(PQ-CC) Percursos Químicos pela cidade de Coimbra

Percursos químicos diversos pela cidade de Coimbra que não estão incluidos no percurso Químico pela Universidade de Coimbra. Desde os monumentos às actividades humanas, passando por algumas curiosidades que revelam a importância da Química.


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(PQ-CC) Colóides à mesa do café

Sentemos-nos à mesa de um café (como o bonito Café Santa Cruz da fotografia), pastelaria ou restaurante e apreciemos a riqueza da química coloidal; muitas das coisas que comemos ou bebemos podem ser classificadas como misturas coloidais, ou colóides. Estes nomes podem ser uma dor de cabeça para os alunos, mas trata-se de um conceito muito simples: um colóide consiste numa mistura de materiais na qual pequenas partículas de um, ou mais, dos materiais estão dispersas num outro material (meio contínuo), sendo que ao microscópio, ou mesmo já à lupa, esta mistura apresenta um aspecto não homogéneo (se o aspecto não homogéneo for visível a olho nu a mistura costuma ser classificada como uma suspensão). Se o meio contínuo for transparente, fazendo incidir um ponteiro laser numa destas misturas (cuidado com os olhos!) o feixe deixa de se ver no seu interior devido à dispersão da luz pelas partículas, enquanto que continuará a ser visível ao atravessar uma solução verdadeira.

Um copo de leite é uma emulsão, ou seja a dispersão de um líquido noutro (a maionese e as natas também o são). A espuma do café, aliás como todas as espumas, é a dispersão de um gás num líquido. Note-se que o café expresso, se for bem tirado, é uma solução verdadeira, enquanto muitas vezes o café de saco fica turvo, sendo nesse caso um sol, ou seja a suspensão de partículas sólidas num líquido. Também um sol são os melhores sumos de laranja, por exemplo. As torradas e os bolos podem, de alguma forma, ser vistos como uma dispersão de bolhas de ar numa matriz sólida. O doce com que se barra uma torrada é em geral um gel, ou seja a dispersão de gotas de líquido num sólido (tal como o é a gelatina ou o queijo). Se o café ou o chá estiver muito quente, ou se estiver frio cá fora, pode formar-se um aerossol, uma dispersão de gotas de água a flutuar no ar. Se houver fumadores, ou se estiver a ser feito um churrasco, poderemos observar uma outra mistura coloidal o fumo, partículas sólidas a flutuar no ar. Só nos falta uma possibilidade, a dispersão de sólidos em sólidos, já que as misturas de gases formam sempre soluções verdadeiras. Peter Borrows refere as pérolas de um colar, mas julgo que há outras possibilidades que também podemos encontrar à mesa: os vidros e plásticos pigmentados. Para além destas misturas binárias há aquelas que envolvem várias fases e estados físicos (as misturas coloidais complexas) nas quais podemos incluir quase tudo o que está na mesa e que não foi ainda referido: o fiambre, o presunto, os bolos mais vistosos e os pratos culinários mais complexos. Para o grupo das soluções verdadeiras sobra o vinho, o chá, o café nas condições já referidas, os refrigerantes sem partículas em suspensão, e, claro, a água da torneira ou engarrafada que apresentam naturalmente (e ainda bem) sais dissolvidos.

Bom apetite!

Referência
P. Burrows Education in Chemistry, July 2009.

[Versão de 6 de Julho de 2010]

(PQ-CC) Química da ginjinha e do moscatel

A chegar à Sé-Velha, vindos da baixa, passamos por um letreiro sugestivo com indicação de ginjinha e moscatel. Tratam-se de duas bebidas alcoólicas com percentagens em volume de álcool de 17-20%, sendo a ginjinha um licor enquanto o moscatel é um vinho licoroso.

