Passeios químicos em Bragança [Chemical trails in Bragança]

[Como parte da minha participação no SciCom 2023 em Bragança, vou escrever notas sobre um passeio químico nesta cidade. Estive em Bragança em 2019, altura em que tirei as fotografias que ilustram este passeio.]

Junto ao castelo fica uma das mais conhecida construção de Bragança. Se bem me lembro, esta é feita de rochas castanhas, provavelmente de dolomita, uma rocha calcária com elevada percentagem de magnésio, essencialmente CaMg(CO3)2. 

Do castelo vê-se uma estação de tratamento de águas residuais (ETAR). Li vários trabalhos sobre a reabilitação do Rio Fervença, afluente do Rio Sabor, que atravessa Bragança. Pode (ou não) ter que ver com isso. É preciso lembrar que estabelecimento de um povoamento estável e viável implica que haja água disponível. Antigamente, embora fosse usada menos água por pessoa, isso era ainda mais crítico pois essa água não era canalizada nem tratada. E quando as populações começam a usar o rio para fazer os seus despejos e esgotos, têm de se encontrar outras formas de abastecimento. 

Não tem nada a ver, em termos de volume de água, mas o Tamisa de Londres no meio do século dezanove ficou conhecido como o “Great Stinker” (o grande mal-cheiroso), havendo até um episódio em Michael Faraday mostrou que este era completamente opaco usando papéis brancos que deixavam de ser vistos mal mergulhavam nas águas. O rio estava morto e era muito mal cheiroso e a principal razão era que os esgotos corriam para o rio sem tratamento. Penso que o Fervença não chegou tão longe nem esteve tão mal, mas a reabilitação é fundamental para devolver os rio à cidade. Não deveria ser necessário dizer isto, mas as saudades de “antigamente” são muitas vezes mais retóricas do que reais. Pense-se nessas poluições e cheiros absurdos, na falta de tratamento e vigilância das águas e todas as infeções que espreitavam, na falta de tratamento de água e esgotos. Podemos e devemos fazer melhor e mais sustentável com a ciência e tecnologia que temos ao nosso dispor, mas ter saudades desse tempo supostamente “bom”, não!  

Em 2019, caminhei junto ao rio (há um passeio para isso) e vi várias coisas interessantes, mas também a tensão devida à reabilitação de uma parte da cidade que vivia de costas para o rio. É aí que fica o Centro de Ciência Viva. É muito comum deparamos com a corrosão do ferro. Basicamente, não estando protegido ou com capas que impeçam o oxigénio de reagir com este metal, ou com a presença de outro metal que seja ainda mais suscetível de corrosão como o zinco, o ferro oxida-se de forma caraterístico. Tirei várias fotografias de materiais que se poderiam ver dali ((alumínio e outros materiais, nomeadamente plásticos e outros metais).  Achei muito curiosas e pedagógicas as misturas de redes e revestimentos de vários materiais. Junto ao rio estavam também ramos e flores de sumagre (secos na altura). Não sei se já referi, mas Portugal foi um grande exportador de fores desta planta secas, as quais eram usadas para curtir peles. Acontece que têm uma quantidade muito grande de taninos e eram muito usadas para isso.        

Também achei muito curiosos os xistos com rochas verdes. Fiquei logo a pensar que fossem serpentinas que são muito raras em Portugal e foram exploradas em Bragança, mas não tinha pensado mais nisso até ter estudado a questão a propósito de um passeio químico em Florença. Escrevi na altura que as serpentinas são rochas que têm na sua composição química (aproximada) três iões de magnésio para um silicato e quatro iões de hidróxido, Mg3SiO3(OH)4. O seu nome deriva de terem aspeto de pele de serpente [...] Nas serpentinas verdes, alguns átomos de magnésio são substituídos por átomos de ferro. 

Nestas rochas fotografei um inseto (Pyrrhocoris apterus), percevejo-das-Tílias, que é relativamente inofensivo segundo li (a identificação do inseto e muitas outras coisas foram realizadas via Google e Internet, mas é preciso estudar os vários aspetos envolvidos com espírito crítico; temos hoje em dia uma quantidade de possibilidades poderosas, mas estas não podem ser o fim, mas o início de um trabalho). Segundo li também, os extratos de abeto balsâmico podem impedir o desenvolvimento dos insetos devido a uma substância, a jubaviona, um sesquiterpeno que é análogo de uma hormona juvenil do inseto.

