Físicos da Universidade de Utrecht e da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia observaram – pela primeira vez experimentalmente – o efeito da castanha-do-pará em uma mistura de partículas coloidais carregadas.

Até agora, pensava-se que um influxo de energia externa era necessário para criar esse efeito – mas os pesquisadores puderam confirmar que o processo pode ocorrer espontaneamente. As descobertas, publicadas no The Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ), podem encontrar aplicações em uma ampla gama de campos, da geologia à física da matéria macia.

Certamente já aconteceu com você sacudir um saco aberto de nozes mistas. Você notou que, após esse procedimento, as maiores nozes da mistura - a castanha-do-pará - flutuam para o topo? O fenômeno de grandes objetos subindo à superfície de uma mistura de pequenos objetos, com o nome profissional de convecção granular, é popularmente conhecido como "efeito castanha-do-pará" e ocorre comumente na natureza. Também pode ser observado agitando, por exemplo, um balde de areia e pedrinhas.

Esse efeito incomum contradiz a intuição de que objetos mais pesados ??devem afundar devido à gravidade e à força de inércia. É o caso do fenômeno da sedimentação, comum na natureza, processo que envolve o afundamento de partículas sólidas dispersas em um líquido, sob a influência das forças da gravidade ou da inércia. A sedimentação desempenha um papel em processos como a formação de rochas sedimentares e também é usada para purificar água e águas residuais ou isolar células do sangue.

Até agora, pensava-se que um influxo de energia externa, como sacudir a sacola, era necessário para criar o efeito castanha-do-pará. No entanto, modelos teóricos em desenvolvimento sugeriram que o fenômeno poderia ocorrer espontaneamente, sem o fornecimento de energia externa. Os cálculos teóricos foram confirmados experimentalmente pela primeira vez por um grupo de físicos experimentais e teóricos da Universidade de Utrecht e da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia.

"Mostramos que o efeito castanha-do-pará pode ocorrer em uma mistura de partículas coloidais carregadas movidas apenas por movimentos brownianos e repulsão de cargas elétricas", enfatiza Jeffrey Everts, da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia, que, sob a direção de René van Roij do Instituto de Física Teórica da Universidade de Utrecht, realizou os cálculos teóricos para o experimento. Marjolein van der Linden, trabalhando sob a direção de Alfons van Blaaderen do Debye Institute for Nanomaterials Science da Utrecht University, foi responsável pela parte experimental do estudo.

Os pesquisadores usaram partículas carregadas de polimetilmetacrilato com diferentes diâmetros (grandes e pequenos) para realizar o experimento. Um solvente de baixa polaridade, brometo de ciclohexila, foi usado como agente dispersante.

Conforme apontam os pesquisadores, embora tanto em misturas granulares (por exemplo, castanha) quanto em misturas coloidais ocorra o "efeito castanha-do-pará", os mecanismos para sua formação são completamente diferentes. No caso de uma mistura de nozes, como resultado da agitação, as nozes menores preenchem as lacunas criadas na parte inferior, empurrando as nozes maiores para cima.

Enquanto isso, as partículas carregadas no colóide fazem movimento browniano como resultado de colisões com as moléculas de solvente circundantes. "Cada partícula é carregada positivamente. Partículas mais pesadas, mas maiores, têm uma carga maior, então elas se repelem com mais força, fazendo com que se movam para cima com mais facilidade do que partículas menores, mas mais leves", explica Jeffrey Everts.

A descoberta do "efeito castanha-do-brasil" em misturas de partículas coloidais pode ser usada em muitos campos, da geologia à física da matéria mole. Também pode encontrar aplicação na indústria, como na estabilidade de tintas e tintas.