Quais fatores ligados à água permite o seu deslocamento nos vasos do xilema?

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Introdução

Entende-se a capilaridade como uma propriedade física que alguns fluidos apresentam. Essa propriedade pode ser compreendida como a tendência que esses fluidos apresentam de se deslocarem no interior de tubos finos, conhecidos como capilares. Alguns fluidos podem subir por capilares, o que, em um primeiro momento, parece ir contra outras leis da física, como a da gravidade e a de pressão. 

A palavra capilar vem do latim capillaris e significa "do cabelo", fazendo referência ao calibre dos tubos finos nos quais o líquido ou fluido irá se deslocar.

O deslocamento dos fluidos, obedecendo a lei de capilaridade, está relacionado às estruturas químicas dos componentes, no caso o fluido e o material do capilar. Forças intermoleculares são estabelecidas entre os componentes, provocando o deslocamento do fluido pelo capilar.

Um exemplo prático da ação da capilaridade é manter um guardanapo de papel na posição vertical, com uma parte em contato com um líquido como a água: com o passar do tempo, a água passa a ser absorvida pelo guardanapo. Assim, torna-se possível ver o material (papel) "se molhando" enquanto a água vai subindo por ele (deixando a posição inicial em que se encontrava). 

Quais as forças que atuam para que aconteça a capilaridade?

O fluido, como um líquido qualquer quando dentro de um recipiente, está sujeito a dois tipos comuns de forças, que podem ser divididas em força de adesão e força de coesão.

A força de adesão é aquela interação existente entre moléculas diferentes, levando como critério, principalmente, a polaridade de ambos os materiais. Ou seja, a adesão se refere à afinidade físico-química existente entre as moléculas do líquido e as moléculas do recipiente em que esse líquido está inserido.

Por exemplo, a água, que é o solvente universal e fundamental para inúmeros processos metabólicos nos organismos, é uma substância polar (havendo um compartilhamento desigual de elétrons ao longo da molécula). Dessa forma, ela interage melhor com outras substâncias polares. Essa interação molecular estabelece ligações que são indispensáveis para o fenômeno da capilaridade. 

A força de coesão, no entanto, é a interação estabelecida entre moléculas semelhantes, ou seja, a atração existente entre moléculas de uma mesma substância, como as moléculas de água que interagem entre si estabelecendo ligações de hidrogênio. A coesão mantém a molécula unida e resistente aos processos de separação, como a gota de água sobre uma superfície plana, que tende a se manter unida em formato esférico.

A água, com essa grande capacidade de coesão, consegue formar uma película resistente na sua superfície. Essa película é chamada de tensão superficial e permite que insetos consigam caminhar sobre a água sem afundar, pois a força intermolecular de coesão da água é maior que a pressão exercida pelo inseto sobre o líquido.

A relação estabelecida entre a força de adesão e de coesão de uma substância e de um recipiente em que ela se encontra, como tubo de pequeno calibre (capilar), por exemplo, garante a capacidade desse líquido de se deslocar por esse tubo (subindo ou descendo). Essa relação é conhecida como a relação de coesão-tensão, ou como teoria de Dixon, e explica o fenômeno de capilaridade.

O que é o menisco em um líquido?

Outra forma de demonstrar a capilaridade é observando o menisco formado por um líquido dentro de um tubo de ensaio, por exemplo. 

O menisco é a curvatura apresentada na parte superior de um líquido, em resposta à interação estabelecida com o recipiente. A relação entre a força de adesão e a força de coesão são fundamentais para formar o menisco.

Se a força de adesão for maior que a força de coesão, ou seja, se o líquido interage mais com o recipiente do que com ele mesmo, o líquido vai interagir favoravelmente com o sólido, molhando-o, ou, no caso dos capilares, se deslocando. A água é uma substância que possui essa capacidade.

Porém, se a força de coesão for maior que a força de adesão, significa que o líquido interage pouco com o recipiente e tende a se comprimir e a interagir consigo mesmo, não com o recipiente no qual está inserido. O mercúrio é um exemplo de substância com essa capacidade.

E, com base na relação entre a coesão e a adesão, o menisco pode ser classificado em:

• Côncavo: aquele formado quando a força de adesão é maior que a de coesão. Exemplo: H2O (água);
• Convexo: aquele formado quando a força de coesão é maior que a de adesão. Exemplo Mg (mercúrio);

Ação da capilaridade em um tubo com água e um tubo com mercúrio e os diferentes meniscos formados: na água, menisco côncavo, e no mercúrio, menisco convexo   A capilaridade também sofre influência de outros fatores, como a temperatura da substância, que interfere na viscosidade do líquido (quanto mais quente, menos viscoso é o líquido), diâmetro do tubo (quanto mais fino o capilar, mais facilmente as moléculas do líquido se interagem com o material do tubo) e o tipo do líquido e do tubo.

Capilaridade na Biologia

A capilaridade é fundamental para o transporte de substâncias nos organismos. Nos animais de sistema circulatório fechado, os vasos de menor calibre (capilares) são as estruturas onde ocorrem as trocas gasosas no organismo, garantindo o fluxo de oxigênio apto para os processos metabólicos, como a respiração celular. Além dos capilares sanguíneos, os vertebrados apresentam os capilares linfáticos.

Capilaridade nas plantas

Nas plantas, é por capilaridade que é transportada a seiva inorgânica no xilema. A seiva bruta é aquela constituída por água e sais minerais que são absorvidos pelas raízes e transportados por capilares até a parte aérea da planta - principalmente para as folhas, onde são utilizados nos processos de fotossíntese e de produção de matéria orgânica.

Corte transversal no caule de uma planta, mostrando os vários capilares que compõem o xilema 

Referências

TAIZ et. al. Fisiologia e Desenvolvimento Vegetal. 6ª Edição. ArtMed.

SCHWAMBACH et. al. Fisiologia Vegetal. 1ª Edição. Érica.

SILVERTHORN et. al. Fisiologia Humana. 7ª edição. ArtMed.

GUYTON & HALL. Tratado de Fisiologia Médica. 12ª edição. Elsevier.