Notei uma placa evocativa de Isaac Orobio de Castro que nascei cerca de 1617 em Bragança mas morreu em 1687 em Amesterdão. De origem hebraica e médico, passará por Espanha onde se tornará celebre e irá ser um dos poetas mais conhecidos da comunidade sefardita de Amesterdão. Que é que isto tem a ver com Química? Quase nada diretamente, mas indiretamente muito. Depois de um desenvolvimento auspicioso com as descobertas, com a atitude castigadora e ignorante, Portugal e Espanha, drenaram para os Países Baixos muitas das suas hipóteses de desenvolvimento científico futuro. É uma espécie de Princípio da Conservação da Massa Crítica. E assim, não será por acaso que os holandeses, um povo tão pequeno como o português, num país ainda mais pequeno, cheio de problemas com o mar, irão conquistar as posições portuguesas nas descobertas e emprestar dinheiro e vender os mais diversos materiais a Portugal e Espanha. Ainda hoje se notam os efeitos nas atitudes e ações de algumas pessoas, mas, com atrasos e retrocessos, estamos muito melhor no que concerne a valorizarmos a educação e a liberdade, únicos garantes de desenvolvimento científico sustentável futuro.          

Encontrei ferros “chumbados” com chumbo (o metal) numa das mais conhecidas pousadas de Bragança. Era assim que se fazia antigamente: usava-se chumbo, um metal mole e com baixo ponto de fusão, para ajudar a unir o ferro mais duro à pedra.  Vi também janela com “vidros imperfeitos”. Como se sabe, só cerca de 1950 foi possível obter vidros grandes sem imperfeições, pois estes começaram a ser arrefecidos sobre estanho líquido. Antes disso, os vidros só poderiam ser obtidos por sopragem do vidro fundido e depois cortados e estendidos ou, mais tarde, usando rolos metálicos. Isso originava vidros que só poderiam ser de pequenas dimensões e com bastantes imperfeições. Assim, as casas antigas têm janelas com vidros pequenos não por razões estéticas, mas porque era impossível obter vidros de grandes dimensões.  

São muito famosas aqui as receitas com “casulas.” Basicamente, estas são as cascas do feijão, colocadas de molho para amolecerem e cozinhadas. Vou evidenciar dois aspetos químicos relevantes que isto nos mostra. O papel da água no amolecimento de algumas estruturas fibrosas e a sustentabilidade. Penso que o amolecimento será devido às moléculas de água entrem dentro das estruturas e perturbarem as ligações de hidrogénio dos seus polímeros. Isto é uma afirmação geral, para verificar como acontece em particular, poderemos fazer estudos e simulações (estes já devem ter sido feitos, ou estão em desenvolvimento). Conhecer os mecanismos de como as coisas acontecem, assim como as suas condições, pode ajudar a melhorar os processos. Esta aplicação das cascas do feijão que surgiu da escassez de alimentos, ilustra bem a sustentabilidade que hoje em dia é, não só muito valorizada, mas fundamental. E se a sustentabilidade antiga surgiu da pobreza e da necessidade de aproveitar todos os recursos (não é por acaso que um dos momentos mais sustentáveis da Europa foi a seguir à Segunda Guerra Mundial), hoje em dia temos possibilidades de controlar muito processos e meios de obtermos alimentos de forma mais sustentável sem termos de recorrer a estes processos, nomeadamente carne obtida a partir de células, entre outros.     

Finalmente, fui a uma exposição muito interessante que dava destaque a Jacob de Castro Sarmento (1790-1662). Este, tendo nascido em Bragança e exercido medicina teve de fugir para Inglaterra, pois era também de origem judaica, onde acabou por morrer. Foi sócio da Royal Society, teve impacto na ciência da altura e também alguma influência na Ciência em Portugal. Tal como referi a propósito de Isaac Orobio de Castro, não foram nada boas para a desenvolvimento de Portugal estas perseguições. E durante séculos não se aprendeu nada com este passado. Mesmo a reforma Pombalina, que pretendeu implementar o Iluminismo em Portugal, com os conselhos e as contribuições intelectuais de muitos desses emigrados, modernizou a parte técnica mas manteve o despotismo e as perseguições. No entanto, procurar modernizar um país de forma autoritária está condenado ao fracasso. Iluminismo é segundo Kant sinónimo de liberdade. Poder expressar livremente as suas ideias. Diria que será também não ter necessidade de ter medo de poder ser perseguido pelas ideias e convicções, ou pelos preconceitos que a sociedade tem em relação a estas. 

