Objectos simples que poderemos levar para os passeios químicos

A ciência e a técnica modernas são feitas em grande parte recorrendo a enormes equipamentos (cada vez mais precisos e mais pequenos quando é possível), com grandes equipas de pessoas e estruturas, envolvendo muito dinheiro para salários, equipamentos e consumíveis. É assim. Os cientistas, como os outros, não vivem de ar e fazem trabalhos cada vez mais complexos e exigentes. A estabilidade é importante mas também a formação que é feita com a investigação em contextos cada vez mais exigentes. A ciência custa caro, dirão, mas experimentem a ignorância. E os retornos em formação e avanços científicos valem muitíssimo mais. Posto esta introdução, que deveria ser óbvia e explicada todos os dias, poderemos ensinar, motivar e dialogar recorrendo a equipamentos mais simples. Muita da ciência pode e deve ser entendida com objectos do dia-a-dia.

Tenho levado frascos pequenos de plástico do género dos tubos de ensaio com tempa com materiais que servem para experiências simples. Por exemplo, colocando umas pétalas de rosa vermelha em álcool e depois distribuindo por soluções de ácido clorídrico ou básicas, de amoníaco, ou ainda de um sal de alumínio, obtém-se respectivamente, cor de rosa, vermelho intenso, verde e roxo e poderemos explicar os rudimentos dos efeitos do pH e dos metais nas cores dos compostos químicos. Obviamente as soluções podem ser perigosas e devem ser sempre tratadas com cuidado e rolhadas. Também um caderno de micas ou um projector portátil (ao fim do dia ou à noite) são uma excelente ajuda para explicar os aspectos mais complexos. Por outro lado, temos de estar abertos a problemas e novidades. Temos de estudar as espécies envolvidas: funciona com as rosas, hortenses e agapantos roxos e com outras, mas não funciona com os cravos de Tunes nem com os pimentos! Em vez de entrar em pânico e dizer coisas não-científicas, será uma óptima oportunidade para explicar como funciona a ciência. O inesperado faz parte dos avanços. Melhor se for controlados e planificados. Por outro lado, poderemos saber muitas outras coisas sobre as moléculas e a sua forma com os equipamentos que referi no princípio: os cromatógrafos para separar e os espectrómetros de massa e de raios X, os espectrómetos de fluorescência, de infravermelho e visível-ultravioleta, e de ressonância magnética que identificam, entre muitos outros. Alguns destes equipamentos já são portáteis ou podem ser incorporados nos telemóveis, por exemplo. São no entanto ainda muito caros e especializados, perdendo-se a simplicidade e capacidade de reprodução que se procurava. De qualquer forma, basta pegar na folha de uma planta para irmos encontrar moléculas que não foram ainda identificadas ou entrar num laboratório de química para encontrar muitas outras ainda a ser inventadas.

Tubos de ensaio com hexano são mais difices de obter mas podem ser usados para dissolver pastilhas elásticas e alcatrão derretido pelo calor. Temos nesta actividade muito pontos para referir, claro, mas é importante a separação das fraccões solúveis e não soluveis dos hidrocarbonetos. Referir como eles podem ser obtidos, entre outros aspectos. Por outro lado as pastilhas elásticas dissolvem-se e revelam que o seu negro vem do carbono do ar e da sujidade. Podemos aqui falar da química das pastilhas e das crostas negras dos monumentos, entre muitas outras coisas.

Se tivermos um tubo com solução de bário identificamos os sulfatos que precipitam com este ião. Podemos entretanto aquecer ao rubro o mesmo material e ver a cor das chamas características do cálcio. Podemos medir o pH das soluções tanto com um aparelho como com indicadores. Entretanto, muitas paredes têm pós brancos de gesso que se formam a partir dos óxidos de enxofre e podem ser distinguidos dos carbonatos e dos nitratos. Se estes últimos forem de potássio, podemos observar a sua cor lilás quando queimados. 

