12 Grandes Descobertas da Química.

Quem, quando e como foram feitas? Qual o legado dessas grandes descobertas?

“Uma das coisas mais belas que existem é a criatividade humana na Química”.

1.      OXIGÊNIO: o ar é composto por vários gases.

- Os antigos filósofos gregos acreditavam que havia apenas 04 elementos: terra, ar, fogo e água.

- Leonardo Da Vinci (Itália, 1452-1519) foi um dos primeiros a sugerir que, em vez de ser um elemento, o ar talvez fosse composto de dois gases diferentes.

- Na Inglaterra, segunda metade do século XIX, Joseph Priestley (Reino Unido, 1733-1804), conduziu uma série de experimentos (com o Mercúrio e tecnologias) que levou à descoberta dos gases a partir de líquidos, usando tubos em que pudessem ser vistos.

- Priestley compartilhou com Antoine Lavoisier (Paris, 1743-1794), que também estava estudando os gases. Ele pesava as substâncias e concluiu que algo estava sendo emitido. Foi ele quem chamou o ar emitido de oxigênio. Ele reescreveu todo o tratado sobre química, e criou uma lista de elementos que usamos até hoje: Oxigênio, Hidrogênio, Enxofre.

- Conclusão: Priestley descobriu o oxigênio, mas foi Lavoisier quem o inventou. Então, com o trabalho experimental de Priestley sobre gases, com a descoberta do oxigênio e a articulação de um sistema de nomenclatura por Lavoisier, temos todo o esquema conceitual sobre o qual os trabalhos acadêmicos do século XIX se basearam: a inovação industrial do século XX, como a farmacêutica, a biotecnologia, os telefones celulares e o plástico. Todas essas coisas começaram com a descoberta do oxigênio.

2.      TEORIA ATÔMICA: a descoberta do átomo.

- No início do século XIX, John Dalton (Reino Unido, 1766-1844), demonstrou com um experimento que os elementos conhecidos, como o Oxigênio, o Hidrogênio e o Carbono, se combinavam em proporções definidas e constantes. A partir de seus cálculos, ele supôs que os elementos devessem ser constituídos de pedaços menores e invisíveis de matéria, com pesos relativos e distintos. Ele chamou esses pedaços de matéria de átomos.

- Embora a ideia de átomo remonte ao filósofo Demócrito, a grande descoberta prática de Dalton foi o que ele chamou de “pesos relativos das partículas fundamentais ou pesos atômicos”. Ele tornou uma ideia útil. A partir do seu trabalho, Dalton desenvolveu a Teoria Atômica, um novo e revolucionário sistema que definia as relações entre os átomos e os elementos. Um sistema simples que mostra os elementos, seus pesos e as moléculas mais complexas. Ele conectava as coisas que os químicos podiam fazer, pesava as substâncias em balanças e as relacionava com as outras invisíveis. O mundo fundamental dos átomos era genial, e a importância da sua descoberta foi ajudar os cientistas a revelar os mistérios do mundo molecular e atômico.

3.      ÁTOMOS SE AGRUPAM EM MOLÉCULAS: o agrupamento de átomos.

- No início da década de 1800, o químico Louis Joseph Gay-Lussac (França, 1778-1850), conduzia uma série de experimentos projetados para estudar a Teoria Atômica de Dalton. Enquanto ele combinava volumes iguais de gases diferentes, e media suas reações, os gases geralmente produziam o dobro do volume esperado.

- A resposta para isso veio em 1811, com Amedeo Avogadro (Itália, 1776-1856). Na época, acreditava-se que os gases eram feitos de átomos únicos. Mas, Avogadro percebeu que essa hipótese estava errada, pois os gases são feitos de múltiplos átomos, que viriam a ser conhecidos como moléculas.

- Nasceu a compreensão de que os átomos podem ser recombinados para formar moléculas, uma reviravolta que permitiu aos cientistas sair da “Era das trevas da Química” e começar a criar sistematicamente novos compostos.

4.      A SÍNTESE DA URÉIA: do inorgânico para o orgânico.

- Essa outra grande descoberta ocorreu no século XIX, quando muitos químicos acreditavam que as substâncias orgânicas das coisas vivas (organismos) eram de alguma forma diferente das substâncias inorgânicas (das coisas não vivas). Mas, isso estava prestes a mudar. Em 1828, Friedrich Wöhler (Alemanha, 1800-1882) colocou duas substâncias químicas inorgânicas (o cianeto de potássio e o sulfato de amônia + calor) em uma proveta, que produziu ureia (orgânico).

