Podemos usar a química para entender como se forma aquela espuma de um café com leite preparado numa dessas cafeteiras de expresso? Sim. Mas antes de falar de leite, milkshake e cappuccino, precisamos entender a formação de outra espuma que conhecemos bem no nosso dia a dia: as espumas de sabão.

Em suas composições, sabões (sejam em barra, em pó, ou líquidos), detergentes, xampus, cremes dentais e limpadores multiuso possuem substâncias químicas classificadas como tensoativos. Para entender o que são tensoativos, precisamos, antes, conhecer o conceito de polaridade de uma molécula.

Dizemos que uma molécula é polar quando ela tem uma parte mais negativa (com uma densidade maior de elétrons, que são negativos) e outra mais positiva (com uma densidade menor de elétrons, o que faz a carga positiva dos prótons prevalecer nessa parte) de modo que essas partes não estão distribuídas uniformemente. A água é uma molécula polar e por isso ela dissolve bem substâncias que são formadas por moléculas também polares, como, por exemplo, o açúcar e o vinagre. Dizemos que essas substâncias são hidrófilas, ou seja, “que têm afinidade por água”.

Moléculas de água, ácido acético (vinagre) e sacarose (açúcar) com a representação das densidades de elétrons. As partes vermelhas indicam alta densidade (são mais negativas) e as azuis, baixa densidade (são mais positivas) (modelos feitos no aplicativo Edumol).

Quando a molécula não é polar, a chamamos de apolar. Nesse caso, ela não possui partes mais negativas e positivas, ou as possui de forma simétrica (quando as partes negativas e positivas se compensam no meio da molécula). Parafinas, óleos e gorduras são exemplos de substâncias compostas por moléculas apolares, e por isso não se dissolvem bem em água, que é polar. Chamamos essas substâncias de hidrofóbicas, que significa “que têm aversão por água”, ou lipofílicas, “que têm afinidade por gordura”.

Molécula de um triglicerídeo tipicamente encontrado no chocolate (triéster de glicerol com os ácidos palmítico, esteárico e oleico) com a representação das densidades de elétrons. As poucas áreas de alta e baixa densidade se concentram no meio da molécula, predominando as áreas de densidade média (representadas na cor verde), sem polarização (modelo feito no site MolView).

Existe, ainda, um grupo de moléculas classificadas como anfipáticas (que significa “sensível nos dois lados”), que possuem comportamento polar em uma ponta e apolar no restante da molécula. É nessa classificação que se encaixam os tensoativos.

Exemplo de um tensoativo que pode ser utilizado em detergentes: p-dodecilbenzenossulfonato de sódio. A parte mais comprida possui polarização simétrica entre os átomos de carbono (C) e hidrogênio (H), sendo, portanto, apolar, o que faz essa parte da molécula se diluir bem em óleos. Na outra ponta, existe uma concentração maior de elétrons, além de as ligações entre o enxofre (S), o oxigênio (O) e o carbono (C) serem polarizadas assimetricamente, o que faz essa parte ser polar, se diluindo muito bem na água (adaptado da fonte).

Nos produtos de limpeza e higiene, as moléculas do tensoativo têm a função de possibilitar que os resíduos oleosos/gordurosos possam ser levados pela água, pois, sem os tensoativos, a água não consegue dissolver óleos e gorduras, que são hidrofóbicos.

As moléculas dos tensoativos, por possuírem uma grande parte apolar (“cauda”), se dissolvem parcialmente nos resíduos oleosos/gordurosos, de forma que a ponta polar (“cabeça”), que não consegue se dissolver em gordura, fique para fora. Entretanto, esse ponta consegue ser dissolvida pela água. Quando a água a prende e a arrasta, a molécula toda vai junto, carregando o resíduo que fica preso na ponta oposta do tensoativo (adaptado da fonte)

E o que isso tem a ver com a formação de bolhas? Bom, é importante entender o quanto é ruim para o lado apolar (o hidrofóbico) do tensoativo ficar na presença de água (quando digo “é ruim”, em termos químicos significa que precisa de bastante energia para manter uma molécula hidrofóbica na água). Por isso, a tendência natural é que boa parte das moléculas de tensoativo fiquem na superfície do líquido (com a “cauda” apolar voltada para o ar), além de se ligarem a qualquer molécula apolar (de óleos e gorduras) que esteja em contato com a água, se houver.

