(PQ-CC) Mosteiro de Santa Clara-a-Velha

Vale a pena visitar o Mosteiro de Santa Clara-a-Velha. Para além dos aspectos histórios, tecnológicos, geológicos e botânicos que Artur Côrte-Real, coordenador da equipa de recuperação e dinamização do espaço do Mosteiro, não se cansa de realçar, há aspectos químicos dignos de nota. Nesta paragem chamo a atenção para a composição química das pedras e outros materiais usados na construção do mosteiro e ainda para a erosão química e física que estes foram sofrendo ao longo do tempo.

Nas paredes podem encontrar-se rochas cuja erosão e mistura de minerais são verdadeiramente surpreendentes. Por exemplo, na foto ao lado pode ver-se uma rocha carbonatada,¹ que poderia ser um calcário (rocha cujo constituinte principal é o carbonato de cálcio, CaCO₃) embora seja mais provável tratar-se de uma dolomia (rocha cujo constituinte principal é a dolomite, CaMg(CO₃)₂, carbonato duplo de magnésio e cálcio). Os veios cinzentos são provavelmente de calcite (CaCO₃ quase puro com clivagem ortorrômbico perfeita), embora também pudessem ser de sílica, SiO₂. Uma forma de ter a certeza seria riscar com um prego ou canivete para ver se o mineral dos veios é riscado; se isso acontecer não é sílica. Os visitantes estão proibidos de verificar pois trata-se de um monumento nacional!

Uma rocha que tenho a certeza ser pedra de Ânça (uma rocha calcária muito usada em trabalhos de escultura) é a do arco decorado ao estilo maneirista da foto ao lado. A facilidade com que esta pedra pode ser trabalhada tem como contraponto a sua sensibilidade à erosão e ao vandalismo.



Interessantes são também alguns apectos das novas construções no espaço do mosteiro. Por exemplo, a utilização de chapas de cobre nos telhados e o consequente aparecimento de manchas verdes de compostos deste elemento. A composição destes manchas é variável, sendo referidos [1] o carbonato básico de cobre (II), CuCO₃⋅Cu(OH)₂, o sulfato básico de cobre (II), CuSO₄⋅3Cu(OH)₂, ou ainda, em meios marítimos, o cloreto básico de cobre (II), CuCl₂⋅3Cu(OH)₂.

Repare-se também na oxidação das placas de ferro usados como pavimento, a qual ocorre, de forma simplificada, segundo a reacção,

Fe(s) → Fe²⁺(aq) + 2e^- → Fe³⁺(aq) + 3e^-

E vale mesmo a pena reparar nas moedas atiradas ao lago. As de um, dois ou cinco cêntimos, apresentam manchas de ferrugem porque são na realidade feitas de ferro coberto de cobre e por isso se oxidam como as placas de ferro referidas acima. Note-se também, em alguns casos, junto a outras moedas que não contenham ferro, manchas verdes resultantes da oxidação do cobre.

Muito haveria também para dizer sobre os azulejos da foto mais acima, mas fica para outra visita...

¹Agradeço à Doutora Elsa Gomes as sugestões sobre o tipo de rocha, realizadas com base na foto.

[1] Peter Borrows, Education in Chemistry, September 1996, p. 120.

[Versão de 19 de Fevereiro de 2010. Última alteração 17 de Abril de 2010]

(PQ-CC) A química da cerveja

Em Coimbra podemos beber cerveja artesanal na cervejeira Praxis. As cubas de produção da cerveja estão à vista de todos e o mestre cervejeiro tem todo o prazer em trocar umas palavras sobre o processo com os clientes.

Podemos fazer aqui uma paragem para falar das subtilezas da química da produção de cerveja enquanto se prova uma cerveja de sabor único.

A cerveja é provavelmente um dos mais antigos alimentos conhecidos da humanidade a ser obtido por processos biotecnológicos. Milhares de anos antes de se cozer pão já se fermentava grão para produzir cerveja. E até à cerca de três séculos poderia ser mais seguro para a saúde beber cerveja que água corrente, pois a água usada para a cerveja é fervida no seu processo de produção.

A cerveja é um alimento completo: contém água, hidratos de carbono, proteínas e um grande número de outros nutrientes, nomeadamente vitaminas, e ainda espécies químicas benéficas para a saúde como sejam compostos anti-oxidantes. Além disso, a cerveja é um dos alimentos mais isentos de metais pesados tóxicos, não só devido à qualidade da água usada para a sua produção, mas também porque estes metais se ligam aos compostos de enxofre presentes nas leveduras.