- Precursor no campo da química orgânica, Wöhler é famoso por sua síntese do composto orgânico ureia (sem um rim). Mediante sua contribuição se demonstrou, ao contrário do pensamento científico da época, que um produto dos processos vitais (orgânico) pode ser obtido em laboratório a partir de matéria inorgânica.

- A fabricação artificial de ureia é uma grande descoberta porque ela rompeu limites e derrubar barreiras: a base fundamental, os componentes que constituíam toda a matéria orgânica e inorgânica eram os mesmos átomos.

5.      ESTRUTURA QUÍMICA: o poder combinatório dos átomos.

- Os átomos de elementos específicos, como o Sódio e o Cloro, se agrupam em proporções fixas. Este poder combinatório dos átomos inspirou August Kekulé (Alemanha, 1829-1896) a desenvolver um sistema de visualização da estrutura química de várias moléculas.

- Kekulé representava os átomos por seus símbolos, e então adicionava marcas para indicar como eles se uniam entre si, como elos em uma cadeia. Era uma fórmula simples, mas elegante. Os químicos agora dispunham de um modelo para ilustrar com clareza as estruturas químicas das moléculas que estavam estudando.

- Havia apenas um problema, a Benzina era o único elemento conhecido que não se adequava à fórmula de Kekulé. Sua cadeia de átomos de Carbono e Hidrogênio exigia uma combinação maior do que a fórmula permitia. Foi através de um sonho com uma cobra que o próprio Kekulé propôs uma estrutura hexagonal benzênica (em forma de círculo) diferente das suas fórmulas de cadeias abertas.

- Com a confirmação disso, o efeito foi revolucionário. Os químicos sabiam que todas as substâncias orgânicas continham um ou mais átomos de carbono em suas moléculas. Com as fórmulas de Kekulé, passaram a dispor também das fórmulas fundamentais para explicar como o Carbono se combinava com outras moléculas para formar um mundo de compostos químicos. Nascia então a era moderna da Química Orgânica.

- Partindo de uma imagem tão simples, uma cobra mordendo o próprio rabo, ela foi considerada uma grande descoberta porque era uma fórmula para novas drogas, novos remédios ou um novo entendimento. Se voltarmos no tempo, à época de Dalton, havia algumas centenas de compostos, logo, alguns milhares, e depois uns 10 mil. Logo já havia 100 mil e, recentemente, 15 milhões de novos compostos foram registrados! Todos com base nesse modelo simples, uma obra de gênio.

6.      TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS: como apresentar os elementos conhecidos? Como ordenar todas as coisas do mundo?

- Em 1869, um professor de química russo, Dmitri Mendeleiev (Rússia, 1834-1907), passou a imaginar como poderia explicar melhor os apenas 63 elementos conhecidos naquela época. Foi ele quem inventou a Tabela Periódica de Elementos, uma espécie de “mapa”, preciso, que mostrava como todos os elementos estavam ligados uns aos outros. Tanto é que, o elemento de número 101, foi nomeado Mendelevium (Md) em sua homenagem e inspiração.

- Na verdade, houve um pouco de controvérsia nessa história, porque um químico alemão, Julius Lothar Meyer, tivera praticamente a mesma ideia de periodicidade, mas não teve tanta coragem assim. Então Meyer acabou não fazendo as mesmas previsões que Mendeleiev fez. Aqui vemos o poder de uma previsão bem arriscada para fazer as pessoas aceitarem uma teoria. “Não há nada mais poderoso do que fazer uma previsão que não seja óbvia e, daí, torná-la real”!

- A “Tabela Periódica dos Elementos” é o nosso grande ícone, pois é o que nós associamos à Química. Em qualquer sala de química é possível ver uma. Ela é significativa porque ela mudou para sempre a forma como todos aprendem e compreendem os elementos.

- A “Tabela Periódica dos Elementos” está para a Química como as notas musicas estão para uma sonata de Ludwig van Beethoven.

7.      A ELETRICIDADE TRANSFORMA AS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS.

- Na virada do século XIX, a eletricidade estava em alta. As pessoas se dedicavam a fazer baterias e as conectavam a quaisquer coisas só para vê a reação. Ela era como uma nova espécie de fogo.