[authomatic, but verified, translation]

[As part of my participation in SciCom 2023 in Bragança, I will write notes about a chemical trail in this city. It was in 2019 when I took the photographs that illustrate this trail.]

Next to the castle is one of the best-known buildings in Bragança. If I remember correctly, this is made of brown rocks, probably dolomite, a limestone rock with a high percentage of magnesium, essentially CaMg(CO3)2.

From the castle, you can see a wastewater treatment plant (WWTP). I read several works on the rehabilitation of the Fervença River, which crosses Bragança, a tributary of the Sabor River. It may (or may not) have something to do with it. It must be remembered that the establishment of a stable and viable settlement implies that there is water available. In the past, although less water was used per person, this was even more critical as this water was not piped or treated. And when the populations start to use the river to carry out their evictions and sewers, other forms of supply have to be found.

It has nothing to do with the Thames when the volume of water is concerned, but London's Thames in the mid-nineteenth century became known as the "Great Stinker", and there was even an episode where Michael Faraday showed that this river was completely opaque, using white papers that could no longer be seen as soon as they were submerged in water. The river was dead and very smelly, and the main reason was that sewage ran into the river untreated. I think that Fervença didn't make it that far nor was it that bad, but rehabilitation is essential to give back the river to the city. It shouldn't be necessary to say this, but the nostalgia for “the old days” is often more rhetorical than real. Think of those absurd pollutions and smells, the lack of water treatment and surveillance, all the infections that lurked, and the lack of water and sewage treatment. We can, and should, do better and more sustainably with the science and technology that we have at our disposal, but missing that supposedly “good times," no!

In 2019, I walked along the river (there is a promenade for that) and saw a lot of interesting things, but also saw the tension due to the rehabilitation of a part of the city that used to live with its back to the river. That's where Centro de Ciência Viva is located. 

It is very common to see the corrosion of iron. Basically, not being protected or not having layers that prevent oxygen from reacting with this metal, or with the presence of another metal that is even more susceptible to corrosion such as zinc, iron oxidizes characteristically. I also took several photographs of materials that could be seen from there (aluminum and other materials, namely plastics and other metals).

I also found schists with green rocks very curious. I immediately thought that they were serpentines, which are rare in Portugal and were explored in Bragança, but I didn't think about it until I studied the matter in connection with a chemical tour in Florence. I wrote at the time that serpentines are rocks that have in their (approximate) chemical composition three magnesium ions for a silicate and four hydroxide ions, Mg3SiO3(OH)4. Their name derives from their appearance of snakeskin.  In green coils, some magnesium atoms are replaced by iron atoms.

On these rocks, I photographed an insect (Pyrrhocoris apterus), the Lime bug, which is relatively harmless according to what I read (the identification of the insect and many other things were carried out via Google and the Internet, but it is necessary to study the various aspects involved with a critical spirit; today we have several powerful possibilities, but these cannot be the end, but the beginning of work). I have also read that balsam fir extracts can impede the development of insects due to a substance, jubavione, a sesquiterpene that is an analog of an insect juvenile hormone.

I noticed a plaque evocative of Isaac Orobio de Castro who was born around 1617 in Bragança but died in 1687 in Amsterdam. Of Hebrew origin and a doctor, he will travel to Spain where he will become famous and will be one of the best-known poets of the Sephardic community of Amsterdam. What does this have to do with Chemistry? Almost nothing directly, but indirectly a lot. After an auspicious development with discoveries, with a punishing and ignorant attitude, Portugal and Spain drained many of their chances of future scientific development to the Netherlands. It is a kind of Principle of Conservation of Critical Mass. And so, it will not be by chance that the Dutch, a people as small as the Portuguese, in an even smaller country, full of problems with the sea, will conquer Portuguese positions in the discoveries and lend money and sell the most diverse materials to Portugal and Spain. Even today, the effects on the attitudes and actions of some people are noticeable, but, with delays and setbacks, we are much better at valuing education and freedom, the only guarantees of future sustainable scientific development.

