O ozono lá em cima e cá em baixo

Texto que apareceu no Diário de Coimbra de dia 13 de Setembro e no Reconquista (Castelo Branco) de 15 de Setembro integrado no projecto Ciência Viva - Ciência na Imprensa Regional

O ozono (O₃) é uma substância elementar que, na estratosfera, age como protector da superfície terrestre em relação a uma parte das radiações ultravioleta (UV) provenientes do Sol, mas cá em baixo, na troposfera, é considerado um poluente.

Na estratosfera, o ciclo natural do ozono consiste, de forma muito simplificada, na quebra do ozono por acção das radiações UV-B originando oxigénio atómico e molecular (O₃+radiação → O+O₂) e a reformação de ozono por colisões de oxigénio molecular e atómico (O+O₂+M→O₃+M) na presença de outra molécula (M). Há mais reacções químicas envolvidas mas, na ausência de concentrações significativas de outras espécies químicas reactivas, para além do oxigénio e ozono, o sistema está em equilíbrio, originando uma camada de ozono estável na estratosfera.

Trata-se, no entanto, de uma camada muito ténue. Se todo o ozono da estratosfera fosse trazido até ao nível do mar, a camada de ozono teria uma espessura média de cerca de três milímetros, a que corresponde 300 unidades Dobson (DU). Na estratosfera, onde a pressão é muito mais baixa, a camada de ozono estende-se aproximadamente entre 15 e 50 km de altitude.

Há várias espécies químicas naturais e artificiais que interagem com o ozono, originando flutuações da sua concentração. Em 1974, verificou-se que os CFC (clorofluorocarbonetos) estavam a chegar à estratosfera e a libertar átomos de cloro que destruíam o ozono: a radiação UV quebra os CFC, libertando átomos de cloro; estes vão reagir com o ozono e originar monóxido de cloro e oxigénio (Cl+O₃ → ClO+O₂); o monóxido de cloro reage com o oxigénio atómico, originando oxigénio molecular e de novo átomos de cloro (ClO+O → Cl+O₂). Este ciclo catalítico (os átomos de cloro agem como um catalisador, acelerando a velocidade da reacção sem se consumirem) repete-se muitas vezes, levando a uma destruição anormal de ozono.

Em 1984, cientistas britânicos confirmaram que havia um decréscimo de mais de quarenta por cento na camada de ozono na zona polar, ou seja, que havia um buraco na camada de ozono. E durante anos a NASA havia medido os níveis de ozono de forma automática, mas os computadores estavam programados para eliminar medições anormais!

A descoberta de que os CFC eram responsáveis pelo buraco na camada de ozono, esteve na origem da atribuição do prémio Nobel a Sherry Rowland e Mario Molina (junto com Paul Crutzen) e é um exemplo notável de aplicação da química teórica e computacional. De facto, a modelação das reacções químicas e a estimativa dos resultados precedeu a descoberta experimental do desaparecimento do ozono na estratosfera. Em Coimbra, o grupo de investigação do Professor António Varandas (Departamento de Química da UC) há largos anos que realiza estudos teóricos de reacções químicas atmosféricas, em especial as que envolvem o ozono, com significativo impacto internacional.

O protocolo que proibiu a nível mundial os CFC é uma das mais bem sucedidas acções políticas globais. A próxima sexta-feira, 16 de Setembro, é o Dia Mundial para a Preservação da Camada do Ozono e poderemos continuar a discutir este assunto no Centro de Ciência Viva Rómulo de Carvalho (Departamento de Física da UC) a partir das 18 horas.