É a percentagem de etanol (tipicamente cerca de 5%) que torna a cerveja um alimento a beber com moderação, devido aos efeitos nocivos deste composto, em especial para quem vá conduzir. De facto pode facilmente verificar-se que para uma pessoa típica, dois finos conduzem a uma percentagem de álcool no sangue perto do limite legal para a condução. Note-se que, para determinar correctamente essa concentração, deve contar-se com todo o volume de água do corpo e não apenas com o volume de sangue.

A cerveja poderia ser definida como uma bebida alcóolica produzida quando um extracto aquoso de malte (cevada maltada) e lúpulos é fermentado por leveduras. Mas são os detalhes do processo e a qualidade da água usada, que lhe dão os sabores e aromas únicos e de grande complexidade, os quais oa devidos a fracções variáveis de um elevado número de compostos que estão presentes na cerveja em quantidades infímas. O gás da cerveja (dióxido de carbono) surge naturalmente no processo de produção de cerveja artesanal, mas é aumentado de forma artificial na cerveja de pressão, ou engarrafada. A cor característica da cerveja é devida a reacções entre açucares e aminoácidos formados durante a germinação da cevada, sendo as suas matizes (do amarelo pálido ao castanho escuro) devidas, mais uma vez, aos detalhes do processo.

Muito mais haveria a dizer sobre a cerveja a nível químico, tecnológico e cultural. Mas, façamos uma pausa para saborear os aromas únicos da cerveja artesanal. Com moderação, claro...

Bibliografia:
[1] M. P. Galvão, "A química da cerveja", Química, 65 (1997) 6.
[2] D. Williams, J. Philpott, "A pint a day...", Chemistry in Britain, December 1996, p. 41.
[3] C. Bamforth, "Breewing a better beer", Chemistry in Britain, August 1997, p. 37.

[versão de 22 de Janeiro de 2010]

(PQ-CC) Calçada portuguesa com óleos de tulipeira

Com o calor do Verão, as tílias e as tulipeiras ficam com as folhas cobertas de óleos que escorrem para os passeios, os quais, por essa razão, ficam pegajosos e brilhantes como o da fotografia.

Os óleos extraídos das tuliperias têm sido muito estudados. Não é possível fazer aqui justiça a todos esses estudos mas é interessante referir a variação da composição desses óleos com a época do ano a qual é dominada por sesquiterpenos no início da estação e por monoterpenos no seu final [1]. Para além disso, os extractos da folha da tulipeira têm sido descritos como tendo acção antibactericida e antitumural [1,2].

E a calçada portuguesa, o que é? Por que razão tem aquelas cores? As pedras brancas e pretas são em geral de calcário, cujo principal constituinte é o carbonato de cálcio. A cor negra é devida à presença de matéria orgânica, geralmente carbono (vejam-se as paragem em que se fala do negro de fumo). O basalto, em especial nos Açores, é também usado para as pedras pretas.

[1] S.L. Miller et al. Seasonal variation and bioactivity in the leaf oil of Liriodendron tulipifera growing in Huntsville, Alabama, Nat Prod Commun. 2009 Jun;4(6):839-43.

[2] M.K.Moon et al. Farnesyl protein transferase and tumor cell growth inhibitory activities of lipiferolide isolated from Liriodendron tulipifera, Arch Pharm Res. 2007, 30(3):299-302.

[Versão de 19 de Fevereiro de 2010. Fotografia 20 de Julho de 2009. Última alteração 12 de Março de 2010]

(PC-CC) Ginkgo Biloba junto ao Teatro Gil Vicente

Quem passa muitas vezes junto ao Gil Vicente já deve ter reparado que em determinadas alturas do ano há um cheiro insuportável a vomitado, ranço, ou coisas piores. Bem, mas o cheiro não é falta de higiene ou resultado dos excessos da boémia. Trata-se de um cheiro natural: são as sementes da Ginkgo Biloba que são responsáveis pelo cheiro. Estas contêm, entre muitas outras espécies químicas, o ácido butanóico (CH₃CH₂CH₂COOH), um clássico da galeria de malcheirosos da química. E porque não cheiram mal os exemplares que estão na entrada do Jardim Botânico? É que nas Ginkgo há separação entre géneros e estes exemplares são provavelmente machos...

