Química - ciência

O Alquimista, de Pietro Longhi.

Química é a ciência que estuda a composição, estrutura, propriedades da matéria, as mudanças sofridas por ela durante as reações químicas e a sua relação com a energia. É considerada uma ciência exata e é chamada muitas vezes de ciência central porque é a ponte entre outras ciências naturais como Física, Matemática e Biologia. A Química possui papel fundamental no desenvolvimento tecnológico, pois a utilização dos conceitos e técnicas dessa ciência permite a obtenção de novas substâncias, além de preocupar-se com a prevenção de danos e exploração sustentável do meio ambiente. As áreas da Química são agrupadas basicamente em cinco grandes divisões, a saber:

• Química Inorgânica: estuda a matéria inorgânica;
• Química Orgânica: estuda os compostos de carbono;
• Físico-Química: compreende os aspectos energéticos dos sistemas químicos em escalas macroscópicas, molecular e atômica;
• Química Analítica: analisa materiais e ajuda a compreender a sua composição, estrutura e quantidade;
• Ensino de Química: estuda e investiga os processos de ensino e aprendizagem da Química.

A estrutura química do DNA (Pic: Zephyris).

No Brasil são considerados profissionais relacionados a ciências químicas, com registro nos Conselhos Federais e Regionais de Química: Engenheiros Químicos, Bacharéis e Licenciados em Química, Bacharéis em Química Industrial ou Química Tecnológica, Bacharéis em Bioquímica.

História

O desenvolvimento desta ciência teve como base as observações de experimentos, sendo portanto, considerada uma ciência experimental. Os filósofos gregos Empédocles e Aristóteles acreditavam que as substâncias eram formadas por quatro elementos: terra, vento, água e fogo. Paralelamente, discorria outra teoria, o atomismo, que postulava que a matéria era formada por átomos, partículas indivisíveis que se podiam considerar a unidade mínima da matéria. Esta teoria, proposta pelo filósofo grego Demócrito de Abdera, não foi popular na cultura ocidental, dado o peso das obras de Aristóteles na Europa. No entanto, tinha seguidores (entre eles Lucrécio) e a ideia ficou presente até o princípio da Idade Moderna. Entre os séculos III a.C. e o século XVI d.C., a Química estava dominada pela alquimia. O objetivo de investigação mais conhecido da alquimia era a procura da pedra filosofal, um método hipotético capaz de transformar os metais em ouro, e o elixir da longa vida. Na investigação alquímica desenvolveram-se novos produtos químicos e métodos para a separação de elementos químicos. Deste modo foram-se assentando os pilares básicos para o desenvolvimento de uma futura química experimental. O cientista irlandês Robert Boyle é tido por muitos como o iniciador da Química Moderna, já que, em meados do século XVII, ele executou experimentos planejados, estabelecendo através deles generalizações. Apesar dos méritos de Boyle, muitos consideram o francês Antoine Laurent Lavoisier, que viveu no século XVIII, o pai da Química, especialmente devido ao seu trabalho sobre o conceito de conservação da massa, sendo este considerado o marco do estabelecimento da química moderna, ocasionando a chamada Revolução Química. Os estudos de Lavoisier foram referência para que fosse proposto por John Dalton, no início do século XIX, o primeiro modelo atômico. A Química experimentou grande desenvolvimento teórico e metodológico durante o século XX, especialmente pelo estabelecimento da mecânica quântica, métodos espectroscópicos e metodologias de síntese orgânica, que impulsionaram o descobrimento de novos fármacos, determinação da estrutura química de moléculas, como o ácido desoxirribonucleico e sofisticação das teorias já existentes.