I found iron “chumbado” with lead (the metal) used as a filler in one of the best-known hotels in Bragança. That's how it was done in the old days: lead, a soft metal with a low melting point, was used to help unite the hardest iron to the stone. I also saw a window with “imperfect glass”. As is known, it was only around 1950 that it was possible to obtain large glasses without imperfections, as these began to be cooled in liquid tin. Before this, glass could only be obtained by blowing molten glass and then cutting and rolling or, later, using metal rollers. This resulted in glasses that could only be small in size and with a lot of imperfections. Thus, old houses have windows with small panes, not for aesthetic reasons, but because it was impossible to obtain large panes.

Recipes with “casulas” are very famous here. These are the bean skins, soaked to soften and cooked. I will highlight two relevant chemical aspects that this shows us. The role of water in softening some fibrous structures and sustainability. I think the softening is due to water molecules getting inside the structures and disturbing the hydrogen bonds of their polymers. This is a general statement, to check how it happens in particular, we can do studies and simulations (these must have already been done, or are under development). Knowing the mechanisms of how things happen, as well as their conditions, can help to improve processes. This application of bean husks, which emerged from the scarcity of food, illustrates well the sustainability that nowadays is, not only highlighted, but, fundamental. And if ancient sustainability arose from poverty and the need to take advantage of all resources (it is no coincidence that one of the most sustainable moments in Europe was after the Second World War), today we have the possibility of controlling many processes and means of obtaining food more sustainably, namely meat obtained from cells, among others, without having to resort to these "misery" processes.

Finally, I went to a very interesting exhibition that highlighted Jacob de Castro Sarmento (1790-1662). The latter, having been born in Bragança and practiced medicine, had to flee to England (he was also of Jewish origin) where he ended up dying. He was a member of the Royal Society, had an impact on science at the time, and also had some influence on science in Portugal. As I mentioned concerning Isaac Orobio de Castro, these persecutions precluded most of the development of Portugal. And for centuries nothing was learned from this past. Even the Pombaline reform, which intended to implement the Enlightenment in Portugal, with the advice and intellectual contributions of many of these emigrants, modernized the technical part but maintained despotism and persecution. However, trying to modernize a country in an authoritarian way is doomed to failure. Enlightenment is, according to Kant, synonymous with freedom. Being able to freely express your ideas. I would say that it will also mean not needing to be afraid of being persecuted for ideas and convictions, or for the prejudices that society has about these.

De novo um passeio químico em Coimbra

[No dia 24 de julho de 2020 das 11 às 12:30 orientei um passeio químico no âmbito de uma ação de formação para professores na Universidade de Coimbra. O passeio já foi realizado de várias formas e tinha como objectivo também reflectir sobre as possibilidade de usar esta material no ensino. Estes foram integrados nas actividadees de estagiários e um deles (o Mário Gomes) inseriu-os em parte numa aplicação de smarphone, o Geotourist (https://geotourist.com/), “Da escola à universidade...um percurso químico” (https://geotourist.com/tours/2729)]

Começámos na Porta Férrea, local emblemático de Coimbra, onde se pode falar sobre a corrosão dos metais e a degradação das rochas, entre outras matérias. Nos Arcos do Jardim poderíamos completar com mais informações mas acabamos por não chegar aí neste passeio.
Parte das informações e do passeio estão disponíveis aqui.

Vale a pena referir que poderemos usar cadernos de micas, fazer projecções, entre outras coisas. Ou usar outras aplicações de smartphone, nomeadamente para a avaliação.