O licor de ginja, ou ginjinha, é obtido por maceração prolongada da ginja (fruto da Prunus cerasus L.) numa solução hidroalcoólica (aguardente vínica ou etanol, não o que é obtido nas farmácias que tem aditivos que o tornam inapropriado para essa função, em água), em quantidade suficiente para que o grau alcoólico fique cerca de 18% após a adição de uma calda açucarada. O sabor ácido das ginjas e da ginjinha provém do ácido málico (no lado direito) que este fruto tem em razoável quantidade Uma parte do sabor característico, em especial da ginjinha de Óbidos vem do aldeído cinâmico (no lado esquerdo) responsável pelo sabor e odor a canela.

O vinho licoroso moscatel é obtido a partir de uvas com uma percentagem elevada de castas moscatel. Na fase inicial da fermentação das uvas, adiciona-se aguardente vínica, geralmente a 77%, na quantidade necessária para que o grau alcoólico do vinho fique cerca de 18%. Posteriormente passa-se para a fase de maceração que pode atingir os seis meses.

Para saber mais:

Maria Luísa Alarcão-e-Silva e Alberto de Alarcão, Características fisico-quimicas e utilizações agro-alimentares da cereja e da ginja

António Ramos, Ginja de Óbidos e Alcobaça. Um produto tradicional a defender e preservar

Infovini, Moscatel de Setúbal

[versão preliminar de 30 de Setembro de 2010; com alterações de 6 de Outubro de 2010]

(PQ-CC) Ruas evocativas de químicos e cientistas que cultivaram a química

A porta Sul do Jardim Botânico dá para a Rua Vandelli que contorna o Jardim Escola João de Deus, o Hospital Militar e a Seminário. Domingos Vandelli (1739-1816) é o professor de química e história natural já referido noutra paragem; a placa é quase invisível.

A rua Tomé Rodrigues Sobral (1759-1829) acompanha a linha de combóio da Lousã, futura linha do metro, da estação e praça de taxis até à passagem de nível da Solum. A placa evoca apenas o facto de Rodrigues Sobral ter sido acidentalmente deputado, mas em outra paragem falámos já da sua actividade como químico.

Muito interessante é a Rua Costa Simões que liga a rotunda dos HUC à circular interna, em frente ao IBILI e Faculdades de Medicina e Farmácia. Na placa é referido que António Augusto Costa Simões (1819-1903) foi presidente da câmara de Coimbra. De facto foi-o durante dois anos, nos quais estudou e iniciou o abastecimento de água canalizada para a cidade. Mas foi também professor de medicina, investigador, director do hospital e fundador das escolas de enfermagem, entre outras coisas. No que concerne à química foi um divulgador e pioneiro na utilização da química forense, tendo publicado em 1855 sete artigos sobre química legal na revista O Instituto de que foram, numa publicação recente [1], denominados de forma sugestiva como CSI-Coimbra, 1855.

José Bonifácio de Andrade e Silva (1763-1838) dá nome à avenida nova que contorna o centro comercial Forum. Andrade e Silva foi professor de Metalurgia e teve alguma actividade científica na área da química paralela à sua actividade política.

Há também uma rua que evoca o Professor de Química e Reitor da Universidade de Coimbra, António Jorge Andrade de Gouveia (1905-2002).

Haverá mais ruas com nomes de químicos em Coimbra?

Referências
[1] A.J. Leonardo, D.R. Martins e C. Fiolhais António Costa Simões e a génese da química forense em Portugal, Revista da Sociedade Brasileira de História da Ciência 2, 192-205 (2009).

[versão de 28 de Maio de 2010; última alteração de 23 de Março de 2011]