Na praia à beira mar

Texto com passeios químicos que apareceu no Diário de Coimbra de 5 de Julho de 2011. Trata-se da adaptação para três mil caracteres (com a introdução de vários assuntos novos) de um outro apresentado aqui no verão passado. Enquanto, de novo, passeamos na praia admiremos a química que podemos encontrar à beira mar. A areia dourada é essencialmente sílica e a cor amarelada é devido à presença de óxidos de ferro. Já a cor mais escura da areia molhada e o branco da espuma das ondas resultam da difusão da luz. No caso da espuma, a difusão de todos os comprimentos de onda origina a cor branca como acontece com o leite e outros materiais coloidais. Na areia molhada, como há água em vez de ar entre os grãos de areia, a luz é difundida preferencialmente no sentido da sua incidência, originando uma maior atenuação da luz. E a areia grossa parece mais escura pois a luz tem maior probabilidade de ser absorvida durante a sua difusão. A areia molhada poder ser moldada em castelos é uma manifestação das ligações de hidrogénio: as forças de atracção entre a sílica e as moléculas de água mantêm os grãos de areia unidos. Por esta e outras razões, a água é um líquido especial e fundamental para a vida que, com o calor intenso, é necessário beber em maior quantidade, especialmente as crianças e os idosos. A água do mar tem, para além de cloreto de sódio, vários outros sais dissolvidos que a tornam mais densa, sendo por isso mais fácil flutuar nela. Mas como tem uma percentagem de sais de cerca de 3.5%, enquanto os nossos fluidos corporais têm uma percentagem de cerca de 0.9%, beber água do mar aumentaria a concentração de sais no sangue, causando grandes problemas. Tenhamos cuidado com o sol. A absorção da radiação ultravioleta que consegue atravessar a camada de ozono, ao mesmo tempo que origina o bronzeamento e a formação de vitamina D, provoca queimaduras solares e aumenta a probabilidade de cancro de pele. Os protectores solares tanto podem fornecer protecção física, reflectindo e difundindo a radiação ultravioleta, como protecção química, absorvendo a radiação e libertando de forma rápida a energia absorvida por relaxação vibracional. E se usarmos óculos escuros, é importante saber que o vidro filtra naturalmente a radiação ultravioleta, mas nem todos os plásticos o fazem. As lentes de policarbonato são opacas à radiação ultravioleta, mas em imitações podem ter sido usados materiais menos seguros. Ao apanharmos conchas e búzios lembremos que resultaram da fixação do dióxido de carbono pelos animais marinhos na forma de carbonato de cálcio e que, por processos geológicos complexos e demorados, estão na origem das rochas calcárias. E notemos a corrosão dos objectos de ferro junto ao mar. Nas regiões marítimas formam-se aerossóis que contêm sais hidratados, em particular de cloretos. Estes, assim como a humidade elevada, ajudam a solubilizar e remover os iões de ferro que resultam da oxidação deste metal, acelerando muito o processo de corrosão. Os aerossóis ajudam também a difundir o característico cheiro a mar. Ao que parece, este é originado por uma complexa mistura de compostos de enxofre provenientes da actividade de microorganismos, vários tipos de compostos produzidos pelas algas e animais marinhos, alguns deles atractivos sexuais, assim como compostos de cloro, bromo e iodo. Talvez ainda haja tempo para um gelado. E também neste há química.

[Automatic translation revised]
On the beach by the sea
Text with Chemical Trails that appeared in the Diário de Coimbra of July 5, 2011. It is an adaptation to three thousand characters (with the introduction of several new subjects) of another text presented here last summer.

While, once again, we walk on the beach, lets admire the chemistry that we can find near the sea. Sand is essentially silica and the yellowish color is due to the presence of iron oxides. The darker color of the wet sand and the white of the foam on the waves result from the diffusion of light. In the case of foam, the diffusion of all wavelengths gives the white color, as happens with milk and other colloidal materials. In wet sand, as there is water instead of air between the sand grains, the light is preferentially diffused in the direction of its incidence, causing a greater attenuation of the light. Also, coarse sand looks darker because light is more likely to be absorbed during its diffusion.

Wet sand can be molded into castles is a manifestation of hydrogen bonds: the attractive forces between silica and water molecules hold the sand grains together. For this and other reasons, water is a special and fundamental liquid for life that, with the intense heat, it is necessary to drink in greater quantities, especially by children and elderly. Seawater has, in addition to sodium chloride, several other dissolved salts that make it denser, making it easier to float in it. But as it has a salt percentage of around 3.5%, while our body fluids have a percentage of around 0.9%, drinking seawater would increase the concentration of salts in the blood, causing big problems.

Let's be careful with the sun. The absorption of ultraviolet radiation that manages to pass through the ozone layer, at the same time causing tanning and the formation of vitamin D, causes sunburn and increases the likelihood of skin cancer. Sunscreens can provide both physical protection, reflecting and diffusing ultraviolet radiation, and chemical protection, absorbing radiation and quickly releasing the energy absorbed by vibrational relaxation. And if we wear sunglasses, it's important to know that glass naturally filters out ultraviolet radiation, but not all plastics do. Polycarbonate lenses are opaque to ultraviolet radiation, but less safe materials may have been used in imitations.

When collecting shells and whelks, let us remember that they resulted from the fixation of carbon dioxide by marine animals in the form of calcium carbonate and that, through complex and time-consuming geological processes, they are the origin of limestone rocks. And note the corrosion of iron objects by the sea. In maritime regions aerosols are formed that contain hydrated salts, in particular chlorides. These, as well as high humidity, help to solubilize and remove iron ions that result from the oxidation of this metal, greatly accelerating the corrosion process. Aerosols also help to diffuse the characteristic smell of the sea. Apparently, this is caused by a complex mixture of sulfur compounds from the activity of microorganisms, various types of compounds produced by algae and marine animals, some of them sexual attractants, as well as chlorine, bromine and iodine compounds. Maybe there's still time for ice cream. And in this too there is chemistry.

Passeio com química, árvores e crianças na rua

Texto com passeios químicos preparado por altura do dia da criança, 8 de Junho de 2011...

Uma sugestão atrasada, mas talvez ainda actual. Aproveitar o Ano Internacional da Química e das Florestas e sair para a rua com as crianças à procura de química e das árvores.

