Passeios químicos nos Passadiços do Mondego

[O primeiro encontro da Associação Portuguesa de Professores de Física e Química decorreu na Guarda. Convidaram-me para fazer esta atividade no congresso, o que aceitei com todo o gosto. Participaram ativamente também na atividade colegas que dinamizaram a instalação de uma aplicação de geolocalização que assinalava os locais onde todo o grupo se juntava para as atividades. Neste texto, partilho as minhas notas do passeio (que por razões logísticas tinha de ser relativamente curto) e indicarei alguns dados mais técnicos. Além disso, escreverei sobre o resto do percurso que espero que os professores presentes no encontro façam noutra ocasião. As fotografias são de várias vezes que fiz os passadiços em julho e agosto]

Começamos na Barragem do Caldeirão onde falei da Estação de Tratamento de Água (ETA). Esta fornece a água de consumo humano da Guarda e de vários outros municípios, num total de mais de setenta mil pessoas, sendo tratadas cerca de 24 mil litros de água por dia (dados de um folheto da ETA). Antes de descrever os processos seguidos nesta ETA, é importante referir que estes procuram acelerar a natureza e melhorá-la, garantindo a segurança e qualidade da água que é consumida. 

A água é recolhida a cinco metros de profundidade na barragem, sendo tratada inicialmente com hipoclorito de sódio e levando carvão em pó. A água recolhida tem matéria em suspensão, além de poder ter microorganismos, que é preciso eliminar. A água passa por um complexo sistema de tanques e filtros onde as matérias em suspensão vão ficando depositadas. Para corrigir a acidez (medida pela escala de pH) é usado dióxido de carbono (para a baixar) e hidróxido de cálcio (para a subir). É também usado sulfato de alumínio para precipitar a matéria em suspensão. No final temos a água potável que recebemos nas torneiras e o resíduo (o carvão contribui muito para isso) que se deposita. Este último é prensado e desidratado e vai para aterro.

Na entrada dos passadiços chamei também a atenção para um poste com informação que é feito de plástico. Atualmente, este material, provavelmente com origem na reciclagem, é muito usado em "postes" e "tábuas" que parecem de madeira. Já encontrei muitas mesas e cadeiras de piquenique com este material. Empregando plástico para estes equipamentos evita-se o uso de madeira e, sim, podemos imaginar que todos os passadiços poderiam ser feitos deste material. Mas isso não seria muito bem-vindo, embora pudesse ser mais sustentável. 

Uma coisa que chamei a atenção é o hábito de ver com olhos científicos tudo o que nos rodeia. E para a necessidade de transmitir essa ideia nas salas de aula. Os alunos devem poder ver na prática que quase tudo o que os rodeia tem a ver com a tecnologia e em boa parte com a Química. As matérias desta disciplina (Física e Química)  não são apenas das salas de aulas e para aprender para fazer os exames, mas a massa de que é feita a vida que nos rodeia.

Fomos em seguida ao mirador do mocho real. Eu chamei a atenção para os gradeamentos de ferro com corrosão à superfície e para a forma como eram (e são atualmente) soldadas as estruturas. Há indícios de uso de solda comum (de estanho e chumbo) ou mesmo só de chumbo (que, como se sabe, não “molham” o ferro e portanto não ligam as duas peças) em alguns locais onde é feita a união por encaixe (na fotografia pode notar-se também uma pastilha elástica que alguém colou ali). Noutros locais, vê-se que o ferro foi soldado de forma moderna fazendo a sua fusão local com um arco elétrico ficando unido de forma mais firme. Podemos aqui, mas também ao longo de todo o percurso, reparar nas várias rochas, plantas e líquenes que estão presentes.            

Mais à frente falarei da lã e farei uma discussão mais detalhada. Por agora, é relevante referir que se trata de uma proteína, a queratina, a única proteína de origem natural que pode ser feltrada (ou seja que pode produzir uma estrutura compacta e irreversível com as fibras entrosadas quando estas são sujeitas a fricção num meio particular [1]), o que permite modificar muitos dos tecidos obtidos.