Na Porta Férrea, além do usual, contei a história da penicilina natural e semi-sintética, que nos acompanha no nosso dia-dia. De forma resumida, diz-se que a penicilina foi descoberta em 1928, por Alexander Fleming, quando notou que uns fungos matavam bactérias. Não é bem assim. Aparemente Fleming não foi o primeiro, mas foi o primeiro sim a pensar nisso como um medicamento. Mas não consegiu isolar o produto a que chamou penicilina. Foi preciso chegar a 1940, tendo dois investigadores e a sua equipa, Flory e Chain isolado a penicilina, mas em pequena quantidade (os três ganharão o prémio Nobel em 1945). Estava-se no meio da segunda guerra mundial e essa descoberta deu origem ao “projecto penicilina” que envolveu milhares de investigadores de universidades e indústrias o qual tinha dois objectivos. Produzir penicina em grande quantidade (o que conseguiram em 1943 usando tanques de fermentação) e obter penicilina por métodos sintéticos (este falhou e só foi conseguido no final dos anos 1950 por Sheehan e a sua equipa). Notamos que para produzir penicilina por métodos sintéticos tinha de saber a sua estrutura, o que só foi consegido em 1944. Mas além disso, o anel beta-lactâmico era muito sensível. Só depois de Sheean fazer a síntese total (sem interesse esconómico), este percebeu com se poderiam produzir penicilinas semi-sintéticas. Um exemplo é a amoxililina que surgiu nos anos 1970 e tem um grupo amina e outro álcool que não existiam na versão natural. Isso tudo é acompanhado de modelos moleculares que trago comigo. Mais adiante falámos sobre as várias fases da descoberta dos medicamentos e das entidades que os regulam, assim de quem os inventa e sintetiza. Hoje em dia, mais de metade dos medicamentos aprovados não têm inspiração natural, mas mesmo os designados naturais, para serem sustentáveis, muitas vezes têm de ser produzidos em laboratório.

O passeio prosseguiu pelo lado direito da universidade onde falámos dos brancos de chumbo e de titânio e de como os podemos identificar. Os brancos de chumbo vão ficando amarelos devido à formação de sulfureto de chumbo que é negro. Uma tinta de chumbo fica negra na presença de um sulfureto, por exemplo. Por outro lado, ambos se distinguem facilmente fazendo raios-X. Falámos aqui de como o titânio era considerado seguro em contacto com o corpo humano mas há alguma discussão sobre as nanopartículas, em especial quando inaladas. Convém notar que as nanopartículas têm como característica serem de tamanho nanométrico (zero vírgula nove zeros de metro), mas terem também propriedades diferentes. Deveremos acompanhar sempre as discussões com bastante espírito crítico.

Mais adiante, falámos das plantas presentes nos muros e das plantas infestantes que poderemos ver nas cidades. Vimos exemplares de viúvas (Trachelium caeruleum) e ailantos (Ailanthus altissima, infestante que iremos ver em vários monumentos).

Referi que as plantas comunicam entre si e fazem guerra quimica umas às outras usando moléculas e, claro, química. Referi ainda os herbicidas e o seu desenvolvimento, assim como as verificações e análises por que passam (a ailantona é um candidato a pesticida, por exemplo).

Outro aspecto interessante que por vezes não é bem compreendido são os antioxidantes. De facto, as plantas estando sempre expostas ao Sol têm de se proteger...

Aqui poderemos falar de reciclagem (temos ecopontos em frente). Depende dos países mas, em Portugal, separamos os vidros (ecoponto verde), dos papéis (ecoponto azul), dos plásticos e metais (ecoponto amarelo). Discutimos a questão da limpeza e da separação. Nos ecopontos indicam que recolhem e o que não é desejado. Vidros de embalagem, papéis vulgares, não plastificados, etc. Para não dar indicações erradas, que podem ser mal-interpretadas, sugiro que deveremos seguir as indicações, mas não faz muito sentido lavar exaustivamente as embalagens antes de as colocar no ecoponto. Há razões para o fazer minimamente e há outras para não exagerar. Poderíamos falar das leis em vigor e falámos das embalagens multiplas, nomeadamente daquelas que são plástico, alumínio e papel (vulgo embalagens tetra pack) e dos artigos e relatório existentes sobre a questão. Reciclar não pode ser visto como um único objectivo. Além de recusar, reduzir, reusar e reparar poderemos repensar e reinventar. Qando as misturas de materiais são complexas ou estão contaminadas, por vezes não vale a pena reciclar. O ciclo completo dos produtos deve ser analisado. A sustentabilidade e economia circular devem ser maximizadas. Os CDR (os combustíveis derivados de resíduos) são uma alternativa à reciclagem que tem ganhos em relação ao aterro sanitário, por exemplo.