A separação da Alquimia

A Química, como é conhecida atualmente, começou a desenvolver-se entre os séculos XVI e XVII. Nessa época estudou-se o comportamento e propriedades dos gases estabelecendo-se técnicas de medição. Aos poucos, foi-se desenvolvendo e refinando o conceito de elemento como uma substância elementar que não podia ser descomposto em outras. Também esta época desenvolveu-se a teoria do flogisto para explicar os processos de combustão. Robert Boyle desenvolveu sua magnum opus “O Químico Cético”, abandonando as teorias aristotélicas de alquimia e contemplando a pesquisa experimental e conclusões com base em experimentos. Georg Ernst Stahl e Johann Joachim Becher desenvolveram em 1700 a teoria do flogisto. Esta teoria, que se manteve por 80 anos até ser refutada, afirmava que as substâncias suscetíveis de sofrer combustão continham o flogisto, e que o processo de combustão consistia basicamente na perda desta substância. A causa da má interpretação da teoria do flogisto era a então substância ainda desconhecida presente no ar, o oxigênio. Joseph Priestley, estudando a composição do ar, percebeu a existência de uma substância no ar, a qual participava dos processos respiratórios e promovia reações de oxidação de metais aos seus óxidos. A teoria de elementos de Boyle considerava que um elemento químico era uma pluralidade de átomos idênticos, indivisíveis. Por volta do século XVIII, a Química adquire definitivamente as características de uma ciência experimental. Desenvolvem-se métodos de medição cuidadosos que permitem um melhor conhecimento de alguns fenômenos, como o da combustão da matéria; Antoine Lavoisier foi o responsável por perceber a presença do carbono nos seres vivos e a complexidade de suas ligações em relação aos compostos inorgânicos e refutador da teoria do flogisto, e assentou finalmente os pilares fundamentais da Química moderna.

Desenvolvimento da tabela periódica

O período seguinte foi a busca de novos elementos químicos, a determinação de seus pesos atômicos exatos e sua caracterização por reações com outras substâncias, sendo essa uma das tarefas mais importantes da Química inorgânica. Lothar Meyer e Dmitri Mendeleev ordenaram os elementos químicos por massa atômica e com base na capacidade de fazer ligações químicas, originando a Tabela Periódica. Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van't Hoff e Wilhelm Ostwald estimaram a constante de dissociação de sais, ácidos e bases em soluções aquosas. Alfred Werner questionou a validade das teorias e modelos aceitos na Química Orgânica, estruturando a nova química inorgânica em termos dos conceitos de coordenação e de estereoquímica. Antes do séc. XIX, os químicos acreditavam que os compostos obtidos a partir de organismos vivos eram demasiadamente complexos para serem sintetizados. De acordo com o conceito de vitalismo, a matéria orgânica era dotada de uma "força vital". Esses compostos foram nomeados como "orgânicos", porém durante a primeira metade do século XIX os cientistas descobriram que os compostos orgânicos poderiam ser sintetizados em laboratório. Em 1828, Friedrich Wöhler produziu a ureia, um componente da urina, a partir do sal inorgânico cianato de amônio e, embora Wöhler sempre tenha sido cauteloso sobre a alegação de que teria refutado a teoria da força vital, esse evento tem sido muitas vezes visto como um marco para o estabelecimento da Química Orgânica. A descoberta do petróleo e a sua separação em frações de acordo com a diferença no ponto de ebulição de seus componentes foi outra etapa importante da história da ciência. Já a indústria farmacêutica teve seu início na última década do século XIX, com a fabricação de ácido acetilsalicílico (mais conhecido por como aspirina) pela Bayer na Alemanha. Com os trabalhos sobre termodinâmica química, eletrólitos em soluções, cinética química e outros assuntos entre as décadas de 1860 a 1880, originou-se a Físico-Química moderna. O marco foi a publicação em 1876 por Josiah Willard Gibbs de seu artigo, sobre o equilíbrio de substâncias heterogêneas. Este artigo apresentou vários dos pilares da Físico-Química, como a energia livre de Gibbs, os potenciais químicos e a regra das fases de Gibbs. Outros marcos incluem a introdução dos termos entalpia por Heike Kamerlingh Onnes e processos macromoleculares. O primeiro método de análise instrumental foi desenvolvido por Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff e foi baseado na espectroscopia de absorção atômica de chama. Utilizando essa técnica, eles descobriram, em 1860, elementos como o rubídio (Rb) e o césio (Cs). Durante este período a análise instrumental tornou-se progressivamente dominante. Em particular, muitas das técnicas espectroscópicas e de espectrometria básicas foram descobertas no início do século XX e aperfeiçoadas até o final do século XX. Os processos de separação se desenvolveram na linha de tempo de modo similar e também tornaram-se cada vez mais instrumentais.