Nos Arcos do Jardim ou em construções de betão podem ver-se as estalactites artificiais que se formaram por precipitação de carbonato de cálcio, o principal componente das rochas calcárias. Nalguns casos podem ver-se manchas castanhas de sais, provavelmente, de ferro. Nos monumentos podem ainda observar-se as marcas das chuvas ácidas, a formação de gesso (camadas pouco compactas de material branco) e o aparecimento das crostas negras devidas ao carbono, compostos muito ricos neste elemento e poeiras que circulam no ar. Notar que é a mesma cor negra que adquirem as pastilhas elásticas, as quais, infelizmente, se vão encontrando pelo chão por todo o lado. (Uma oportunidade educacional, mas convém não exagerar!)

Observemos os metais que nos rodeiam. O aspecto e a cor característicos da ferrugem, comparados com a cor do ferro e do aço não enferrujados, o verde da oxidação do cobre, em contraste com a sua bem conhecida cor castanha. A cor cinzenta, por vezes com manchas de diferentes tonalidades, do aço galvanizado (revestido de zinco) e a sua resistência à corrosão. Usar um íman para testar se os metais têm comportamento (ferro)magnético: verificar que o cobre e o alumínio não são magnéticos em contraste com o ferro. Testar as moedas de dois a dez cêntimos e concluir que por baixo do seu cobre exterior deverá haver ferro ou outro metal magnético. Notar o comportamento magnético do ferro galvanizado e das latas de refrigerantes (mas não da tampa de abertura fácil, porquê?). Mas, ao mesmo tempo, como verdadeiros cientistas, estarem preparados para encontrar factos aparentemente discrepantes: alguns tipos de aço inox não são magnéticos por terem uma estrutura cristalina que não origina o comportamento ferromagnético.

No Jardim Botânico podem ser recolhidas folhas (no chão) de diferentes eucalipto. Um momento para prestar atenção aos odores. Notar o cheiro da relva acabada de cortar, das flores, da terra molhada. E voltando aos metais: porque parecem as moedas ter cheiro quando lhes tocamos? Os químicos já investigaram: porque, nas nossas mãos, os metais catalisam reacções de formação de compostos com odores característicos a partir dos compostos nosso suor. Nem sempre temos explicação para tudo, mas é isso que torna a vida interessante. Quem não tem dúvidas, ou sabe tudo,
aborrece-se muito!

Olhar com atenção para as árvores dos parques e das ruas. Reparar nos seus frutos (alguns comestíveis, outros não), folhas e flores. Sentir os seus cheiros, tentar identificar os seus nomes e conhecer as suas histórias. Coleccionar folhas, observar os pássaros. Tomar notas, observar, desenhar. Aprender que o esforço e a dedicação dão os melhores frutos. Contar montes de terra das toupeiras, encontrar grilos (mas não os molestar). Sujar as mão com terra e depois fazer experiências a lavá-las. Primeiro só com água e depois com sabão para confirmar que a sujidade que não saiu com água se manifesta de forma bem visível (experimentar na parede do lavatório antes de sujar a toalha.)

Agora que começa o calor, podemos fazer algumas experiência simples com água na rua. Verificar que o gelo flutua e que o nível da água não se altera. E que os pedaços de maça flutuam, mas não os de batata, notando que estes últimos podem ser levados a flutuar se a água tiver muito sal dissolvido. Colocar clips de metal a flutuar num copo com água para observar o efeito da tensão superficial. Ou modelar pequenos barcos em folha de alumínio. Juntar uma gota de detergente e ver que os clips e alguns barcos se afundam, mas não as bolas de papel de alumínio, porquê? Relacionar as observações com os insectos que caminham sobre a água (os alfaiates) e com os patos que nadam no rio.

O indicador de couve rocha é muito fácil de preparar: ferver umas folhas deste legume em água, deixar arrefecer e já está. O vinagre, o limão e outros materiais ácidos, em contacto com esta solução, ficam de um vermelho muito intenso, enquanto os materiais básicos apresentam gradações de azul, verde ou amarelo. Os detergentes das máquinas de lavar e a lixívia são os materiais mais básicos e também os mais perigosos. Aqui pode relembrar-se às crianças os símbolos de perigo que são colocados nestes produtos. Podem também preparar-se sumos naturais e artificiais de framboesa ou uva e usar bicarbonato e vinagre para testar quais são os que têm corantes naturais e artificiais (os últimos não mudam de cor).

Podemos ainda extrair com um íman o ferro dos cereais enriquecidos neste elemento, depois de os triturarmos bem. Separar os corantes alimentares de doces coloridos, ou os corantes artificiais usados nas canetas de feltro, usando uma técnica da cromatografia rudimentar: colocar uma tira de papel com as manchas dos corantes num copo pequeno com uma pequena quantidade de álcool e observar. Actividades mais elaboradas e acompanhadas por monitores entusiastas e bem preparados podem ser encontradas no Museu da Ciência da Universidade de Coimbra ou no Exploratório Infante D. Henrique, claro. Mas não é o mesmo que sermos nós a fazê-las, mesmo correndo o risco de falar. A frustração e o erro podem ser momentos de aprendizagem.