(PQ-CC) Plantas perigosas que podemos encontrar na cidade

Ao passearmos pela cidade nem sempre reparamos nas plantas e flores que há por todo o lado. Algumas são muito tóxicas ou perigosas. Nas duas primeiras fotos, tiradas na zona onde vivo, podemos ver duas das plantas silvestres espontâneas mais tóxicas que temos em Portugal: a cicuta e o embude (não tenho absoluta certeza em relação a esta, mas noutros locais confirmei com um especialista). No primeiro caso trata-se da planta que tradicionalmente se diz ter sido usada para envenenar Sócrates (o filósofo), a qual contém um alcalóide que causa paralisia muscular (a coniína) [1]. No segundo caso a toxina é um álcool que tem uma estrutura química muito curiosa envolvendo o que os químicos denominam ligações triplas e duplas (a oenantoxina). A toxicidade desta molécula, cuja estrutura química se encontra representada aqui ao lado, está em grande parte relacionada com a sua geometria [2]. Para completar este conjunto temível, falta a foto de uma planta também muito comum e perigosa que é conhecida por figueira-do-diabo, da qual por esta altura há exemplares secos em vários locais. Esta planta é por vezes imprudentemente, e não raras vezes com efeitos fatais, usada como alucinogénico. Diz que sabe que, para além do perigo de envenenamento, as alucinações são muito más (daí o nome). Há também casos conhecidos de acidentes fatais devidos à ingestão acidental das sementes ou folhas.

Também por toda a cidade podemos encontrar as belas flores amarelas do hipericão. Trata-se de uma planta usada em medicina tradicional como anti-depressivo cujo efeito terapêutico que não está completamente comprovado. O que está comprovado é que um dos seus compostos activos (a hipericina) é muito sensível à luz e que o seu uso regular acompanhado de exposição ao sol pode levar à sensibilização da pele entre outros efeitos (claro, que o composto responsável por este efeito está a ser estudado para terapia fotodinâmica!) Além disso, os extractos da planta mostraram ser activadores do metabolismo e do sistema imunitário e por isso o seu uso em conjunto com imunodepressores (por exemplo em doentes de transplantes) pode ser perigoso. Actualmente aceita-se que a acção antidepressiva dos extractos desta planta são devidos à hiperforina e não à hipericina como se terá julgado anteriormente [3].

Finalmente há que referir o rícino que aparece em vários jardins pela cidade. As folhas do bonito exemplar da foto ao lado estão neste momento com uma coloração avermelhada, mas noutras alturas do ano podem ser apreciadas outras cores (veja-se a paragem sobre o outono). As sementes desta planta são muito perigosas pois contêm uma proteína vegetal muito tóxica, o rícino. Este, após ser extraído e purificado é um dos mais famosos compostos da lista conhecida de armas químicas, infelizmente, existentes actualmente. Lembram-se das cartas com pó branco que geraram o pânico nos EUA há uns anos?

[1] artigo da Wikipedia sobre a coniína. Alcalóides são espécies químicas que ocorrem naturalmente nas plantas e que contêm átomos de azoto que lhes dão um comportamento básico (alcalino). A coniína, a nicotina e a cafeína são alcalóides.

[2] K. Uwai et al. J. Med. Chem. 43, 2000, 4508-4515; artigo da Wikipedia sobre a oenotoxina.A oenotoxina não é um alcalóide pois não tem átomos de azoto.

[3] J. Volmer e J. Rosenson J. Chem. Educ. 81, 2004, 1450; artigos da Wikipedia sobre a hiperforina e a hipericina.

[versão de 27 de Abril de 2010. Última alteração de 27 de Maio de 2010]

(PQ-CC) Química na piscina

Quando começa a estar calor apetece ir à piscina. Penso que não estraga a festa a ninguém referir que uma grande variedade de conceitos de química pode ser relacionada com as piscinas: pH, ácidos e bases, equilíbrio químico, reacções de oxidação-redução, propriedades do cloro, etc.

Mas por que razão é necessária a química numa piscina? Antes de mais, deve notar-se que a água, mesmo em condições naturais, está sempre envolvida em reacções e equilíbrios químicos. No caso das piscinas, como a água não pode estar sempre a ser mudada, além de que é usada por muita gente, é necessário impedir a contaminação por microorganismos. É para isso que serve o cloro e outros tratamentos químicos; e conhecer a química envolvida contribui para minimizar os riscos envolvidos. Aqui, sentados à beira da piscina, iremos falar um pouco dessa química...

Referência
Ben Selinger, Chemistry in the marketplace, 4th ed, Harcourt, 1989.