Neste ponto do percurso podemos continuar a falar da química dos cheiros. O suor, por exemplo, é essencialmente água, mas o ácido butanóico também está presente no seu cheiro, assim como os ácidos pentanóico e hexanóico, várias hormonas, butanediona (responsável por um certo cheiro a queijo) e o ácido 3-metil-2-hexanóico (responsável pelo clássico odor de sovaco). Embora a alimentação e o estilo de vida possam ter alguma influência na intensidade do odor, cada pessoa tem um mistura única de compostos no seu suor, o que, para o faro dos cães, é como uma impressão digital que podem seguir.

É costume combatermos estes odores com desodorizantes e antitranspirantes. Para além dos perfumes, estes tanto podem conter espécies químicas antibióticas que matam as bactérias resposáveis pela produção de moléculas mal-cheirosas, como sais de alumínio e zircónio que fecham os poros, absorvem o suor e provavelmente neutralizam os ácidos.

Continuando na química das coisas mal cheirosas, não podemos deixar de referir os compostos de enxofre. Para além de um destes compostos ter paralizado de pânico Lisboa há uns anos, muitos outros estão presentes no cheiro que se nota perto das indústrias de papel; nos cheiros relacionados com a eliminação dos produtos do metabolismo de bróculos e feijões, no cheiro a alho e ainda no característico cheiro a gás que provém na realidade um composto adicionado ao gás para facilitar a detecção de fugas.

Bibliografia consultada
Simon Cotton, Education in Chemistry, January 1997, p. 6.

[Versão inicial de 4 de Setembro de 2009. Última modificação de 23 de Abril de 2010]

(PC-CC) Monumento aos Combatentes da Grande Guerra

O monumento aos combatentes da Guerra Mundial de 1914-18 evoca não só as vítimas e os heróis anónimos, mas também a guerra e a tecnologia bélica que lhe está ligada. Como é óbvio a ciência e a tecnologia não são por si só más nem boas; apenas a utilização que os homens lhes dão é que o podem ser. E a química, a par com outras ciências e tecnologias, não poderia deixar de ter um papel infame na guerra. Desde logo nos muitos tipos de explosivos e detonantes, mas também no desenvolvimento de materiais de protecção e agressão. Os gases de guerra tiveram a sua grande aparição na primeira guerra mundial, assim como os métodos de protecção contra estes.

O assunto da guerra química é muito extenso, complexo e quase sempre trágico, mas há por vezes descobertas felizes como a do British anti-Lewisite (BAL) agora usado como um tratamento para envenenamentos com alguns tipos de metais tóxicos.

Neste ponto do percurso poderemos falar da química e da guerra e dos seus problemas. A observação do monumento é também interessante: as placas e letras de bronze, a rocha e os líquenes, etc.

[versão preliminar de 4 de Setembro de 2009]

(PC-CC) Pastilhas elásticas: a culpa não é da química...

Quem olhar com atenção para o chão das cidades vai notar um grande número de rodelas negras que, com o calor, por vezes se colam aos sapatos: são pastilhas elásticas. A falta de civismo, o descuido e a tontice fazem-nas chegar aos pavimentos e a sujidade que está no ar e no chão tornam-nas negras. Nesta parte do percurso, que pode ser em qualquer parte da cidade onde circulem pessoas, podemos parar para comentar a química das pastilhas elásticas e as histórias que lhes estão associadas.

Historicamente o chicle era obtido da resina de algumas plantas, pois esta resina contém polímeros naturais designados por politerpenos que são naturalmente elásticos. Actualmente a goma base das pastilhas elásticas provém de polímeros sintéticos que são obtidos a partir de produtos petrolíferos. Para além dos açucares e de vários aditivos, nas pastilhas elásticas são usados polímeros como o poli-isobutileno e co-polímeros como o isobutileno-isopreno, estireno-butadieno e ainda polivinilacetato. Todos estes polímeros são insolúveis em água e não são biodegradáveis. Assim não vale a pena usar água para tentar limpar pastilhas elásticas, embora o gelo, ao tornar estes polímeros mais rígidos, possa ser útil para ajudar à sua remoção parcial.

Para fazer bolas é necessário que uma parte do açúcar tenha já sido retirado pois este, não sendo um polímero, diminui a elasticidade. É de notar que uma forma de fazer uma estimativa da quantidade de açúcar numa pastilha poderá ser medir a sua massa antes e depois de perder o sabor (após ser mascada).

O açúcar nas pastilhas elásticas é mau para os dentes e para a saúde em geral. Assim, algumas pastilhas elásticas têm, em vez da sacarose, compostos como o xilitol, que, para além de lhes darem o sabor doce, atacam o desenvolvimento das bactérias na boca. Dessa forma, as pastilhas elásticas acabam por ser benéficas, como tem sido sugerido por vários estudos independentes. Mas convém não esquecer que o xilitol em excesso tem efeitos laxantes, além de outros efeitos que poderemos ainda não conhecer bem.