Hoje em dia quase já não há conjuntos de química para as crianças brincarem, e, os que existem, apenas contêm produtos relativamente inócuos como gelatina, sal e bicarbonato. Para além de fazer um pega-monstro com cola, água e borax, juntar vinagre e bicarbonato num recipiente de boca estreita para encher um balão, ou fazer um pseudo-vulcão, parecem ser as maiores emoções químicas permitidas às crianças. E no entanto, a mesma sociedade tão sensível aos potenciais riscos, vai encolhendo os ombros à velocidade excessiva nas estradas e ruas, ao excesso de doces e gorduras e a um ensino que cada vez menos valoriza a capacidade de fazer, a manipulação dos materiais e o espírito crítico.

Faraday no Chimico e na cidade

Texto com passeios químicos que surgiu no Diário de Coimbra de 3 de Maio de 2011.


“A História Química de uma Vela” de Michael Faraday (1791-1867), publicada há 150 anos, tem inspirado, ao longo dos anos, milhares de jovens e adultos e é, ainda hoje, uma referência pedagógica notável. Recentemente, a Imprensa da Universidade de Coimbra e a Sociedade Portuguesa de Química fizeram uma edição portuguesa desta obra (tradução de Isabel Prata e Sérgio Rodrigues; prefácio de Sebastião Formosinho) inserida nas comemorações do Ano Internacional da Química. Para o passeio de hoje convido a recordar Faraday e reviver as lições desta obra no Laboratório Chimico pois uma parte das demonstrações vai ser recriada no Museu da Ciência da Universidade de Coimbra (3 e 24 de Maio e 7 de Junho pelas 15 horas, com entrada livre).

Filho de um ferreiro, Michael Faraday começou a a trabalhar como aprendiz de encadernador aos 14 anos. Nessa altura, o estatuto de aprendiz prolongava-se até aos 21 anos e, durante todo esse tempo, o jovem Michael pôde ler muitos livros a que, de outra forma, não teria acesso. Paralelamente, tinha um pequeno laboratório no qual fazia experiências fora das horas de trabalho. Na altura, as palestras de Humphry Davy (1778-1828), na Royal Institution da Grã-Bretanha, eram um evento muito procurado. Na sequência de ter assistido a conferências de Davy com bilhetes oferecidos, das quais registou notas que fez chegar a este cientista, Faraday foi admitido como seu assistente na Royal Institution, tendo, posteriormente, chegado a professor e director da instituição.

Faraday considerava-se um filósofo natural. Para ele todas as coisas, em particular a natureza, estavam relacionadas. E, embora tenha realizado trabalhos que hoje separamos em química ou física, para Faraday estes faziam parte do mesmo todo. Esta atitude é bem visível na forma como ligou a electricidade e a química através da electroquímica e no ênfase que dá à relação entre a combustão de uma vela e a respiração.

Há algo de Faraday em muitas coisas que nos rodeiam. As suas representações dos campos estão na base de boa parte da física moderna. Faraday está presente nos objectos que envolvem radiação electromagnética, como telemóveis, rádios e televisão, ou ainda nos motores eléctricos. Nas Lições de Philosophia Chimica de Joaquim Simões de Carvalho, publicadas em Coimbra em 1859, Faraday é referido a propósito da liquefacção dos gases. Faraday foi pioneiro dos gases liquefeitos, na descoberta de hidrocarbonetos aromáticos e na química dos colóides. De grande importância são também os trabalhos que deram origem aos revestimentos anti-corrosão e à deposição electrolítica.

Para além de excelente cientista e notável orador, Faraday tinha preocupações sociais e éticas; veja-se o final da “A História Química de uma Vela”: (...) queria expressar o meu desejo de que vocês, na vossa geração, possam ser comparáveis a uma vela; que possam como ela brilhar e iluminar aqueles que se encontram à vossa volta; e que todas as vossas acções possuam a beleza do pavio, tornando as vossas realizações honrosas e eficazes no cumprimento do dever para com os nossos companheiros.

Em busca de ouro

Texto com passeios químicos que apareceu no Diário de Coimbra de 12 de Abril de 2011, dia em que chegou mais uma vez o FMI a Portugal. Foi uma coincidência...

O ouro é um metal maleável cuja cor e brilho só são explicados através da conjugação da mecânica quântica e da teoria da relatividade. Trata-se de um elemento químico muito pouco reactivo e resistente aos ácidos, só se dissolvendo numa mistura de ácido nítrico e clorídrico conhecida como água régia. Pode, no entanto, formar uma amálgama com o mercúrio e ser separado por destilação, um processo ainda usado, com custos ambientais e sanitários, por mineiros. Dissolve-se ainda em soluções alcalinas de cianeto (uma operação também perigosa), das quais pode ser recuperado por adição de zinco.