[versão preliminar de 6 de Junho de 2010]

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

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

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

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



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

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

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

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

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

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

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

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

(PQ-CC) A química da cerveja

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

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

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

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

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

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

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

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

[versão de 22 de Janeiro de 2010]

(PQ-CC) Calçada portuguesa com óleos de tulipeira

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(PC-CC) Monumento aos Combatentes da Grande Guerra

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

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

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

[versão preliminar de 4 de Setembro de 2009]

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

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

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

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

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

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

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

[versão de 20 de Janeiro de 2010]

(PQ-CC) Mudanças rápidas na química da fotografia

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

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

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

[versão preliminar de 19 de Feverereiro de 2010]

(PQ-CC) Química no cabeleireiro

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

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

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

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

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

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

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

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

(PQ-CC) Néon e outros gases

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

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


[Versão de 19 de Fevereiro de 2010]

(PQ-CC) Química na lavandaria

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(PQ-UC) A azeda infestante e o ácido oxálico

As azedas são uma planta infestante que produz sais de ácido oxálico. Este ácido, que tem bastantes aplicações, é muito tóxico. Reconheço agora a nossa imprudência em crianças quando mordiscávamos os caules desta planta. Felizmente esta não produz ácido suficiente para ser muito perigosa, mas pela cidade há bastantes plantas perigosas como veremos noutra paragem...

Para além de estar presente nesta planta, os sais de ácido oxálico podem ser encontrados nas folhas do ruibarbo, entre outras plantas que são por vezes usadas na cozinha. O ácido oxálico é também o produto tóxico do metabolismo de várias substâncias que são por isso consideradas também tóxicas. Em pequenas quantidades este ácido dá origem às conhecidas pedras no rim, mas em maiores quantidades pode levar à morte por falha renal. Um produto químico muito perigoso por ingestão cujo produto do metabolismo é o áxido oxálico é o etilenoglicol, o qual é usado como anticongelante nos automóveis. Este composto e outros relacioandos são especialmente perigosos para as crianças devido a terem um sabor adocicado. Actualmente são adicionados produtos químicos de sabor e cor desagradáveis aos anticongelantes, mas são conhecidos vários casos de intoxicação. E são também conhecidos casos de deliberada adição de etilenoglicol a xaropes e medicamentos para os tornar doces por pessoas ignorantes e criminosas e que não sabiam, obviamente, química.

Uma curiosidade em relação à intoxicação com etilenoglicol, metanol, ou outros alcoóis muito tóxicos é que a desintoxicação é feita com álcool etílico, o qual, embora como bem se sabe também seja tóxico, é menos tóxico e vai saturar a enzima que degrada os outros alcoóis evitando a formação dos produtos tóxicos da sua degradação. Neste caso, e só neste, uma bebedeira pode evitar a morte!

[versão preliminar de 9 de Março de 2010. Última alteração de 27 de Abril de 2010]

(PQ-UC) Mapa do Percurso Químico na Universidade de Coimbra

Percurso inicialmente idealizado para ser realizado no dia 22 de Julho de 2009 entre as 12:00 e as 13:00, integrado na Universidade de Verão da UC. Posteriormente foi realizado no âmbito das actividades do Museu da Ciência da Universidade de Coimbra no programa Trilhos, tendo tido uma razoável cobertura pela imprensa, nomeadamente nos jornais As Beiras, Jornal de Notícias, Diário de Coimbra e Semanário Sol, e ainda em muitas páginas pessoais e institucionais da net. Foi ainda adaptado para o programa da final das Olimpíadas da Química Junior realizada em Coimbra.


Ver PQ-UC num mapa maior

(PQ-UC) Química da Porta Férrea e das pedras que a rodeiam

Na Porta Férrea da Universidade de Coimbra podemos encontrar um metal, o ferro, e um outro material que é uma mistura sólida, a pedra. Sim, também a pedra, pois a porta não é só o artefacto que fecha e abre, é também a construção que a envolve. Vamos, pois, falar um pouco da química destes dois materiais e das reacções químicas a que estão expostos no sítio onde se encontram.