Fiz ao longo do caminho algumas demonstrações (1), que não sendo realizadas com objetos que encontramos nos locais, estão relacionados com eles e permitem ilustrar alguns conceitos no exterior de forma informal. Neste caso particular, a solubilidade, as reações ácido-base e de oxidação-redução, e a cor. No que concerne à solubilidade e à cor, trouxe um modelo de índigo, que é a molécula do material azul usado para colorir as calças de ganga, e expliquei como este se tornava mais solúvel, assim como a origem da sua cor (a molécula ser planar com o que se designa por ligações duplas e isso permitir a circulação mais livre dos seus eletrões).

Ao preparar o percurso procurei se havia pastel-dos-tintureiros, uma fonte natural de índigo, mas não encontrei (mais à frente falarei dos pigmentos usados na lã). O índigo é uma molécula muito pouco solúvel, mas colocando em cada uma das suas extremidades grupos sulfonato, SO3-, esta fica muito mais solúvel. Forma-se desta forma o que é conhecido como carmim de índigo que é usado como corante alimentar. Ora, uma solução dessa molécula (ou de índigo) ao ser tratada com uma solução básica de NaOH adquire a cor verde e fica mais solúvel (não foi esta a sequência que fiz com os professores, mas notei agora que poderei também falar do processo ácido-base do tingimento das calças de ganga). Se adicionar solução de ácido ascórbico (claro que todos os professores sabiam que era vitamina C), passa de novo a azul, depois a vermelho e em seguida a amarelo. Com agitação obtemos de novo azul e o processo repete-se [2]. O que acontece? Quando juntamos o ácido ascórbico em meio básico obtemos o vermelho e finalmente o amarelo pois este vai reduzir (“antioxidar” ou agir como antioxidante – podemos dizer para o público em geral que já ouviu falar de uma coisa mas não da outra) o índigo. Entretanto, quando agitamos, vamos oxidar o índigo que volta a ser azul. E o que vai oxidar? Todos os professores o sabiam: o oxigénio do ar.  Incidentalmente, podemos falar das plantas e dos "antioxidantes." Como as plantas estão expostas ao sol e não se podem mexer têm de ter “protetores solares” naturais que são os antioxidantes, sendo que o ácido ascórbico (vitamina C) é o mais conhecido. 

Para reforçar as ideias, fiz outra demonstração [3] semelhante. Neste caso o corante era o azul de metileno. Não é preciso usar NaOH, bastando usar bicarbonato de sódio, NaHCO3. Para tornar este processo mais eficaz usa-se também NaCl para modificar a força iónica e uma solução muito diluída de sulfato de cobre (CuSO4, pode aqui chamar-se a atenção para que a diluição faz que a solução continue incolor). Juntando tudo e esperando a solução torna-se transparente, mas agitando voltamos a ter azul, repetindo-se o processo. O que acontece? O mesmo: oxidação-redução em meio básico. O azul de metileno na forma oxidada é azul por ser planar. Quando o ácido ascórbico o reduz (ou “antioxida”) este fica na forma reduzida perdendo a cor. Porquê? Porque esta forma perde a planaridade e com isso a cor. Porquê? Penso que será por os eletrões deixarem de circular de forma tão livre na molécula. E para que serve o CuSO4? Vários professores perguntaram. A atenção a esses detalhes, assim como a curiosidade,  é muito importante no ensino. Temos, aliás, aqui mais um momento em que podemos explicar como funciona a ciência. No artigo onde é apresentada esta versão mais sustentável da “receita” da “demonstração da garrafa azul” são indicadas algumas referências que propõem que o cobre complexa com o ácido ascórbico [3]. Curiosamente, muitas demonstrações são mais complexas do que é por vezes indicado e que sem essa procura de entendimento cai-se facilmente no espanto acrítico que se procura evitar.