Daqui fomos ver uma canforeira e referi a molécula que todos conhecem, a cânfora. Podemos partir um ramo de cânforeira e sentir o cheiro que se vai desvanendo. Isso leva-nos à volatilidade. Só cheiramos o que é volátil, por exemplo. É muito curioso que as plantas desenvolveram estas moléculas como legos, a partir de uma base comum de isopreno (C5H8). No caso da cânfora temos a fórmula C10H16O mas esta molécula, embora partilhe a fórmula comum, é única, devido à sua estrutura tridimensional (se chegássemos ao Jardim Botânico poderíamos falar da química de outras árvores, mas temos plantas em todo o lado que contam histórias químicas interessantes.

Mais à frente falámos dos tubos de PVC (policloreto de vinilo) e de outros polímeros (alguns deles designados como plásticos) referindo de novo a questão da reciclagem. Temos muitos plásticos usados em embalagens, mas há códigos para aqueles que são recolhidos e reciclados. No caso do PVC aparece PVC, no Polipeleno PP, poliestireno PS (quando expandido conhecido como esferovite), poliéster ou PET (nas garrafas polietileno terftalato) e PEHD e PELD polietileno de alta e baixa densidade. Todos podem ser identificados e separados pelos seus espectros característicos ou outras propriedades. Voltaremos a estes aspectos noutros passeios.

Vimos também alguns fungos e fiz notar como alguns destes são parecidos com as pastilhas elásticas no chão. Vimos uma planta aromática conhecida como guarda-fatos ou santolina (Santolina chamaecyparissus), um sobreiro (poderíamos aqui falar da química da cortiça, tão importante para Portugal, mas isso fica para outro passeio).
 

Na Rua da Ilha, referi os ares condicionados e quem inventou os CFC (clorofluorocarbonos) e a gasolina com chumbo nos carros. Discutimos essas questões e outras, assim como as várias soluções existentes e a regulação. Referi também o REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and restriction of Chemicals), uma base de dados fundamental que regista os compostos químicos usados na União Europeia.

Falámos da talidomida e de como esta molécula não chegou aos EUA devido ao FDA (Food and Drug Administration) que exigia mais testes e poderíamos discutir de como estes foram implementados depois da tragédia. Muitas pessoas ainda olham para o passado como se fosse hoje, mas não, felizmente. Uma das coisas que se aprendeu é a prever e simular, a testar de forma exaustiva antes de usar algo novo. A tragédia que aconteceu seria muito improvável hoje em dia devido aos reguladores e testes clínicos. Referi ainda como ironicamente esta molécula encontrou um novo caminho na cura da lepra e de certos cancros.

Vimos nesta rua a Imprensa da Universidade de Coimbra que funciona no antigo Instituto de  Coimbra. Referi um pouco da sua história e, entretanto, chegámos à Sé-Velha. Referi a rochas de que esta é feita e o restauro da Porta Especiosa - vimos a inscrição em árabe.


Passámos pelo Museu Machado de Castro que tem várias pinturas a ver e analisar em termos químicos. Das actividades interdisciplinares que podem ser feitas ali, entre outras.
Chamei a atenção para o gesso que podemos encontrar nos monumentos, devido ao dióxido de enxofre, e dos efeitos do carbono que se inscrusta nos monumentos e (de novo) nas pastilhas elásticas.

Concluímos o passeio na universidade. São precisos químicos para descobrir novas moléculas e analisar outras. As moléculas que são vendidas nas farmácias e são usadas para curar as pessoas foram inventadas ou descobertas por alguém – um químico ou químico ou químico medicinal e a sua equipa. Os materiais sustentáveis e circulares foram inventados por alguém - um químico e a sua equipa. Os alimentos, as obras de arte e os medicamentos foram controlados e analisados por alguém. A atmosfera de outros planetas e os segredos do universo, não aparecerem do nada. Os instrumentos e os métodos foram pensados por alguém. Alguém que sabia e praticava química!