificar, vamos converter isso em m2:
 
1 m2 = 10000 cm2
x m2 = 600000000 cm2
x = 60000 m2
 
    Atingimos agora o valor quase inacreditável de 60 mil metros quadrados por grama! Se você ainda
tem dúvidas sobre o quanto essa área é imensa, compare: o estádio do Morumbi, em São Paulo, possui
102.904 m2 de área construída. Assim, 1 g de cubos de 1 nm possui uma área maior que a do campo
de futebol sediado no estádio e mais da metade de sua área total!
         Não é de admirar, portanto, que diversos efeitos e propriedades especiais se manifestem em
função da área quando chegamos na dimensão nanométrica. Essa área imensa é aproveitada, por
exemplo, em catálise heterogênia, onde catalisadores nanoestruturados possuem uma eficiência muito
maior que aqueles no estado bulk em função da sua enorme área.
          Vale lembrar, no entanto, que 1 nm é uma dimensão reduzida, mesmo tratando-se de  
nanomateriais. Além disso as nanopartículas exigem cálculos semelhantes, mas um pouco mais
complicados, já que não possuem, em geral, formas geométricas regulares como um cubo.
Além disso, as nanopartículas seguem uma curva gaussiana de distribuição de tamanhos, nunca possuindo
todas o mesmo tamanho; finalmente, algumas podem ter parte de sua área suérficial obstruída
por diversos fatores, como estabilizantes adsorvidos, etc. Dessa forma, a área superficial
de 1 g de nanopartículas será algo menor do que o modelo explicativo utilizado nesse artigo. Ainda
assim, essa área é realmente muito grande e responsável por diversos efeitos que serão tratados
em outros artigos do Olhar Nano

 

 

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