É um material muito denso: à temperatura ambiente um decímetro cúbico de ouro tem de massa 19,3 kg enquanto a mesma quantidade de chumbo ou de prata tem 13,6 kg ou 10,5 kg, respectivamente. Segundo a tradição, Arquimedes verificou se um coroa era de ouro puro através da sua densidade, mas a novidade foi a medição do volume pois o teste da densidade era já bem conhecido. Nos textos bíblicos é referido o teste do fogo e tem mais de 2500 anos o primeiro método colorimétrico conhecido, no qual, o ouro, esfregado numa pedra de toque, é tratado com ácidos e a cor observada comparada com padrões.

O ouro do Brasil circulou em Portugal e acabou quase todo nos negociantes da Holanda. De facto, como analisou Montesquieu, o que faz a riqueza duradoira das nações não são os recursos naturais mas as pessoas e as suas realizações. Deixando de lado as considerações metafóricas que nos levariam ao ouro vivo que são as pessoas, há locais facilmente acessíveis onde podemos encontrar ouro, para além das ourivesarias, museus e lojas de compra de ouro usado. Por exemplo, a talha dourada das igrejas é feita com finíssimas folhas de ouro. E o vermelho intenso dos vitrais posteriores ao século XVII foi provavelmente obtido com cloreto de ouro. Também nos locais de recolha de material electrónico usado existe ouro (em quantidades diminutas), pois este metal é usado em ligações eléctricas. Assim, a reciclagem generalizada destes equipamentos, além de ter vantagens ambientais, acaba por ser uma forma de minerar este metal. Vários outros objectos que podemos ver nas ruas têm ouro, por exemplo pinturas e metalizados dourados. Finalmente, não devemos esquecer as várias aplicações médicas do ouro.

Um dos objectivos da alquimia era obter a Pedra Filosofal, um material ou tintura que, segundo a crença popular, poderia transmutar outros metais em ouro, mas, mais do que a procura de bens materiais, a alquimia buscava o conhecimento. As paredes cobertas de livros e talha dourada da Biblioteca Joanina da Universidade de Coimbra parecem dizer-nos que o saber é provavelmente a maior e a mais duradoira riqueza e que a ciência e a tecnologia valem talvez mais do que ouro. No entanto, tal como na história da galinha dos ovos de ouro recontada por Isaac Asimov, o conhecimento dos mecanismos (fantásticos) da produção destes ovos pode não chegar para impedir que a galinha acabe da mesma forma que a da versão tradicional: a ser morta pela ganância.

O cérebro todos os dias

Texto com passeios químicos que apareceu no Diário de Coimbra de 15 de Março de 2011, durante internacional do cérebro

Na semana do cérebro proponho um passeio com a química cerebral em mente. No funcionamento deste órgão estão envolvidas muitas moléculas. A glicose é o seu principal combustível e os seus mais importantes reguladores são o glutamato, activador das células cerebrais, e o GABA (ácido gama-aminobutírico) que tem o efeito contrário.

A atenção, emoções e memórias envolvidas nas acções de conduzir um carro, ver um jogo de futebol, namorar no parque, sair à noite com os amigos ou estudar resultam de mecanismos químicos complexos que vão ocorrendo sem que o notemos. Mas numa situação que pareça de risco, a norepinefrina e a epinefrina (adrenalina) são rapidamente produzidas, estimulando as partes do cérebro onde a atenção e a acção são controladas, aumentando o ritmo cardíaco e o fluxo de sangue para os músculos.

Paremos o carro e vamos tomar um café. A cafeína entra rapidamente no cérebro e aumenta ligeiramente o fluxo sanguíneo cerebral. Interfere também com os receptores da adenosina, aumentando o estado de alerta mas, em quantidades moderadas, a cafeína não impede o sono. Este alcalóide interfere ainda com os receptores da dopamina, o que ajuda a explicar o prazer de tomar café, mas não parece ser viciante. A adenosina tem um papel importante em lembrar que está na hora de dormir, mas acredita-se que há vários mecanismos cerebrais responsáveis pelo sono. Um estudo comparado da condução sob efeito do álcool e sem descansar, concluiu que mais de dezassete horas sem dormir é equivalente ao limite legal de álcool no sangue. O etanol interfere com o GABA e o glutamato modificando o nível geral de activação dos circuitos nervosos. Por isso, se já é perigoso beber em excesso, muito pior é beber quando se estão a tomar medicamentos como as benzodiazepinas.