Bioquímica e Química Quântica

A Bioquímica, anteriormente chamada de Química Biológica ou Fisiológica, surgiu a partir das investigações de fisiologistas e químicos sobre compostos e conversões químicas em seres humanos e plantas no século XIX. O termo Bioquímica foi proposto pelo químico e médico alemão Carl Neuberg (1877-1956) em 1903, embora no século XIX grandes pesquisadores, como Wohler, Liebig, Pasteur e Claude Bernard, estudassem a Química da vida sobre outras denominações. Com a Segunda Guerra Mundial, o mundo ingressou na era atômica, marcada pelo descobrimento dos elementos transurânicos e pelos avanços na radioquímica. A disponibilização de isótopos permitiu a realização de experimentos importantes sobre o comportamento cinético e mecanístico dos compostos inorgânicos, o qual foi racionalizado por Henry Taube, em 1949, com base nas teorias de ligação. O entendimento lógico do caráter lábil/inerte dos compostos de coordenação lançou a semente dos mecanismos de transferência de elétrons, propostos por Taube em 1953, definitivamente consagrados com o Prêmio Nobel que lhe foi outorgado em 1983. Desde a metade do séc. XX, com o desenvolvimento de novas técnicas como a cromatografia, a difração de raios X, marcação por isótopos e o microscópio eletrônico, houve avanço na área da Bioquímica. Essas técnicas abriram o caminho para a análise detalhada e a descoberta de muitas moléculas e rotas metabólicas das células, como a glicólise, ciclo de Krebs (ciclo dos ácidos tricarboxílicos) e a fosforilação oxidativa (cadeia transportadora de elétrons).

Princípios da Química moderna

Tradicionalmente, os princípios da Química se iniciam com o estudo das partículas elementares, átomos, moléculas, substâncias e outros agregados da matéria. “Matéria” é tudo aquilo que ocupa espaço e possui massa de repouso (ou massa invariante). É um termo geral para a substância da qual todos os objetos físicos consistem. Tipicamente, a matéria inclui átomos e outras partículas que possuem massa. A massa é dita por alguns como sendo a quantidade de matéria em um objeto e volume é a quantidade de espaço ocupado por um objeto, mas esta definição confunde massa com matéria, que não são a mesma coisa. Diferentes campos usam o termo de maneiras diferentes e algumas vezes incompatíveis; não há um único significado científico que seja consenso para a palavra "matéria", apesar do termo "massa" ser bem definido. A matéria pode ser encontrada principalmente nos estados sólido, líquido e gasoso, em forma isolada ou em combinação. Reações químicas e outras transformações como as mudanças de fase envolvem o rearranjo de ligações químicas e outras interações entre as moléculas. Estas transformações envolvem invariavelmente diversos conceitos importantes como energia, equilíbrio químico entre outros. A seguir serão explanados as principais entidades usadas para descrever a matéria bem como alguns conceitos que permeiam as transformações sofridas pela matéria.

Espécies químicas
Átomo

Modelo proposto por Rutherford e Bohr. (Pic:Halfdan)

 
O átomo é a unidade básica de matéria que consiste de um núcleo denso central rodeado por uma nuvem de elétrons de carga negativa. O núcleo atômico contem prótons carregados positivamente e nêutrons eletricamente neutros (exceto o hidrogênio-1, que é o nuclídeo estável sem nêutrons). Os elétrons de um átomo interagem com o núcleo por força eletromagnética, e do mesmo modo, um grupo de átomos permanecem ligados uns aos outros por ligações químicas baseadas nesta mesma força, formando uma molécula. Um átomo que contém o mesmo número de prótons e elétrons é eletricamente neutro, caso contrário é carregado positivamente ou negativamente e é chamado de íon. Um átomo é classificado de acordo com o número de prótons e nêutrons no seu núcleo: o número de prótons determina o elemento químico e o número de nêutrons determina o isótopo do elemento. O modelo atualmente aceito para explicar a estrutura atômica é o modelo da mecânica quântica.