Noutra paragem, falei de plantas venenosas que se podem encontrar no percurso e dos malentendidos que há com as coisas naturais e artificiais. Portugal tem muitas plantas venenosas. Neste local era louro-cerejo (Prunus laurocerasus) e cevadilha (Nerium oleander), muito usados em sebes, o primeiro, e nas auto-estradas, o segundo. A primeira planta tem uma grande quantidade de amigdalina que é muito tóxica por conter cianeto e a segunda planta tem um composto ativo no sistema cardíaco. Curiosamente, o cianeto em determinadas circunstâncias é inócuo. É o caso das luvas de nitrilo onde este grupo químico está presente no polímero. E é também o caso dos complexos com este material, por exemplo nos materiais anti-agregantes adicionados, em muito pequena quantidade, ao sal fino. Chamei aqui também a atenção para algo que os professores conhecem bem: as diversas circunstâncias em que coisas que parecem semelhantes são completamente diferentes. Por exemplo, no sal de cozinha temos cloreto de sódio, NaCl, que é mais ou menos inóquo (aumenta a tensão arterial se ingerido, claro, mas não é nada perigoso se tocado, por exemplo) nem é reativo. Por outro lado, o sódio, Na, é um metal muito reativo e o cloro, Cl2, é um gás muito venenoso se inalado. Dão os dois origem ao sal de cozinha, ou podem ser obtidos deste, mas embora partilhem os nomes dos átomos presentes, não estendem os seus perigos ao sal.

Ao longo do percurso podemos ver a resina das madeiras novas (daqui a uns tempos isso não será possível). Se tivermos sorte, podemos também encontrar abelhas a trabalhar laboriosamente nesse material. Eu fiquei muito curioso com isso, mas mais à frente um apicultor (que tem as suas colmeias mais adiante) explicou-me (e depois verifiquei documentalmente) que as abelhas usam a resina, além de outras seivas, para fazer o propólis [4].

Na paragem seguinte havia hortênsias. A explicação das suas cores com base no pH não é suficiente. Outro aspeto importante é a presença de metais no solo, em particular alumínio. 

Como não devemos apanhar nada do caminho, trouxe flores (na verdade não são flores, nas folhas modificadas) de hortênsias da escola Afonso Albuquerque para mostrar os efeitos do pH e do ião alumínio. Devo referir que os professores foram divididos inicialmente em dois grupos e no primeiro grupo a demonstração não resultou bem. Penso que terá sido por não ter extraído corretamente os pigmentos das flores. No segundo grupo já obtive o que esperava (além de extrair melhor os pigmentos, tive ajuda de um dos professores com os tubos de reagentes). Vamos então referir as observações. Primeiro macerei as flores, que estavam azuis, em álcool etílico. Coloquei um pouco do líquido num tubo com uma gota de ácido concentrado (usei HCl, 6 mol/L) e ficou rosa. Quando fiz o mesmo com base concentrada (usei NH3, 6 mol/L) ficou verde amarelado. E finalmente com ião alumínio (usei AlCl3, 1%) ficou azul. 

Estudos detalhados mostram que estas flores com solos mais básicos não conseguem extrair os metais e ficam com a cor rosa rosa (ou verde se o pH for muito alto). Entretanto com solos mais ácidos já conseguem extrair os metais e se o solo tiver ião alumínio ficam azuis. Se, entretanto, o solo for pouco rico neste metal ficam mais rosa (2). Embora seja muito complexo o processo muitas perguntas nos exames podem ser respondidas com lógica. Como me disse há dias um colega com muito sucesso: cedo percebeu que havia o "estudo para saber" e o "estudo para fazer exames." Não deveria ser assim na opinião dele e também na minha. A juntar a isso temos que uma boa parte do ensino das ciências preocupa-se em ensinar os seus resultados e não os seus métodos. As explicações dos livros podem parecer muito claras (por exemplo as das hortênsias), mas, infelizmente, também podem afastar-se da realidade sem mostrar formas de a verificar. 