Os químicos, que ajudaram a criar o problemas ao desenvolverem os polímeros sintéticos, também têm soluções para o problema que nos fez parar aqui. Estão a ser desenvolvidos co-polímeros que têm uma parte hidrofílica, os quais ao mesmo tempo que mantêm as características das pastilhas elásticas, as tornam mais facilmente removíveis com água, além de se tornarem (potencialmente) biodegradáveis.

Para saber mais:
[1] Palmira F. da Silva "Uma pastilha elástica revolucionária", De Rerum Natura, Setembro de 2007.
[2] Halina Stanley “Materials science to the rescue: easily removable chewing gum”, Science in School, 9 (2008) 56.

[versão de 20 de Janeiro de 2010]

(PQ-CC) Mudanças rápidas na química da fotografia

A evolução e a magia da fotografia sempre acompanhou a história da química. No entanto, com o aparecimento da fotografia digital as reacções químicas envolvidas na formação da imagem, a tecnologia das películas e da fotografia a cores, a revelação e impressão das fotografias, inicialmente demorada e depois rápida, tornou-se quase um assunto do passado. Podemos ver nesta fotografia um exemplo, de alguma forma triste, dessa mudança radical que tornou obsoletos os estúdios fotográficos.

Aparentemente, a química da fotografia pareceria ter-se mudado apenas para a tecnologia da impressão das fotografias digitais e para o desenvolvimento de pigmentos mais resistentes à luz e que reproduzam as cores com mais fidelidade, ou para os polímeros usados para cobrir e servir de base a essas impressões, entre outras aplicações.

No entanto, há outros pontos onde podemos encontrar a química na fotografia digital. Os cristais líquidos dos ecrãs é um sítio óbvio, mas não podemos esquecer a química envolvida na produção dos semicondutores que transformam a imagem latente numa imagem digital que é guardada nas memórias desenvolvidas também com a ajuda da química.

[versão preliminar de 19 de Feverereiro de 2010]

(PQ-CC) Química no cabeleireiro

A química que se pode encontrar no cabelo e num cabeleireiro é muito interessante. Desde a coloração natural e artificial dos cabelos, até aos shampôs, passando pelas lacas e pelo gel...

O pigmento responsável pela cor dos cabelos, tal como pela cor da pele, é a melanina e, no caso dos cabelos ruivos, há também a contribuição de uns compostos de ferro.

O brilho natural do cabelo depende da sua cutícula estar mais ou menos lisa e não escamada. Produtos químicos agressivos, calor em excesso e escovagens demasiado frequentes podem danificar a superfície dos cabelos. Os condicionadores servem para suavizar a superfície dos cabelos, aumentando assim o brilho e diminuir a atracção entre os cabelos, tornando-os mais soltos e criando o efeito de volume referido na publicidade. Alguns condicionadores mais comuns são silicones (por exemplo o polidimetilciclosiloxanos) actuam lubrificando o cabelo.

As ligações de enxofre das proteínas do cabelo são relativamente fortes mas podem, por acção do calor, ser quebradas e reformadas para fazer caracóis ou alisar o cabelo. Os grupos envolvendo o enxofre são também responsáveis pela complexação de metais, o que é muito interessante em termos toxicológicos e forenses. Por exemplo, Os cabelos de Napoleão apresentavam uma quantidade anormal de arsénico, embora não seja hoje possível concluir que tenha sido envenenado, pois na altura muitos materiais estavam contaminados com arsénico.

A coloração permanente do cabelo é conseguida misturando duas formulações inicialmente separadas. Uma contém água oxigenada (solução de peróxido de hidrogénio) que branqueia a melanina dos cabelos e catalisa a reacção de formação dos pigmentos definitivos. A outra contém uma solução amoniacal dos percursores dos corantes e corantes já formados, servido o amoníaco para abrir a cutícula e fixar os corantes. Os precursores dos corantes começam a penetrar no cutícula mesmo antes de terem reagido completamente, o que explica a coloração inicial mais clara e o tempo de espera para a cor se desenvolver.