O ferro é um metal. Quase toda a gente consegue identificar um metal, mas o que é um metal? Porque distinguimos os metais dos outros materiais? Por agora podemos ficar com uma ideia simplista: um metal é um material, em geral elementar, mas pode ser um composto, que é bom condutor de electricidade. Cerca de 80% dos elementos químicos podem ser obtidos sob a forma de materiais metálicos elementares e são classificados como metais.

Mas voltemos ao ferro que é um metal muito sensível à degradação por corrosão. De facto, a camada de óxidos de ferro (a que vulgarmente chamamos ferrugem) não forma uma superfície protectora que impossibilite a continuação da degradação e por isso uma peça de ferro que esteja a sofrer corrosão acaba por se transformar apenas em ferrugem que acabará por ser levada pelo vento, ou pela chuva. E já todos devem ter visto latas, carros, ou ferramentas velhas aos quais esteja a acontecer esse fenómeno.

A Porta Férrea já tem quase quatrocentos anos e não se nota que esteja, para além de uma camada superficial de ferrugem, muito corroída. Porquê?

Uma das explicações é que o ferro exposto ao ar e mantido seco, não sofre corrosão significativa. Para haver corrosão é necessário, para além do oxigénio do ar, que haja humidade (aliás, se em vez de apenas água, forem soluções com sais, ou ácidas a corrosão será ainda mais rápida) e ainda que existam zonas do ferro relativamente protegidas do ar. Sendo uma porta que deixa passar as correntes de ar, mesmo quando está fechada, está também mais protegida da corrosão!

Outra possível explicação, que me foi indicada pelo Professor Victor Lobo, será a presença de fósforo e arsénico na composição do ferro da porta, a qual poderá ser devida aos processos de produção deste material à época. Assim, a presença destes elementos contribuiria para a maior resistência à corrosão. É de referir que essa explicação é actualmente a que se considera mais relevante para justificar a resistência à corrosão da famosa coluna de Delhi.

Consideremos as reacções químicas envolvidas. A oxidação do ferro, propriamente dita,

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

só ocorre se houver água, ou soluções aquosas em contacto com o ferro numa zona relativamente protegida do ar que funcione como ânodo. Os electrões libertados fluem pelo metal para as zonas mais expostas ao ar e água onde ocorre a reacção de redução (cátodo)

O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e^- → 4OH^-(aq)

Os iões hidróxido e ferro (III) difundem-se pela solução e acabam por formar um precipitado de óxido de ferro (III) hidratado (a ferrugem),

2Fe³⁺(aq) + 6OH^-(aq) → Fe₂O₃⋅H₂O(s) + 2H₂O(l)

É importante notar que o ferro sofre corrosão significativa em zonas pouco oxigenadas e portanto normalmente pouco visíveis, mas que poderão ser as zonas por debaixo da ferrugem que já se formou, debaixo da pintura, zonas de contacto com as paredes, etc. No caso da presença de fósforo, poderá haver a formação de uma camada protectora de FePO₄⋅H₃PO₄⋅4H₂O entre o metal (com fósforo) e a ferrugem à superfície. É digno de nota que os químicos, ao longo dos tempos, têm desenvolvido muitas formas de minimizar a corrosão, mas isso é o assunto de outra paragem no nosso passeio.

E quanto à pedra? É, no presente caso, uma rocha calcária denominada pedra de Ançã. Trata-se de uma pedra relativamente mole, constituída em grande percentagem por carbonato de cálcio. Esta pedra, contrariamente a outras rochas ricas em minerais carbonatados, como o mármore, é muito porosa e mais sensível à degradação. Embora a erosão física causada pelo vento e pela chuva seja importante, a erosão química causada pelas chuvas ácidas e pelos gases emitidos pelos carros terá sido ainda pior. De facto os ácidos provocam a degradação rápida do calcário de acordo com a reacção química,

CaCO₃(s) + 2H⁺(aq) → Ca²⁺(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)

Mas, contrariamente ao que se possa pensar, hoje em dia a poluição atmosférica causada pelos automóveis e fábricas, a qual originava as chuvas ácidas e outros problemas ambientais, é muito menor que há décadas atrás. De facto, os carros e fábricas são hoje muito menos poluentes e isso é em grande parte devido à química e aos químicos. Noutro ponto do passeio, quando pararmos para falar da química ligada aos automóveis, falamos disso. É de salientar, aliás, que já em 1932 (ver cópia ao lado de uma estampa do artigo de Virgílio Correia) a estátua alegórica à Faculdade de Leis estava em muito mau estado.