Agora com pétalas de rosa vermelha (fiz isso com pétalas de rosa que tinha trazido de casa). Com ácido concentrado a solução fica rosa. Com base concentrada fica verde ou amarela. Com cloreto de alumínio fica roxa. As rosas, contrariamente às hortênsias, como é bem sabido, não mudam de cor com o pH e os metais (mas as suas soluções mudam, como vimos). O processo biológico por que isto acontece é muito complexo e deveria servir de aviso sobre a simplicidade dos tratamentos que por vezes fazemos. As mudanças de cor são devidas a umas moléculas chamadas antocianinas que mudam de cor com o pH e com a complexação destas com iões metálicos. São também antioxidantes naturais das plantas.

Na paragem seguinte queria chamar a atenção para os vidros antigos irregulares, para o ar condicionado que se vê numa casa e para as manchas castanhas no fontanário. O processo para fazer vidros planos até mais ou menos a 1950 tinha vários problemas e originava vidros com defeitos e irregularidades. Nessa altura, surgiu uma forma de fazer vidros planos que é baseada na solidificação em estanho líquido, originando assim superfícies sem defeitos. Isso permitiu obter vidros muito maiores. Entretanto, uma pessoa presente fez eco da questão antiga de o “vidro ser um líquido muito denso que escorre”. Não é assim. O vidro é sólido e “não escorre” nem em milhões de anos. Acontece que sendo um sólido amorfo, com uma região de fusão grande, poderia ser considerado, em teoria, um líquido muito viscoso, mas não é boa ideia fazê-lo pelos concepções alternativas que origina. A prova para a afirmação de que o "vidro escorre" seria que nas catedrais antigas “a parte mais larga dos vidros está para baixo”. Há várias objeções a essa "explicação:" os operários terem escolhido os lados mais largos para baixo à partida ou nem sequer ser verdadeira a afirmação. Há vários trabalhos sobre isto, de que cito [5] e [6]. Devemos notar, no entanto, que um espírito científico apresenta um ceticismo saudável em conjunto com confiança nos trabalhos anteriores, mas não aceita de forma acrítica argumentos de autoridade. Sobre o ar condicionado poderíamos falar do seu funcionamento, dos gases usados e muito outras coisas. Sobre as manchas no fontanário diria que são provavelmente devidas a suspensões com ferro nas canalizações.    

O passeio dos professores de Física e Química terminou a seguir na ponte antiga sobre o rio Mondego. O que se segue é baseado num outro passeio em que realizei todo o percurso.

Um pouco depois, encontramos uma nova entrada nos passadiços e a Fábrica Nova (3). Tratava-se de uma antiga fábrica de fiação de lã, fundada em 1935, e que passou a fábrica de cobertores em 1943. Como já referi, a lã é essencialmente queratina uma proteína que pode ser feltrada [1]. Esta proteína absorve bastante água em ambientes húmidos e nas ovelhas está coberta por uma mistura complexa de gorduras chamada lanolina. As primeiras característica têm a ver com a proteína formar bastantes ligações de hidrogénio, além de conter ligações de dissulfeto entre as cadeias [1]. 

A feltração vai originar ligações mais fortes e interligações entre as fibras, podendo originar em alguns casos tecidos não tecidos (por exemplo nos chapéus). No caso tradicional da Serra da Estrela, a lã é tecida num tafetá (a forma de tecelagem mais simples) ficando pouco forte a ligação entre os fios. Posteriormente, os tecidos são batidos com água (nos “pisões” [7]) e cardados, originando ligações muito mais fortes e ficando o sistema muito mais compacto e firme. No caso das fibras de lã serem curtas é originado o burel, mas se as fibras forem mais longas temos, por exemplo, os cobertores de papa. 

Na entrada da escola Afonso Albuquerque havia uma exposição destes cobertores. Vou-me concentrar basicamente nestes. A lã usada é bastante grosseira e só é empregue para estes. As fibras são mais compridas, sendo lavada inicialmente a lã, tradicionalmente com sabão, e fiada. Isto retira a lanolina e uma parte da impermeabilidade. Podemos pensar em processos em que a lanolina é recuperada para, por exemplo, cosméticos, mas não é conhecido esse uso tradicional na serra. A lã é depois tecida, sendo os cobertores batidos no pisão que é agora motorizado e de metal, mas tradicionalmente era de madeira e movido com a energia da água. Nos cobertores de papa tradicionais era uma usada uma “papa” de argila, daí o nome. 