Antiátomo

Antiátomos constituem a antimatéria, possuindo cargas elétricas inversas às dos átomos. São compostos por antipartículas denominadas pósitrons, antiprótons e antinêutrons.

Elemento

Elemento químico é o termo coletivo para todos os tipos de átomos com o mesmo número atômico. Assim, todos os átomos de um elemento químico possuem necessariamente o mesmo número de prótons no núcleo. Um elemento é identificado por um símbolo, uma abreviatura que é na maioria dos casos derivada do nome em latim do elemento [por exemplo, Pb (plumbum), Fe (ferrum)]. Os elementos estão dispostos na tabela periódica em ordem crescente do número atômico. Um total de 118 elementos são conhecidos até esta data (2018).

Composto

Um composto químico é uma substância química pura composta por dois ou mais elementos químicos diferentes. Os compostos químicos têm uma estrutura química única e definida e consistem em uma razão fixa de átomos, que são mantidos juntos num arranjo espacial definido por ligações químicas. Os átomos de um composto químico podem ser unidos por ligações covalentes, ligações iônicas, ligações metálicas ou por ligações covalentes coordenadas. Os elementos químicos não são considerados compostos químicos, mesmo que consistam em moléculas que contenham múltiplos átomos de um único elemento (como H₂, S₈, etc), sendo estas chamadas moléculas diatômicas ou moléculas poliatômicas. A nomenclatura de compostos químicos é uma parte crucial da linguagem química. No início da história, estes eram batizados com o nome de seu descobridor. No entanto hoje, a nomenclatura padrão é definida pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC). O sistema IUPAC de nomenclatura permite a distinção dos compostos por nomes específicos.

Substância

Uma substância química é um tipo de matéria com composição e conjunto de propriedades definidos. Estritamente falando, uma mistura de compostos, elementos e compostos ou elementos não é uma substância química, mas pode ser chamado de produto químico. A maioria das substâncias que encontramos em nossa vida diária são misturas, como por exemplo o ar e a biomassa.

Molécula

 

Estrutura do Paclitaxel

 

Uma molécula é uma entidade eletricamente neutra formada de dois ou mais átomos unidos por ligações covalentes. As moléculas são distinguidas dos íons pela ausência de carga elétrica. No entanto, em Física Quântica, Química Orgânica e Bioquímica, o termo molécula é usado frequentemente com menor rigor, sendo aplicado também aos íons poliatômicos. Na teoria cinética dos gases, o termo molécula é frequentemente utilizado para qualquer partícula gasosa, independentemente da sua composição. De acordo com essa definição, átomos de gases nobres são considerados moléculas, apesar do fato de que elas são compostas por um único átomo sem ligação química. Uma molécula pode ser constituída por átomos de um único elemento químico, tal como com o oxigênio gasoso (O₂), ou de diferentes elementos, como acontece com a água (H₂O). Átomos e complexos ligados por ligações covalentes, como pontes de hidrogênio ou ligações iônicas geralmente não são considerados moléculas individuais.

Íon

O íon (Brasil) ou ião (Portugal) é uma partícula eletricamente carregada, ou seja, é um átomo ou uma molécula que perdeu ou ganhou elétrons. Um íon é chamado cátion quando perde um ou mais elétrons, que são negativos, ficando carregado positivamente (por exemplo, o cátion sódio: Na⁺). Por outro lado, os ânions são os íons carregados negativamente, ou seja, ganharam elétrons (por exemplo, ânion cloreto: Cl⁻). Como exemplos de íons poliatômicas podem ser citados os íon hidróxido (OH⁻) ou o íon fosfato (PO₄³⁻). Os íons no estado gasoso são frequentemente chamados de plasma.