Estamos agora namorar no parque. A norepinefrina e a feniletilamina (molécula que existe naturalmente no chocolate) estão relacionadas com a atracção e a dopamina, a prolactina e a serotonina controlam em parte a excitação e o prazer com o apoio do monóxido de azoto. A serotonina está associada à depressão e aos mecanismos do vício. Parece até que os baixos níveis de serotonina dos apaixonados os aproxima dos doentes e viciados. Mas com o tempo a exaltação vai dando lugar à estabilidade, na qual a oxitocina tem um papel importante. Esta hormona, que induz o trabalho de parto nas grávidas, é também libertada durante o orgasmo. E a vasopressina, uma hormona que participa no controlo da retenção de água e formação das memórias, parece estar ligada à fidelidade. Na paixão, a norepinefrina exalata-nos, a serotonina prende-nos e a dopamina diz-nos que devemos ficar felizes com isso. Finalmente, a festa acalma com a oxitocina e a vasopressina e nada disto tira poesia ao amor.

Conhecer os mecanismos bioquímicos, muitas vezes redundantes e adaptáveis, de funcionamento do cérebro é importante para se obter, longe de quaisquer considerações morais, uma perspectiva científica do seu funcionamento saudável e permite desenvolver fármacos mais específicos e seguros para curar as doenças que o afectam.

Ao encontro das mulheres na ciência

Texto com passeios químicos que apareceu no Diário de Coimbra de 8 de Março de 2011, dia da Mulher

O ano Internacional da Química assinala 100 anos da atribuição do Nobel da Química a Maria Sklodowska Curie celebrando também a contribuição das mulheres para a ciência. É notável que Mme. Curie tenha recebido este prémio após ter recebido o Nobel da Física em 1903 e que a sua filha, Irene Joliot-Curie, tenha sido premiada com o Nobel da Química em 1935, todos devidos a trabalhos sobre a radioactividade. Ao tempo, o participação da mulher na ciência era muito mais difícil do que actualmente. Branca Edmée Marques doutorou-se em 1935 no Instituto do Rádio de Mme. Curie, e realizou importantes trabalhos de radioquímica. No entanto, só em 1966 teve um lugar de catedrática na Faculdade de Ciências de Lisboa, sendo a primeira mulher a obter essa posição na área das ciências em Portugal. A presença segura da radioactividade e da radioquímica no nosso dia-a-dia, por exemplo nos detectores de fumo e tratamentos médicos, muito deve as estas mulheres determinadas.

Não tem havido, infelizmente, muitos mais prémios Nobel da Química para mulheres. Dorothy Crowfoot Hodgkin, que determinou as estruturas químicas da penicilina e insulina, recebeu este prémio em 1964 e Ada Yonath recebeu-o em 2009 por trabalhos sobre os ribossomas.

No passado remoto podemos encontrar mulheres ligadas à química. Maria a Judia, por exemplo, terá inventado o banho-maria. A francesa Marie Meurdrac, que publicou em 1666 “La Chymie charitable et facile, en faveur des dames,” é considerada a primeira autora química, mas há mulheres notáveis cujo nome não ficou impresso; Por exemplo, Marie Anne Paulze, mulher de Lavoisier, teve um papel importante nos trabalhos deste.

Em Portugal, em 1891, o analfabetismo feminino era cerca de 85%. Nesse ano, Domitilla Hormizinda Miranda de Carvalho é a primeira mulher a frequentar a universidade em Portugal, e, das primeiras cadeiras que faz, contam-se química inorgânica e orgânica. Irá formar-se em Matemática e Filosofia (Ciências), e, mais tarde, em Medicina. Em 1917, já com algumas mulheres na universidade, Maria Virgínia Pestana e Maria Teresa Basto inscrevem-se em ciências Físico-Químicas. Com duas colegas de Letras, fundam em 1920 a primeira república feminina nos Palácios Confusos. A Senhora Dona Virgínia, como era conhecida na cidade, foi professora do D. Maria até jubilar aos 75 anos, tendo falecido em Agosto de 2010 com 111 anos.

Um lugar especial é devido às mulheres com inventos na área da química. A patente da Universidade de Coimbra, desenvolvida no Departamento de Química por Mariette Pereira e colaboradores, sobre um fármaco para utilização em terapia fotodinâmica, que recebeu recentemente o prémio Inventa, é um exemplo actual. No passado podemos encontrar contribuições como a da nobre indiana que desenvolveu o método de extracção do perfume das rosas ainda hoje usado ou a de Mine Lefebvre que patenteou em 1859 um processo para produção artificial de nitratos a partir de azoto. Uma perfumaria, ou os azulejos antigos com publicidade aos “Nitratos do Chile” evocam recordações destas mulheres inventivas.

Actualmente, com um sistema de ensino generalizado e uma maior percentagem de mulheres, em relação aos homens, nas universidades, surgem novas questões sobre a participação da mulher na ciência. Lembrar o passado pode ajudar a compreender o presente e preparar um futuro melhor, também com a química.

um convite para sair e festejar

Texto com passeios químicos que apareceu no Diário de Coimbra de 22 de Fevereiro de 2011. Pode não haver outros motivos para festejar, mas a química torna a nossa vida muito melhor

O Ano Internacional da Química celebra em 2011 as realizações desta ciência ao serviço do bem-estar da humanidade. Para o festejar, proponho alguns passeios ao encontro da química que existe fora dos laboratórios e salas de aula.