Comecei também a levar nitrocelulose em pequena quantidade a qual permite muitas actividades. Um tubo de ensaio (neste caso de vidro) aquecido explode e projecta a rolha (que tenho presa com um fio para a voltar a encontrar). Sem o limite do tubo de ensaio arde rapidamente e desaparece. Chamo aqui a atenção para várias coisas: como funconam os explosivos e de como os componentes para os fazer são vigiados e os testes que podem fazer nos aeroportos para os detectar. Em particular, a água oxigenada muito concentrada, os adubos e o ácido nítico, são vigiados.

Levo comigo também modelos moleculares de plástico. Já percebi há muito tempo que as pessoas gostam de tocar nestes objectos maravilhosos e flexíveis. Agora é diferente, com o isolamento social e as restrições, mas posso usá-los para mostrar coisas.

Tenho um modelo do ácido ascórbico (vitamina C). Explico, com base na sua estutura, como pode ser oxidante e ser muito solúvel. Tenho também comigo uma maçã com um rótulo. Este tem muitos compostos, incluindo o ácido ascórbico. Usando um tubo de ensaio com uma solução de vitamina C, outra de bicarbontato de sódio e uma solução muito diluida de sulfato de cobre e ainda do corante azul de metileno posso observar a descoloração pela redução. E posso volta a ter azul com a agitação a qual aumenta a mistura com o ar e a reacção com o oxigénio. Estes tubos de ensaio provocam sempre muitos risos devido à agitação e podem ser usados durante muitos ciclos de mudança de cor.

Tenho um modelo de molécula de ambróxido, um cachalote de plástico, um tubo com ambróxido, que é um sólido branco, perfumes que têm o âmbar cinzento. Tenho um modelo molecular do indigo para explicar como este pode ser estável e como pode ser mais solúvel ou mudar de cor com grupos laterais. Nesse ponto falo dos projectos de investigação que envolvem o indigo. Na verdade, acabo por fazer isso com todos os modelos. Tenho um modelo molecular da penincilina G e mostro como este pode ser modificado para se obter a ampilicina e a amoxilina. Aproveito para contar uma parte da história do desenvolvimento destas moléculas semi-sintéticas, porque é que precisamos delas e porque continuamos as investigá-las. Tenho também um modelo do oseltamivir, uma das primeiras moléculas a ser desenvolvidas,usando química a computacional e o desenvolvimento racional de fármacos. Tenho tubos com diferentes aromas: sintéticos e naturais. Tenho metais e materiais, e muito mais. Tubos com materiais fluorescentes e que outros que quebrados emitem luz por quimioluminescência. Uma caneta de ultravioleta que tem também uma parte de solução de iodo (a qual serve para identificar notas). Tenho papéis que fluorescem e têm amido e outros não. Posso também pedir notas aos intervenientes e explicar como estas são feitas e como é feita a sua segurança. Tenho isto e ando sempre a procurar mais. A utilização vai variar com o passeio químico programado e com os níveis envolvidos, claro.

Passeio pelas coisas que não se podem ver o olho nu

Hoje vamos passear pelas coisas que não podemos ver. Como é isso possível? Não as vemos, mas podemos detectá-las! E quase todos os sabem: não é por não as vermos que são mais perigosas. Não o são. Se o fossem eram-no para todos e estavam proibidas.