Há alguma confusão com o nome, mas parece-me mais certa a ideia de "papa" de terra. Hoje, mesmo os processos tradicionais não envolvem essa “papa,” mas a lã continua a ser batida com água. Segue-se a lavagem e a cardagem que originam os cobertores e as mantas dos pastores impermeáveis pois as fibras orientam-se de forma a que fique  a parte mais hidrofóbica para o exterior. Tradicionalmente esta mantas eram fabricados em Maçainhas, Meios e Trinta. Em Maçainhas, pode visitar-se a associação “Genuíno Cobertor de Papa”, e, em Meios, um museu. Em ambos os casos notei que o processo, embora possa ter origem tradicional tem bastante incorporação moderna e a memória é já, em boa parte, industrial, e do século vinte. Há também adaptações atuais. No Museu dos Meios, em particular, são muitas vezes usados tecidos reciclados (isso é até incentivado). Em Maçainhas, privilegiam as questões do desenho e de novas aplicações, mantendo os materiais tradicionais. Na minha opinião, tudo tem o seu espaço desde que bem explicado.    

Estava muito interessado nos pigmentos que davam origem às cores tradicionais. Depois de algum tempo a investigar, verifiquei que provavelmente nesta zona da Serra da Estela tradicionalmente quase só se usava o branco e o castanho da lã das ovelhas. E que as cores vão aparecer mais tarde já com os pigmentos das tinturarias pombalinas sedeadas na Covilhã. O vermelho vem aqui do ácido carmínico da cochonilha (Dactylopius coccus). Podem ter existido aqui estes insetos que parasitavam algumas plantas (na Arrábida havia e depois extinguiram-se) ou ter sido importado. Outra possível fonte de vermelho seria a ruiva-dos-tintureiros (Rubia tinctorum) e as espécies aparentadas, mas não encontrei a planta aqui. Há muitas fontes de amarelo: quase tudo o que é verde dá origem a amarelo e muitas destas coisas podem dar origem a verde, em particular a giesta-dos-tintureiros (Genista tinctoria). Há ainda que considerar que estes pigmentos teriam de resistir ao pisoamento. De uma pequena conversa que tive com o antigo dono da fábrica de cobertores de papa de Maçainhas, eram usados pigmentos sintéticos da Ciba e da Bayer, etc. Assim, penso que a chamada “manta lobeira” será uma criação do século XX. Mas, obviamente, tal tem de ser verificado.

Em frente à Fábrica Nova há uns tanques no chão de formato cilindrico  que me intrigaram. Seria para "pisoar" a lã? Seriam usados para a tingir? Foi mais uma vez o antigo dono da fábrica dos cobertores de Maçainhas (e penso que também desta) que me esclareceu que eram afinal tanques de aquicultura!

Continuando, podemos apreciar as plantas e a paisagem natural, assim como algumas construções industriais, em boa parte abandonadas. Não vou aqui referir tudo o que se pode encontrar, mas chamou-me a atenção o hipericão que é uma planta bastante comum e que é por vezes usada em chás calmantes. Mas é preciso ter cuidado com as interações com medicamentos, assim como ter atenção que algumas moléculas presentes nesta planta poderem originar fotossensibilização da pele. 

Podemos encontrar árvores, plantas e objetos provenientes de atividade humana. Oliveiras, macieiras, videiras, pessegueiros, centeio, tubos de água, chapas metálicas, entre outras coisas. Sobre todas se poderiam dizer coisas que tinham a ver com química. Vou deixar isso para as pessoas que fazem o caminho.