Em Coimbra há muitos lugares que evocam a química. Desde os modernos centros de investigação e ensino aos edifícios históricos e nomes de ruas. O Laboratório Chimico, no qual está actualmente instalado o Museu de Ciência da Universidade de Coimbra, foi o primeiro edifício do mundo construído de raiz para o ensino e a investigação da química. Junto ao Jardim Botânico, a Rua Vandelli contorna o Jardim Escola João de Deus e recorda Domingos Vandelli (1739-1816), primeiro professor de História Natural e Química da Universidade de Coimbra após a reforma pombalina, que entre outras muitas outras coisas, esteve envolvido na actividade empresarial de produção de loiças e porcelanas. A Rua Tomé Rodrigues Sobral (1759-1829) acompanha a antiga linha de comboio da Lousã na Solum e lembra o professor de Química, natural de Moncorvo, que organizou a produção de pólvora durante a resistência às invasões francesas e desenvolveu desinfectantes de cloro para combater um surto de peste em Agosto de 1809. A Rua Costa Simões liga a rotunda dos HUC à circular interna. Na placa é referido que António Augusto Costa Simões (1819-1903) foi presidente da câmara de Coimbra. De facto, este professor de Medicina, natural da Mealhada, durante os dois anos em que presidiu à câmara, pôs em funcionamento o abastecimento de água canalizada para a cidade. E, de entre as muitas actividades que desenvolveu, desde criador de uma escola de enfermagem a reitor da Universidade, foi um divulgador e pioneiro na utilização da química forense. José Bonifácio de Andrade e Silva (1763-1838), natural de Santos no Brasil, professor de Metalurgia que teve alguma actividade científica na área da química em paralelo com a sua actividade política, dá nome à avenida nova que liga a Guarda Inglesa a Santa Clara. Há ainda a referir uma rua que evoca o professor de Química e reitor da Universidade de Coimbra, António Jorge Andrade de Gouveia (1905-2002).

Vimos nomes de ruas que recordam cientistas que cultivaram a química ao serviço da sociedade, mas nem só nomes de pessoas evocam a química. Há nomes como a Casa do Sal, ou referências a artes e indústrias desaparecidas que têm histórias de química para contar e há surpresas em nomes como o da Rua da Feitoria dos Linhos. E nem todos as coisas que evocam a química têm de ter um local definido. Podemos sair para a rua e encontrar química nos cheiros e sabores na cidade e no campo, na natureza e nas tecnologias e actividades humanas. Dar com histórias curiosas sobre o desenvolvimento de produtos farmacêuticos ou agroquímicos. Encontrar química nos equipamentos urbanos, sinais de trânsito, pavimentos das ruas, ar condicionado, meios de transporte e, na realidade, em tudo o que nos rodeia.

(PQ-UC) Um eucalipto que cheira a limão

As plantas são muito organizadas na forma como sintetizam os seus compostos. Por exemplo, os terpenos são moléculas construídas como um lego que tem como peça mais simples o isopreno de fórmula empírica C₅H₈. Surgem na natureza contendo múltiplos de cinco carbonos: com cinco, dez e quinze átomos de carbono em moléculas com odores característicos que têm diversas funções, com vinte ou mais átomos de carbono em moléculas que têm funções de interacção com a luz, com centenas de átomos de carbono nos poli-isoprenos que originam a borracha natural.

O cheiro a eucalipto é dado por uma mistura de compostos, dos quais o mais importante é o eucaliptol. Este composto é um terpeno de fórmula empírica C₁₀H₁₈O (note-se que tem a mesma composição elementar que a soma de dois isoprenos com uma molécula de água) cuja estrutura é aqui apresentada ao lado.

Mas há no Jardim Botânico e na Escola Brotero um eucalipto cujas folhas têm um cheiro aparentado com o do limão! Embora o cheiro seja também devido a uma mistura de compostos, o mais importante é o citronelal, um isómero (molécula com o mesma fórmula empírica mas estrutura diferente) do eucaliptol. Aqueles a quem o cheiro parecer semelhante ao de um detergente da loiça têm razão: o citronelal é muito usado nestes detergentes.

¹ Foi a dra. Isabel Braga da Cruz que me chamou a atenção para este eucalipto no primeiro Passeio com a Química que realizei.

[versão preliminar de 12 de Fevereiro de 2011]

(PQ-CC) Painéis solares e química

Cada vez se encontram mais painéis solares pela cidade e a maioria das pessoas talvez não veja o que é que isso possa ter que ver com a química.