Os diferentes tons e matizes são obtidos com diferentes concentrações e misturas dos reagentes: diaminobenzenos (fenilenodiaminas), aminohidroxibenzenos, dihidroxibenzenos e espécies químicas derivadas destas. Por exemplo a 2-nitro-p-fenilenodiamina é usada para cores laranja-avermelhadas muito vivas. Todos estes produtos têm razoável toxicidade e mesmo as preparações ditas naturais sem amoníaco possuem quase sempre alguns deles.

Mais informações:
Linda Raber, Hair Coloring, Chemical & Engineering News 78 (11), 2000, p.52
Anne Marie Helmenstine, Haircoloring: Bleaching & Dyeing, About.com Guide (acedido 9-04-2010)

[Versão de 3 de Fevereiro de 2010; última alteração de 9 de Abril de 2010]

(PQ-CC) Néon e outros gases

Afinal os gases raros não são assim tão difíceis de encontrar. E embora o néon dê o nome e seja o mais usado, nos anúncios luminosos são usados também outros gases raros.

O processo de obter estas iluminações é simples. É aplicada uma tensão elevada a um tubo com o gás a baixa pressão. Com diferentes composições e tendo também a presença de mercúrio conseguem-se diferentes cores. Em geral, a cor vermelha ou amarelada é dada pela presença do néon, as colorações do verde ao azul pela presença do árgon e o lilás pelo kripton.


[Versão de 19 de Fevereiro de 2010]

(PQ-CC) Química na lavandaria

A química dos métodos de limpeza e dos detergentes e sabões justifica uma paragem para conversar sobre a química da limpeza.

A remoção de nódoas tanto pode basear-se na dissolução das partículas de sujidade como em reacções químicas. Por exemplo, as nódoas de gordura podem ser removidas (por dissolução) usando solventes orgânicos como o tetracloroetileno¹. Por outro lado a remoção de nódoas de ferro pode ser realizada com ácido oxálico, o qual complexa o ferro (reacção química). Outras nódoas podem ser removidas com branqueadores como o hipoclorito (lixívia), perborato, ou o peróxido de oxigénio (água oxigenada, conhecida nestas coisas da limpeza como lixívia gentil).

A expressão limpeza a seco está ligada ao uso de solventes orgânicos em vez de água. Mas, mesmo assim, é usada alguma água neste processo de forma a remover sujidades solúveis em água. Em pequena quantidade para que a humidade não estrague as roupas.

Os sabões são sais de sódio ou potássio de ácidos gordos (de origem vegetal ou animal) que, embora sejam biodegradáveis, são inactivados pelas águas duras. Os detergentes sintéticos são muito mais solúveis que os sabões, apresentando várias formas químicas (detergentes aniónicos, catiónicos, ou não iónicos, conforme as suas cargas) que os tornam específicos para os diferentes materiais a limpar. Em qualquer dos casos, tanto os sabões como os detergentes baixam a tensão superficial da água (são por isso também designados como agentes tensioactivos), o que permite molhar com mais eficiência os materiais e descolar as sujidades, ao mesmo tempo que o detergente forma estuturas denominadas micelas nas quais as sujidade são incorporadas e removidas junto com a água e o detergente no processo de enxaguamento.

Na prática as composições dos detergentes são muito mais complexas que o que é referido acima, sendo na maioria dos casos estas composições consideradas matéria de segredo industrial. Assim, nos rótulos aparecem coisas muito vagas como 5% de agentes tensioactivos aniónicos, etc. Notar que não há formulações envolvendo detergentes catiónicos e aniónicos pois estes ligar-se-iam para formar um precipitado que, provavelmente, seria inútil como detergente.

Para terminar esta paragem pela química da limpeza, nunca é de mais referir a necessidade de usar os detergentes com cautela. Por exemplo, os detergentes das máquinas de lavar loiça e roupa e as lixívias são muito alcalinos, sendo por isso muito agressivos para as mãos e tóxicos por ingestão. Também não se devem misturar detergentes, pois essa mistura pode dar origem a reacções químicas potencialmente perigosas. Por exemplo, a mistura de lixívia com detergentes com características ácidas leva à libertação de cloro, o qual é irritante. Por outro lado, a mistura de lixívias com detergentes amoniacais leva à libertação de amoníaco, que é muito tóxico. Também o uso de solventes para limpeza a seco deve ser realizado respeitando as normas de segurança.

¹Notar que já se usou o tetracloreto de carbono ou o benzeno como solventes, mas, hoje em dia, estes são considerados demasiado perigosos.

Para saber mais:
Ben Selinger, Chemistry in the marketplace, 4th ed, Harcourt, 1989.

[Versão de 2 de Fevereiro de 2010. Última alteração 31 de Maio de 2010]