Uma nota final sobre a Escola Afonso Albuquerque, a Guarda e o Congresso da Associação de Professores de Física e Química. Tanto a entrada da escola, como várias edificações desta, são recobertas de zinco metálico, numa intervenção muito interessante que me pareceu relativamente recente. Trata-se de uma escola que é herdeira do Liceu Nacional da Guarda que conta com cerca de 170 anos, onde fomos muito bem recebidos. Ao lado fica o Hospital da Guarda que tem o nome de Sousa Martins e a biblioteca pública que evoca o nome de Eduardo Lourenço. Também na cidade da Guarda fomos muito bem recebidos. O congresso homenageou o professor Pinto Peixoto e a antiga professora de Física e Química do professor Carvalho Rodrigues (o qual fez a palestra inaugural do congresso), Maria Augusta Carvalho. 

Ao fim ao cabo são as pessoas e as suas relações, assim como, acima de tudo, a entreajuda, que, como referiu o professor Carvalho Rodrigues, mantém a entropia relativamente baixa e nos permitem evoluir e viver melhor. 

Na minha opinião, os passadiços do Mondego são para fazer devagar, saboreando o tempo. Não há pressa de acabar. O caminho é mais interessante do que chegar rapidamente ao fim.    

(1) Solução de ácido ascórbico: 1.4g para 50 mL (não é útil fazer grandes volumes pois o material rapidamente se degrada). Solução de CuSO4: 0.031g para 200 mL. Solução de NaHCO3 e NaCl: 0,075g do pimeiro de 1g do segundo no mesmo balão de 200 mL . Solução de NaOH: 0,52g para 200 mL . Para a primeira demonstração, colocar num frasco umas gotas de solução 1% de carmim de indigo, e, caso se queira ver primeiro a passagem a verde, colocar  primeiro a solução de NaOH. A mudança de cor para verde ilustra a reação de ácido-base do tingimento das calças de ganga. Colocar de seguida 10 mL de ácido ascórbico e observar a passagem a vermelho e amarelo. Trata-se de reação de oxidação-redução. Agitar de seguida. Para a segunda demonstração, colocar umas gotas de azul de metileno, 10 mL de ácido ascórbico, 10 mL de NaHCO3 e NaCl e 10 mL de CuSO4. Esperar que fique incolor. Agitar depois de ficar incolor. Ver as referências [2] e [3].   

(2) Contrariamente a algumas ideias populares não há hortênsias rosa ou azuis, embora possa haver alguma variabilidade nas plantas, sendo as cores diferentes conforme a composição e pH do solo.

(3) Infelizmente não consegui ter acesso à obra que era citada nos textos dos passadiços, sendo as informações baseadas nos dados que estão no site. 

Referências bibliográficas

[1] Werner von Bergen (Ed.) Wool Handbook, 3th Edition. Intersciences Publishers, 1963.

[2] Urawadee Rajchakit  e Taweetham Limpanuparb. Greening the Traffic Light: Air Oxidation of Vitamin C Catalyzed by Indicators. Journal of Chemical Education 2016, 93, 1486−1489.

[3] Whitney E. Wellman e Mark E. Noble. Greening the Blue Bottle. Journal of Chemical Education 2003, 80, 537−540.

[4] Syed Ishtiaq Anjum, Amjad Ullah, Khalid Ali Khan, Mohammad Attaullah, Hikmatullah Khan, Hussain Ali, Muhammad Amjad Bashir, Muhammad Tahir, Mohammad Javed Ansari, Hamed A. Ghramh, Nuru Adgaba, Chandra Kanta Dash. Composition and functional properties of propolis (bee glue): A review. Saudi Journal of Biological Sciences 2019, 26, 1695–1703.

[5] Stephen J. Hawkes. Glass Doesn't Flow and Doesn't Crystallize and It Isn't a Liquid. Journal of Chemical Education  2000, 77, 846.

[6] Robert C. Plumb. Antique windowpanes and the flow of supercooled liquids. Journal of Chemical Education  1989, 66, 12, 994.

[7] Ernesto Veiga de Oliveira, Fernando Galhano. Tecnologia tradicional : Pisões portugueses. Instituto Nacional de Investigação Científica. Centro de Estudos de Etnologia. Lisboa, 1977.