A coalescência é um fenômeno pelo qual duas substâncias idênticas, mas dispersas, tendem a se reunir. O principal fenômeno que entra em jogo é que o material otimiza sua superfície sob a ação da tensão superficial , de forma a atingir um mínimo de energia. A coalescência geralmente ocorre em fluidos, mas também pode unir partículas sólidas. É encontrada em diversos processos em campos tão variados como a formação de gotas de chuva na meteorologia , plasmas na astrofísica e metal na metalurgia .
Na superfície de um meio denso (líquido ou sólido), ou na interface entre dois meios densos, está associada uma certa energia por unidade de área (expressa em joules por metro quadrado - J / m 2 ) cuja origem é a força de coesão entre moléculas idênticas. Esta tensão superficial é, portanto, proporcional à superfície.
No caso da coalescência de bolhas de ar em um líquido (espuma), a coalescência é explicada pela drenagem do líquido entre duas bolhas vizinhas e depois pela ruptura do filme interfacial, mas também, em menor grau, pela teoria estocástica desenvolvida por Gosh e Juvekar.
No caso de gotas líquidas, sua massa depende de seu diâmetro cúbico, enquanto sua área depende do diâmetro quadrado. Quando duas gotas de fluido se encontram, sua união minimiza a área em relação à massa total. Dependendo da energia cinética das gotas e do diâmetro da gota resultante, esta pode ser estável ou se soltar de sua massa na forma de gotas secundárias para se estabilizar.
Para um sólido, como um metal sujeito a irradiação , são criadas cavidades que, por coalescência, podem causar uma ruptura após a união.
Uma espuma ou emulsão líquida tende a se desestabilizar na ausência de surfactante . Com o tempo, as bolhas crescem devido ao amadurecimento e coalescência . A distinção entre os dois é importante:
Por exemplo, duas gotas de mercúrio que entram em contato uma com a outra de repente se juntam para formar apenas uma gota. O mesmo processo é realizado com uma emulsão de óleo e água que foi misturada e agitada vigorosamente. As gotas de óleo então se fundem umas com as outras gradualmente até formarem uma única gota grande, refletindo a separação final entre o óleo e a água.
Este também é o caso em uma espuma líquida , quando um filme de sabão se rompe e as duas bolhas de ar adjacentes se juntam para formar uma única.
A análise visual continua sendo o teste mais amplamente usado hoje. A amostra é colocada em um recipiente transparente e observada a olho nu em intervalos regulares de tempo. O tempo de medição está diretamente relacionado com a aplicação e pode ir de alguns minutos (vinagrete) a vários meses ou anos (creme cosmético). Se as observações visuais mostram uma variação na homogeneidade (mudança na cor, separação de fases, migração, etc.) maior do que um nível aceitável, então o produto é considerado instável e deve ser reformulado ou sujeito a uma mudança no processo de produção. Fabricação .
A desestabilização de sistemas coloidais é um processo cinético, independentemente do teste de estabilidade escolhido (observação visual, distribuição de tamanho de partícula, espalhamento de luz, reologia, potencial zeta, etc.), a evolução do (s) parâmetro (s) em função do tempo deve ser levados em consideração. O teste de estabilidade deve, portanto, ser repetido ao longo do tempo e em intervalos regulares para detectar variações incomuns em relação a um produto considerado estável.
O processo cinético de desestabilização pode demorar, daí o interesse de técnicas com maior sensibilidade e métodos de aceleração. O aumento da temperatura é o método mais utilizado e permite a diminuição da viscosidade, o aumento dos fenômenos de difusão / colisão, etc. Além de aumentar as taxas de desestabilização, o armazenamento em alta temperatura permite simular as condições de vida de um produto manufaturado ( durante o armazenamento e transporte, as temperaturas podem facilmente atingir 40 ° C). A temperatura não deve exceder um valor crítico específico para cada sistema (inversão de fase, degradação química ou temperatura de ebulição), tornando este teste não conforme com as condições reais. Outras técnicas de aceleração podem ser utilizadas, como centrifugação, mas devem ser tomadas com cuidado, pois as forças exercidas no sistema podem gerar modificações nas propriedades originais da amostra (mudança na viscosidade, modificação da rede polimérica, partículas de segregação ...) e, portanto, fornecer resultados diferentes da realidade.
Na microfísica da nuvem , as gotículas crescem em velocidades diferentes por condensação e pelo efeito Bergeron , dependendo da concentração de vapor d'água. Portanto, eles terão uma variedade de diâmetros e se moverão a uma velocidade diferente em relação ao seu diâmetro na corrente ascendente . A coalescência é o amálgama subsequente de duas ou mais gotículas por colisão para formar outras maiores.
Os maiores, movendo-se mais devagar, de fato capturam os menores enquanto sobem, então quando eles não podem mais ser sustentados pela corrente, eles descerão novamente e continuarão seu crescimento da mesma maneira. Os flocos de neve agem de forma semelhante ao cair, mas esse processo geralmente é conhecido como agregação .
A eletro-coalescência é uma técnica usada na desidratação de óleos pesados. A água em relação ao óleo é condutora e em um invólucro feito de dois eletrodos em potencial, as gotas de água irão se aproximar. Devido à polarização, as gotas se alongam e tomam a forma de uma elipse que promoverá sua coalescência e permitirá uma coleta mais eficiente da água contida no petróleo.