Podemos detectá-las e vê-las de forma indirecta de várias maneiras. Toda a gente já ouviu falar de coisas invisíveis a olho nu como bactérias, vírus, ondas electromagnéticas [1] e electricidade, por exemplo. As primeiras não eram conhecidas até Pasteur, mas poderiam ser detectadas de forma indirecta. Agora podem ser vistas directamente, usando microscópios e corantes, por exemplo. Os vírus eram uma teoria que só no meio do século vinte foi confirmada com os microscópios electrónicos. Como é bem sabido, as bactérias e os vírus estão em todo o lado, mas alguns destes, em número suficiente e modos especiais, podem causar doenças, e, todos eles acabam por causar transformações, boas ou más, sendo detectados assim ou de outras formas. Mas mesmo assim, os actuais testes de amplificação de DNA são morosos e hoje só demoram algumas horas porque temos modernas máquinas e computadores. Claro que deveremos saber que embora as bactérias e virus sejam invisíveis são bastante grandes à escola molecular. São complexas fábricas moleculares, usando máquinas moleculares que são as proteínas e trocando muitas moléculas. Também as ondas electomagnéticas podem não ser visíveis mas todos os dias as utilizamos nas televisões e telemóveis. Vemos as suas antenas e aparelhos, os quais usam ondas invisíveis com energias baixas, electricidade e electrões que não se vêem, como é sabido, mas fazem funcionar coisas podem ser medidas e detectadas.

Vou-vos aqui falar de alguns outras coisas que não se vêem mas podem ser facilmente detectadas. Não me refiro à televisão que vêem todos os dias ou ao telemóvel (mas já agora já aproximaram uma lupa do ecrã destes ou um iman dos ecrâs?), nem à electricidade que pode ser sentida nas fichas (não o façam, claro). Falarei de outras coisas que podem ser detectadas sem serem vistas. A luz ultravioleta do Sol, por exemplo, não se vê, mas pode causar queimaduras e ionizar os materiais. Podemos detectá-la com espectofotómetos, claro, mas podemos ver os seus efeitos quando activa moléculas que fluorescem no visível ou em materiais que fosforecem também no visível [2]. A luz ultravioleta vai fluorescer a água tónica, o amido e os branquadores ópticos e vão fosforecer os relógios e alguns anúncios de emergência. Um efeito espetacular é o da clorofila verde que fluoresce em vermelho e isso é unsado nos satélites. Devido ao efeito das radiações ultravioleta queimamos-nos ao sol, temos mais cataratas nos olhos e o branco das camisas e papéis parece mais branco. Uma água tónica à janela fica mais azulada mesmo sem lâmpadas ultravioleta, as conhecidas lâmpadas de luz negra. Como são radiações ionizantes matam os micróbios mas também nos provocam danos, claro. Assim, não devemos olhar para elas e devermos usar óculos de protecção.

Para o Sol bastam óculos de sol. Se estes óculos polarizarem a luz temos efeitos interessantes que não se podem ver sem eles. Por exemplo os vidros duplos vão aparecer mais roxos e os vidros temperados notam-se aos quadrados da têmpera (para que estes de despedacem mais facilmente). Podemos assim, com uns óculos de luz polarizada distinguir os vidros dos carros antigos e modernos. Actualmente, à frente usam vidros duplos quando antigamente usavam vidros temperados. Mas com energias abaixo do vermelho que também não vemos, temos o infravermelho e as micro-ondas. Estas não são ionizantes mas podem aquecer como é sabido mas só em grandes quantidades.

Sem qualquer risco podem ser ser usadas para medir temperaturas, por exemplo. Não as vemos, mas nos comando e nos telemóveis elas estão lá. Podemos usar a câmara de um telemóvel (que detecta uma parte da radiação infravermelha) para ver a luz de um comando, por exemplo. Mas como já expliquei, não as vermos, não quer dizer que nos façam mal.

Mais simples ainda são as moedas de um a cinco cêntimos. Parecem ser de cobre mas por dentro são de ferro e por isso apresentam propriedades magnéticas. Por outro lado nem todo as ligas de ferro são magnéticas. Podemos experimentar simplesmente com um íman em diferentes materiais. E como cientistas podemos fazer uma tabela, controlar as variáveis e chegar a conclusões.