- Um dos grandes viciados em baterias da época era Humphry Davy (Químico Inglês, autodidata, 1778-1829), que fez um experimento e descoberta fantásticos. Em 1807, Davy derreteu um pouco de bicarbonato de potássio, um mineral encontrado no solo, que também constitui as cinzas da madeira. Os químicos especulavam que o bicarbonato de potássio era um composto formado por diversos elementos, mas não conseguiam prova isso. O que Davy queria era vê se a eletricidade continha a resposta. Então ele instalou alguns fios vindos de uma das baterias maiores ao carbonato de potássio derretido e o potássio puro começou a surgir. O que descobriu? O poder da eletricidade de reagir com as substâncias químicas e transformá-las. Consequentemente, a eletroquímica levou ao surgimento da indústria do alumínio, à produção de semicondutores, painéis solares, mostradores digitais e até as baterias de lítio recarregáveis.

8.      OS ÁTOMOS POSSUEM ASSINATURAS DE LUZ.

- Na década de 1850, Robert Bunsen (Alemanha, 1811-1899) e seu assistente de pesquisa, Gustav Kirchhoff (Alemanha, 1824-1887), conduziram uma série de experimentos para determinar por que as substâncias emitiam cores específicas quando colocadas em uma chama.

- A cor, segundo eles, indicava quais elementos estavam presentes naquela substância. Por exemplo, se o sódio fosse colocado na chama, observavam-se tons de amarelo. Cobre, tons de verde. Estrôncio, tons de vermelho.

- Bunsen e Kirchhoff se inspiraram em um prisma e partes de um pequeno telescópio, eles construíram o primeiro espectroscópio (aparelho que produz e examina espectros para observação visual): um dispositivo analítico que poderia ajuda-los a vê os espectros gerados pelas substâncias aquecidas, visualizando a reação dos elementos queimados. Eles conseguiram descobrir dois novos elementos, Césio e o Rubídio. Descobriram também a presença do Sódio no Sol. Era a química dos astros.

- Hoje, o legado dessa grande descoberta está na exploração espacial. Um tipo de espectroscópio está sendo utilizado para estudar a atmosfera de outros planetas, para procurar sinais de água e de vida.

9.      O ELÉTRON: elétrons formam ligações químicas.

- Tudo o que vemos é formado por substâncias químicas. E todas estão ligadas por interações eletrônicas.

- Quem descobriu o elétron foi Joseph John Thomson (Reino Unido, 1856-1940). Alguns anos depois, um de seus alunos, Ernest Rutherford (Nova Zelândia, 1871-1937), demonstrou a carga positiva em átomos. Assim, os prótons têm carga positiva e os elétrons, carga negativa.

- No início do século XX, o químico norte-americano Gilbert Newton Lewis (EUA, 1875-1946), desenvolveu um modelo de átomo que explicou que os elétrons e as ligações químicas dos átomos não estavam no núcleo, mas que os elétrons orbitam em camadas ao redor do núcleo. Lewis teorizou que dois elementos químicos podiam se combinar para formar um composto quando sediam ou aceitavam elétrons de seus orbitais externos. Por exemplo, sozinhos, o Sódio e o Cloro são perigosos, mas, quando um único átomo de Sódio sede um elétron de sua camada e a última camada de um átomo de Cloro o aceita, essa troca permite que os dois se liguem e formem o Cloreto de Sódio (o sal de cozinha).

- A teoria de Gilbert Lewis constituiu um avança extraordinário. Ele permitiu que os cientistas começassem a fazer compostos químicos, milhões deles. Compostos que moldaram a face da vida moderna.

10.  RADIOATIVIDADE: e as reações nucleares.

- Essa descoberta começou na década de 1890, com uma radiação até então desconhecida – o raio X. Ela causou sensação, e os cientistas começaram a procurar imediatamente outras substâncias que emitiam aquelas estranhas e talvez valiosas formas de radiação.

- O médico francês Antoine Henri Becquerel (França, 1852-1908) foi o primeiro responsável pelo avanço significativo dessa descoberta. Em 1896 ele conduziu uma série de experimentos para verificar se vários minerais emitiam radiação, entre eles o Urânio.

- Depois de Becquerel, sua pesquisa sobre a radioatividade foi levada adiante por Marie Curie (Polônia, 1867-1934) e seu marido Pierre Curie (França, 1859-1906). Ambos assumiram a tarefa de isolar quaisquer elementos responsáveis pela radioatividade do minério de Urânio. Eles isolaram os elementos Rádio e Polônio.

- Foi a natureza atômica da radioatividade que atraiu o interesse do físico Ernest Rutherford (Nova Zelândia, 1871-1937), de quem já falamos na descoberta do elétron. Ele descobriu que o material radioativo passava por um processo natural de decadência. Ao se mover durante o processo, a radioatividade emitia naturalmente partículas instáveis e altamente carregadas de energia com o poder de penetrar a matéria. Ele as chamou de partículas alfa e beta e de raios gama. 