E voltando à pedra mole. Os químicos em colaboração com os engenheiros têm contribuído para o desenvolvimento de métodos de preservação deste tipo de rochas nos monumentos em que se encontram, através, por exemplo, de tratamentos de consolidação e impermeabilização baseados em polímeros e resinas muito pouco reactivos.

Bibliografia:
Peter Borrows, Education in Chemistry, May 1995, p 62.
Peter Borrows, Education in Chemistry, May 1994, p 63.
Carlos Ruão, Monumentos, vol 8, p 26, 1997.
Ana Paula Ferreira Pinto e José Delgado Rodrigues, Monumentos, vol 8, p 114, 1997.
Virgílo Correia, Biblos: Revista da FLUC, vol 8, p 501, 1932.
R. Balasubramaniam, Corrosion Science, 42, 2000, 2103-2129.

[Versão de 4 de Setembro de 2009. Última alteração 22 de Maio de 2010]

(PQ-UC) Há química no ar e no céu

O ar é constituído por gases que não conseguimos ver, pois são absorvem luz visível, mas são esse mesmos gases os responsáveis pela cor azul do céu. O oxigénio é extremamente reactivo, mas a sua quantidade mantém-se constante na atmosfera. O ozono é um poluente junto ao solo, mas a cerca de trinta quilómetros de altitude protege-nos das radiações ultravioleta. Há muita química no ar e no céu e esta paragem no passeio é dedicada a ela. Vamos pôr a cabeça no ar e ver o céu.

A atmosfera é constituida por cerca de 78% de azoto, 21% de oxigénio e 1% de outros gases. Estes números referem-se ao que é designado por ar seco, ou seja sem vapor de água, pois a percentagem de vapor de água pode variar bastante (1 a 4%) nas camadas mais baixas da atmosfera. Estes gases são transparente à luz visível [1], mas são responsáveis pela cor do céu e do pôr do sol. A radiação solar é difundida em todas as direcções (embora nalgumas um pouco mais) pelos gases e poeiras da atmosfera e essa difusão é maior para os comprimentos de onda da radiação visível de cor violeta e azul. Como os nossos olhos são mais sensíveis ao azul é essa a cor do céu que vemos quando olhamos para o céu, mas não na direcção do Sol (o que é muito perigoso!). E o pôr do sol? Nesse caso já estamos a olhar aproximadamente na direcção do Sol através de uma camada muito maior de atmosfera e a radiação que vemos é a que restou após difusão pelos gases e poeiras. E o nascer do Sol, porque não costuma ser tão espectacular? Também pode ser, mas é mais raro, pois de manhã há menos poeiras e a sucessão de cores é ao contrário.

E porque está o céu cinzento por vezes? Pela mesma razão que as nuvens são brancas. As gotículas de água presentes nas nuvens e no céu enevoado difundem todos os comprimentos de onda múltiplas vezes. E podem ser cinzentas se lhes chegar menos luz vinda do Sol.

[1] O vapor de água e a água líquida absorvem ligeiramente na zona do vermelho o que faz com que um grande volume de água tenha uma cor azulada. Embora esse facto possa contribuir para a cor das grandes massas de água, costuma ser indicada como principal causa da cor da água do mar, rios e lagos, o reflexo da cor do céu em conjunto com efeitos subtis de absorção e difusão da luz devidos à matéria orgânica e inorgância dissolvidas.

[Versão de 22 de Julho de 2009]