Um dos grandes paradoxos da história da ciência, segundo Butterfield, é que as maiores revoluções da astronomia aconteceram antes da descoberta do telescópio e as da medicina, ainda segundo este autor, antes do microscópio. Não acho que seja bem assim (as simplificações são sempre abusivas) mas mesmo a teoria dos vírus apareceu muito antes de os podermos ver. Tal como as maiores descobertas da mecânica surgiram da observação dos fenómenos do dia a dia. Por outro lado, as mais complexas e decisivas experiências podem não convencer quem não quer acreditar nelas, mesmo alguns cientistas. A ciência e a técnica não são perfeitas e também têm os seus paradoxos, mas usam isso a seu favor e desenvolveram um método que ainda não foi ultrassado de se corrigir sem dogmatismos e argumentos de autoridade ao longo do tempo no que concerne às coisas que se podem testar e que existem (só dessas é que trata a ciência).

Entretanto, nada é eterno, nem nós, nem as bactérias, nem os vírus, nem as moléculas. Tudo se transforma, tudo muda, tudo morre e renasce. E não basta existir. Para causarem mal ou bem as moléculas e virus têm de ter uma determinada quantidade, que ao nível molecular é muito grande. A toxina da botulina, por exemplo, é o composto mais tóxico conhecido (é uma proteína natural) e pode causar infecções mortais numa quantidade ínfima, mas quando esta quantidade é ainda menor pode ser usado para as rugas no conhecido botox. 

[1] Há duas coisas a considerar as ondas electomagnéticas: a frequência e a intensidade. Se a frequência for abaixo do visível, cuja energia mais baixa é o vermelho, são infravermelhos, microondas, ondas de rádio, entre outros nomes e não podem causar ionização. Só podem, quando muito, se forem muito intensas, causar aquecimento local, mas isso é rigorosamente vigiado e conhecido. Se tiverem uma frequência acima do visível, do violeta, são ultavioleta, raios X, ondas gama, ou outros nomes, e são ionizantes. São rigorosamente vigiadas, algumas delas operadas só por especialistas. Tudo isto se aprende no ensino básico e, não, não há nenhuma conspiração. Milhões de cientistas e especialistas sem nada que ver uns com os outros, de diferentes países e formações, dificilmente poderão estar todos enganados e não saber uma coisa que só um pequeno grupo de algumas dezenas julga saber. A ciência aplica-se às coisas que se podem verificar e não é, nem tem de ser, democrática mas há coisas em que o consenso é em termos práticos absoluto.

[2] A diferença principal é que a fluorescência acaba quando cessa a perturbação, enquanto que a fosforecência se mantém depois de acabar a excitação. Também os materiais envolvidos são em geral diferentes.

gás natural: rede de distribuição e abastecimento

Provavelmente já viram estes sinais. Estão nos locais de passagem dos gasodutos e de ligação de gás natural numa profundidade e pressão variáveis (menor junto das casas, maiores nos grandes gasodutos). Se não me enganei o sinal indica o local das válvulas de corte numa linguagem para os especialistas.

O gás natural chega em grandes navios metaneiros no estado líquido a -162°C, à pressão atmosférica e é armazenado em tanques também a essa temperatura em Sines [1]. Nessas condições, um metro cúbico pesa 422 quilogramas ou seja tem a densidade de 422kg/m3. Ao passar ao estado gasoso, à pressão atmosferica, esse gas vai ocupar cerca de 600 vezes o volume do líquido (volume nominal a 25°C e 1bar, densidade 0.679 kg/m3, volume molar 20.7 L/mol). A circulação do gás natural é feita em gasodutos no estado gasoso a cerca de 84 atmosferas, ocupando um volume de apenas cerca seis vezes o volume do liquido (80bar 69kg/m3, volume molar 16.8 L/mol). Há um armazenamento na zona de Pombal e Leiria em seis cavernas escavadas na rocha de sal a mais de mil metros de profundidade. Estas foram feitas com a solubilizacão do sal em água e têm capacidade para 228 milhões de metros cúbicos nominais. Este armazenamento é feito no estado gasoso a 180 atmosferas (180 bar 10°C 170 kg/m3 0.106 l/mol) e nestas condições o gas ocupa duas vezes e meia o volume do gás no estado líquido e um volume cerca de 250 vezes menor que o do gás no estado gasoso, à pressao atmosferica. Assim, o volume das cavernas não corresponde a esses 228 milhões de metros cubicos, mas um valor 250 vezes menor. Estas são aproximadamente cilindricas com uma altura idêntica à da torre Eiffel (cerca de 320 metros) e um diâmetro de pouco mais de 20 metros, cada uma. Os gasodutos percorrem todo o pais a uma profundidade minima de 80 centímetros e abastecem as redes de baixa pressão doméstica e de média pressão industrial. O sistema de armazenamento é gerido pela REN (Rede Eléctrica Nacional) mas a distribuição é feita por uma empresa do grupo GALP. Quando virem este sinal, os contadores instalados por especialistas, os sinais que marcam os gasodutos, as chamas e os depósitos devem admirar as pessoas que controlam e gerem um sistema tão complexo e seguro que chega a nossas casas e fábricas de uma forma quase invisível e muito cómoda.  