- Desde essas descobertas, aprendemos muito sobre a radioatividade, seus perigos e seus benefícios. Ela nos deu os diagnósticos por imagem, um tratamento para os tumores, um método de calcular a idade da Terra e uma fonte de energia para que as espaçonaves explorassem o sistema solar. Até mesmo alguns detectores de fumaça contém uma pequena quantidade de material radioativo, chamado Amerício (que ajuda a criar uma corrente elétrica estável, quando as partículas de fumaça rompem essa corrente o alarme dispara).

Um pouco sobre os Alquimistas e Químicos...

- Séculos atrás os Alquimistas tinham grandes ambições: eles procuravam a riqueza infinita e a imortalidade por meio de transformações milagrosas da matéria. Acabaram inventando instrumentos úteis e objetos de vidro.

- Os químicos, por sua vez, foram mais humildes, e acabaram mudando a aparência do mundo material com uma fantástica descoberta...

11.  PLÁSTICOS: resistentes e flexíveis.  

- Na década de 1860, o tipógrafo americano John Wesle Hyatt (EUA, 1837 - 1920) é conhecido principalmente por ter simplificado o processo de produção de celuloide, o primeiro plástico industrial. Ele descobriu uma forma de explorar as longas e intricadas moléculas de celulose, encontradas naturalmente nas plantas.

- Em 1910, o químico belga Leo Hendrik Baekeland (Bélgica,1863-1944) fez a baquelite (é uma resina sintética, quimicamente estável e resistente ao calor, que foi o primeiro produto plástico), um polímero sintético. Ele é considerado o pai da Indústria do Plástico.

- Ele misturava coisas e sabia muito bem como explorá-las. A partir das duas substâncias químicas derivadas do carvão, Baekeland descobriu o primeiro plástico totalmente sintético. E o cenário do século XX mudaria para sempre.

- Plásticos são polímeros. E polímeros são longas cadeias de moléculas (que não são individuais e então se agrupam no sólido ou algo assim) que se prolongam bastante. Cadeias de átomos de Carbono. E uma de suas grandes vantagens é que ele é moldável. Você pode torná-lo em forma líquida, dentro de algum molde e de alta resistência. Em termos de fibras, ele pode imitar e até superar as propriedades das fibras naturais. Nenhum pescador do mundo voltaria a usar redes feitas de algodão, pode apostar. Hoje, elas são feitas de náilon.

- Como produto da evolução cultural, o plástico é fruto da criação humana. É uma extensão da química. É uma forma de o humano tentar exercer controle sobre o ambiente. Estes se tornaram os materiais estruturais da nossa civilização: viscose, náilon, polímeros, polietileno, plexiglass (acrílico ou polimetil-metacrilato é um material termoplástico rígido, transparente e incolor; também pode ser considerado um dos polímeros mais modernos e com maior qualidade do mercado)... Os polímeros são um exemplo da criatividade humana dentro da química. 

12.  FULERENOS: resistentes e flexíveis.  

- São moléculas estruturadas na forma de “gaiolas”, ou seja, elas têm a forma fechada em si, constituídos por uma rede.

- São uma forma alotrópica do Carbono, a terceira mais estável após o diamante e o grafite. Tornaram-se populares entre os químicos, tanto pela sua beleza estrutural quanto pela sua versatilidade para a síntese de novos compostos químicos.

- Os Nanotubos de Carbono ou NTC são membros da família estrutura do fulerenos, altamente duros e resistentes. A fibra mais forte que se pode produzir a partir de outra coisa. É a ciência da nanotecnologia que promete construir coisas a partir do zero. Uma revolução industrial dos dias modernos. É a capacidade de montar os elementos fundamentais atômicos e moleculares da natureza para criar uma nova geração de produtos e aplicações que são mais fortes e mais precisos. Será esse o novo domínio da química, a nova esfera dessa ciência?

- Passaram-se apenas dois séculos, desde o tempo em que os átomos eram apenas uma mera hipótese à eminência de podermos quebrar átomos e moléculas e construir uma nova tecnologia, com fantásticas possibilidades. Essas grandes descobertas ajudaram a fazer isso acontecer, explorando sobre as superfícies das coisas, no interior do mundo da química, e mudando o mundo...

Aquele Abraço!

Profº Neilton Lima.