Células fotovoltaicas são materiais que absorvem a radiação solar e a transformam num fluxo de electrões, ou seja numa corrente eléctrica. Uma célula fotovoltaica típica tem uma parte que consiste num monocristal de silício dopado com fósforo, ou seja contendo impurezas de fósforo, em contacto com um monocristal de silício dopado com boro. A parte dopada com fósforo é denominada semicondutor de tipo-N devido ao facto de o fósforo ter excesso de electrões em relação ao silício, enquanto a parte dopada com o boro é denominada tipo-P, por este elemento ter deficiência de electrões em relação ao silício. A célula tem uma diferença de potencial, ou voltagem, característica que corresponde à energia que deverão ter os fotões da radiação para poderem libertar electrões do material. Na presença de luz, os electrões libertados deslocam-se do lado N para o lado P enquanto as lacunas (ponto com falta de um electrão) se deslocam do lado P para o lado N, criando uma corrente eléctrica.¹ As células têm ainda normalmente um revestimento anti-reflexo para reduzir perdas de energia e uma cobertura de vidro para protecção. Finalmente, as células são agrupadas em conjuntos por forma a se obterem voltagens e correntes úteis. Bem, e depois de produzida a electricidade é necessário o seu consumo ou armazenamento. O armazenamento pode ser realizado usando acumuladores eléctricos, denominados usualmente como baterias ou pilhas

Como a produção de monocristais de silício é muito cara e a eficiência destas células é relativamente baixa, a investigação no desenvolvimento de novas células fotovoltaicas, assim como nas tecnologias que lhes estão associadas é muito activa. Assim, têm sido desenvolvidas células de silício policristalino assim como células de segunda geração denominadas de filmes-finos com custos significativamente inferiores, mas que têm ainda, infelizmente, eficiências ou durabilidades inferiores às das células tradicionais. No entanto este é um campo de investigação muito importante e por isso há vários investigadores do Departamento de Química e da Universidade de Coimbra envolvidos em projectos de investigação e desenvolvimento relacionados com células fotovoltaicas (por exemplo, [3]).

¹É de notar que o produto da voltagem pela intensidade da corrente eléctrica é a potência, ou seja a energia por unidade de tempo. Em termos microscópicos podemos ver a intensidade da corrente eléctrica como o número médio de unidades de carga que se deslocam por unidade de tempo e a voltagem como a energia média por unidade de carga. Por outro lado podemos ver a potência como o produto do número médio de electrões libertados por unidade de tempo pela energia média de cada electrão, ou ainda, de forma mais simples, como a energia total dos electrões libertados por unidade de tempo.

Referências
[1] http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/solar-cell.htm (acedido 28/12/2010)

[2] http://scitizen.com/future-energies/how-long-do-solar-panels-last-_a-14-2897.html (acedido 28/12/2010)

[3] Photoacoustic measurement of electron injection efficiencies and energies from excited sensitizer dyes into nanocrystalline TiO2 films, Serpa C, Schabauer J, Piedade AP, Monteiro CJP, Pereira MM, Douglas P, Burrows HD, Arnaut LG, J. Am. Chem. Soc. 130, 8876 (2008)

[versão preliminar de 15 de Janeiro de 2011]

(PQ-CC) Química da passagem de ano

Para além das comidas, bebidas e música, na passagem de ano é tradição haver fogo de artifício, uma coisa que muitas pessoas relacionam logo com a química. De facto, os rebentamentos, explosões e fumos pirotécnicos provêm de reacções químicas, enquanto que as cores e brilho provêm da emissão de luz visível por parte de alguns elementos químicos.

Embora a química envolvida nos processos e artefactos pirotécnicos seja, à primeira vista, relativamente simples, esta actividade exige grande arte e rigor técnico, não só pelos aspectos de segurança, mas também devido à complexidade de pormenores envolvidos e à necessidade de obter resultados sem falhas num curto espaço de tempo. Um dos exemplos mais comuns são as estrelas que têm, para além dos materiais que irão produzir a cor, outros que, sendo combustíveis, irão reagir rapidamente com compostos ricos em oxigénio, originando o efeito de espalhamento em todas as direcções.

As cores do fogo de artifício provêm da incandescência, que é devida à temperatura atingida pelos fragmentos espalhados, e da luminescência, que é devida à emissão de luz característica dos elementos e compostos envolvidos. Os vermelhos são produzidos por sais de estrôncio ou lítio, o laranja sais de cálcio e o amarelo sais de sódio. Para o verde sais usados sais de bário e para o azul sais de cobre, ambos, em geral, combinados com compostos contendo cloro. O púrpura e o violeta são obtidos pela misturas de compostos de estrôncio e cobre e não potássio como poderia ser esperado. A junção de magnésio ou alumínio cria efeitos prateados e brancos brilhantes, enquanto efeitos dourados podem ser obtidos com ferro e carbono. Os compostos usados têm de ter grande pureza, assim como as formulações têm de ser rigorosamente estudadas para evitar alterações de cor, excesso de fumo, ou rebentamentos com rapidez inadequada.

Para saber mais
Chemistry of Firework, Anne Marie Helmenstine, Ph.D., About.com Guide (acedido 15/01/2010)
Chemistry of Firework Colors, Anne Marie Helmenstine, Ph.D., About.com Guide (acedido 15/01/2010)

[versão preliminar de 15 de Janeiro de 2011]