[1] O gás natural para ser liquefeito (GNL) tem de estar a uma temperatura inferior ao seu ponto crítico. Os antigos não sabiam disto e diziam que alguns gases não podiam ser liquefeitos. Se estiverem acima do ponto crítico não podem ser liquefeitos mas apenas comprimidos, ao contário do butano e propano, os quais estão abaixo dos seus pontos críticos. As botijas destes são designadas por gás de petróleo liquefeito (GPL) e estão a uma pressão que é apenas controlada pela composicão e temperatura, abaixo da dezena de atmosferas. Já pensou porque é que usamos redutores? Entretanto, o metano por seu lado, à temperatura ambiente, atinge uma pressão de quase duzentas atmosferas. Por isso pode ser um acidente grave armazenar o útimo nas botijas dos primeiros. Por outro lado, o butano e o propano são mais densos do que o ar enquanto o metano é menos denso. Por isso, são proibidas as botijas GPL de carros e domésticas em caves. 

Adega de Figueira de Castelo Rodrigo

[Foi há quase dois anos que estiva a visitar a Adega da Cooperativa de Figueira de Castelo Rodrigo. Uma terra fantástica que tem além da adega da cooperativa também, a alguns quilómetros, as adegas do Beyra e da Quinta do Cardo, assim como muitas outras coisas. Tudo tem muito que se lhe diga, claro, como o azeite, a cerveja ou os doces. Mas isso fica para outra altura]

Estava a chegar um carregamento de uvas da casta trincadeira, usadas para fazer um vinho monovarietal. O grau estimado com base no sumo era, salvo erro, de 13,4 graus. Entretanto, no pequeno laboratório, media-se o pH de outros vinhos, assim como o nitrogénio disponível. Esses parâmetros são necessários para se poder conduzir o processo natural para o resultado esperado: um vinho de boa qualidade e sem defeitos. A maioria das pessoas, quando ouve a palavra "laboratório", penso logo em coisas adicionadas. Não é verdade. Laboratório pode ser sinónimo de análise e controlo. Quando as uvas eram tratadas de qualquer maneira com pesticidas sem controlo nenhum, com ácidos tartárico e outros e caldas bordalesas de qualquer maneira e mesmo assim eram maus, muito maus, pareciam ser naturais, mas nunca o foram. A natureza abandonada a si própria faz o que lhe apetece e nem sempre, quase nunca, o que nós queremos.

Numa outra parte é feita a flotação com nitrogénio para separar a matéria particulada e ficar o vinho clarificado. O nitrogénio existe naturalmente, ocupando 78% da nossa atmosfera. É um gás inerte à temperatura ambiente, ao contrário do oxigénio que reagiria com o mosto. Este processo pode ser complementado com a utilização de enzimas clarificadoras. Estas enzimas são o equivalente actual e mais racional, seguro e higiénico do uso ancestral de carcaças de animais, cuja matéria azotada contribuía para essa clarificação.