Vamos focar agora nessas moléculas que ficam na superfície. Quando agitamos vigorosamente o líquido, ou mesmo quando borbulhamos com uma mangueira ou canudo, adicionamos ar para o meio do líquido. Se não houver tensoativos na água, até vemos umas bolhas que sobem para a superfície e logo se desfazem. Mas, se tivermos adicionado à água algum tensoativo, como detergente por exemplo, cada bolha formada pela introdução de ar é uma nova superfície em que as moléculas de tensoativo podem ficar, para que a “cauda” apolar hidrofóbica possa ficar para o lado do ar.

Em ambas figuras, vemos bolhas de ar menores se aglutinando e subindo para a superfície. Quando a bolha de ar na água sem tensoativo chega à superfície, a água que forma a “parede” da bolha logo escorre e a bolha estoura. Se existe tensoativo na água, quando a bolha sobe, a sua camada de água fica estabilizada por mais tempo, já que as duas superfícies da “parede” da bolha (interna e externa) possuem tensoativos (adaptado da fonte).

A bolha dura por mais tempo, pois as moléculas de tensoativo na sua “parede” retardam a evaporação e o escorrimento da água dessa camadinha, formando assim uma bolha estável. O conjunto dessas bolhas estáveis é a espuma que vemos na superfície do líquido (adaptado da fonte).

Ainda sobre bolhas de sabão, mesmo quando uma se desprende, elas ainda sobrevivem por alguns segundos, flutuando antes de estourar. O estouro ocorre porque a água que forma sua “parede” se evapora ou escorre para o fundo (deixando o topo fino demais).

A “parede” da bolha é formada uma camada dupla de tensoativo prendendo uma camada de água (adaptado da fonte).

Agora que entendemos tudo sobre espuma de sabão: e quanto ao cappuccino, milk-shake e café com leite? Calma, não se preocupem, essas bebidas não têm detergente em suas composições, mas vamos ver que o leite possui outras moléculas que também podem atuar como tensoativo.

O leite de vaca possui 3,2% de proteínas, das quais 20% são proteínas do soro (popularizadas pelo seu nome em inglês, “whey protein”) e 80% são caseínas (grupo de proteínas que é o principal responsável pela cor branca do leite, que carrega o cálcio e que é importante para consistência dos queijos, tanto que a palavra latina que dá origem a seu nome, “cāseus”, também dá origem à palavra “queijo” e a seus equivalentes em outros idiomas, como “queso”, “cheese”, “Käse”, etc.).

Kapa-caseína, uma das proteínas que forma a caseína do leite. Proteínas são moléculas bem mais complexas que os tensoativos industriais, mas também possuem partes que as fazem apresentar comportamento anfipático (fonte).

Quando agitamos vigorosamente o leite no liquidificador para prepararmos um milk-shake, ou borbulhamos ar quente e vapor no café com leite na máquina de café expresso, estamos adicionando ar ao leite. As proteínas presentes no leite prendem o ar, formando a espuma, da mesma forma que o detergente faz na explicação que vimos lá em cima. Além de formar a espuma na superfície do leite, várias bolhinhas de ar, estabilizadas pela ação tensoativa das proteínas, ficam dispersas pelo líquido, dando aquela consistência aveludada e estufada do leite batido.

Agora que você já sabe como a espuma do leite é formada, o que fazer com ela é questão de criatividade (fonte).

Aliás, a mesma coisa acontece durante a ordenha, pois o leite sai em alta velocidade, arrastando ar para o meio do líquido, o que causa a formação da espuma no balde.

Formação de espuma no leite durante a ordenha (fonte).

Logo mais, você vai lavar louça, lavar roupa, tomar banho, escovar os dentes, etc., e você que nunca tinha parado para pensar nas espumas, agora vai poder observá-las e entendê-las. Assim como toda vez que você estiver tomando um espumoso café com leite expresso ou um aveludado milk-shake, ou se estiver ordenhando ou mesmo tirando o leite da caixinha/saquinho por um furo pequeno (o que faz o leite sair com uma velocidade maior), você vai poder apreciar com outros olhos as espumas do leite e toda química que as envolve.

Referências

Compound Interest – “Why is milk white? The chemistry of milk”

ESI, Espresso Services, Inc. – “The Science Behind Milk Frothing—And Its Importance For Espresso Drinks”

PCI, Paints & Coatings Industry – “The Role of Molecular Defoaming Actives in Low-VOC Paint Defoamer Design”

Wikipedia – “Casein”

Wikipédia – “Molécula anfipática”

Wikipedia – “Surfactant” 

Wikipedia – “Whey protein”

Rodrigo Braga. Engenheiro químico de formação, gosta de dar pitacos em química dos alimentos. Curte os bons e velhos RPG e jogos de tabuleiro com a galera. E tem uma paixão inexplicável por produção teatral!