A produção de vinho é um processo natural milenar que se baseia, como é bem conhecido, na fermentação das uvas. Na ausência de oxigénio, um conjunto de bactérias, que existem naturalmente nas uvas, oxida o açúcar destas, originando etanol. Ao longo dos séculos este processo tem sido melhorado e é hoje muito bem conhecido, sendo possível conduzi-lo para o resultado que gostamos em vez de seguir um dos muitos outros processos, também naturais, que podem conduzir a rsultados que não queremos como sejam os maus vinhos e a formação de vinagre. Hoje em dia, por exemplo, como a selecção de enzimas e da temparatura adequadas obter vinhos naturais de 17%. A produção de vinho é um processo concebido pela natureza mas que é conduzido e controlado pela ciência.

Um exemplo muito interessante da transformação de uma desvantagem numa oportunidade é contado a seguir. As uvas brancas da casta síria em Outubro tinham a tendência natural, devido ao terroir particular de Figueira de Castelo Rodrigo, para originar um vinho com uma cor salmão. Isso era considerado um problema pois tratava-se de um vnho branco e não de um vinho rosé. Estudando o processo, a enóloga Jenny Silva e outros investigadores verificaram que a cor era devida à produção natural pelas uvas das antocianinas, delfinidina, petunidina, cianidina, peonidina, e malvidina, ligadas, cada uma, a uma molécula de glicose, com concentrações entre 0.1 e 75 mg/L, e que era possível controlar e estabilizar o processo por forma a que o vinho sofresse alterações de cor durante o processo. Dessa investigação, que teve bastante impacto nos meios de comunicação nacionais, resultou uma patente internacional e um vinho único que é comercializado com a marca “Pinking”. De salientar que o processo envolve também algumas simplificações com vista à maior sustentabilidade do processo. Desta forma, uma desvantagem tornou-se uma oportunidade.

Novos passeios químicos

Tenho tido muito pouco tempo, mas tenho reparado em tudo o que nos rodeia. estava um pouco afastado, mas tive hoje de voltar aqui. Agora tem de ser. Em breve farei artigos sobre a produção de vinho nas adegas e sobre os seus aspectos actuais, sobre o gás de cidade que nos rodeia e tem segredos quase deconhecidos. Sobre as minas antigas que podemos visitar e são memória de tempos antigos. Sobre as muitas plantas e materiais que podemos encontrar e usar e nos protegem. Não vou fugir à polémica nem seguir a corrente. São os novos Passeios Químicos que começam aqui.    

Azulejos de promoção aos nitratos do Chile

Quem da minha idade não se lembra de ter visto o anúncio dos Nitratos do Chile? Este, bem preservado, está na Carrapichana, na EN 17, antes de Celorico da Beira. Vemos outros em Escalhão, perto de Figueira de Castelo Rodrigo. Outro vi em Ourém. Há ainda muitos! Eu ficava a olhar para o cavaleiro negro na Cova da Serpe, perto da Figueira da Foz. Também ainda lá está, mas com letreiros por de cima. 
Os nitratos do Chile são essencialmente nitrato de sódio, um sólido branco, que era minerado na América do Sul e foi usado como adubo até aos anos 1960. Embora a partir de 1909, o processo de Haber e Bosch tenha tornado quase desnecessária a utilização desse material natural não renovável. Durante mais de um século os cientistas sonhavam com um processo que retirasse o nitrogénio do ar e o tornasse um adubo de que as plantas vão precisar. Poderemos citar, o padre Himalaia, cujo fito era obter adubos com o calor do sol. E os noruegueses que durante algum tempo tiveram um processo que dependia da energia eléctrica para transformar o nitrogénio do ar em nitratos.Os agricultores não gostaram é diziam que esse nitratos não eram naturais! Hoje em dia, queremos também tirar os nitatos das águas pois são muito solúvieis e plantas em excesso causam eutrofização. Resolvemos um problema, cráimos outro. Resolveremos esse, como estamos a fazer, com mais ciência e química.