Conceitos envolvidos na transformação da matéria
Acidez e basicidade

Substâncias possuem propriedades ácidas e/ou básicas. Existem diferentes teorias que explicam o comportamento ácido-base. A mais simples é a teoria de Arrhenius, que diz que um ácido é uma substância que produz íons hidrônio, quando dissolvida em água; e uma base é uma substância que produz íons hidroxila, quando dissolvida em água. De acordo com a teoria ácido-base de Brønsted-Lowry, ácidos são substâncias que doam um cátion hidrogênio a outra substância em uma reação química; por extensão, uma base é a substância que recebe estes íons hidrogênio. A terceira teoria é teoria ácido-base de Lewis, o qual é baseado na formação de ligações químicas. A teoria de Lewis explica que um ácido é uma substância que é capaz de aceitar um par de elétrons de uma outra substância durante o processo de formação da ligação química, enquanto que a base é uma substância que cede um par de elétrons para formar uma nova ligação. Existem várias outras maneiras em que uma substância pode ser classificada como um ácido ou de uma base, como é evidente na história deste conceito. A acidez pode ser mensurada especialmente por dois métodos. Uma delas, com base na definição de Arrhenius de acidez, é o potencial hidrogeniônico (pH). O pH é definido como o logaritmo decimal do inverso da atividade de íons hidrogênio, a_H+, em uma solução. Assim, as soluções que têm um baixo pH tem alta concentração de íons hidrônio, e pode-se dizer que são mais ácidas. Outra maneira, que tem como base a definição de Bronsted-Lowry, é a constante de dissociação de um ácido (K_a), que medem a capacidade relativa de uma substância para agir como um ácido sob a definição de Bronsted-Lowry. Isto é, as substâncias com um K_a maior são mais propensas a doar íons hidrogênio em reações químicas do que aquelas com menores valores de K_a.

Fase

Em ciências físicas, fase é uma região do espaço (um sistema termodinâmico), no qual todas as propriedades físicas são essencialmente uniformes. Exemplos de propriedades físicas incluem a densidade, índice de refração, magnetização e composição química. Uma descrição mais simples é que uma fase é uma região de um material que é quimicamente uniforme, fisicamente distinta e (frequentemente) mecanicamente separáveis. Num sistema composto por gelo e água num frasco de vidro, os cubos de gelo são uma fase, a água é uma segunda fase e o ar úmido sobre a água é uma terceira fase. A termo fase é usado às vezes como sinônimo de estado da matéria. Além disso, por vezes é utilizado para se referir a um conjunto de estados de equilíbrio demarcados em termos de variáveis de estado, tais como pressão e temperatura por um limite de fase em um diagrama de fases. Como os limites de fase se relacionam às alterações na organização da matéria, tais como a mudança do estado líquido para o estado sólido ou de uma alteração mais sutil de uma estrutura de cristal para o outro, este último uso é semelhante à utilização de fase como sinônimo de estado da matéria. No entanto, o uso dos termos estado da matéria e diagrama de fase não são compatíveis com a definição formal citada acima e o significado pretendido deve ser determinado a partir do contexto em que o termo é utilizado. Diferentes tipos de estados ou fases são considerados com o sólido, líquido e gasoso, o condensado de Bose-Einstein e o plasma, sendo que estes dois últimos são estudados em níveis avançados da física.

Ligação

Uma ligação química ocorre quando uma interação entre os átomos permite a formação de substâncias químicas que contêm dois ou mais átomos. A ligação é provocada por força de atração eletrostática entre as cargas opostas, quer entre elétrons e os núcleos, ou como o resultado de uma atração dipolar. A força das ligações químicas varia consideravelmente em termos energéticos; existem "ligações fortes", como as ligações covalentes ou iônicas e "ligações fracas", tais como interações dipolo-dipolo, a força dispersão de London e ligações de hidrogênio. A muitos compostos, a teoria da ligação de valência, o modelo de repulsão dos pares eletrônicos (VSEPR) e o conceito do número de oxidação são usados para explicar a estrutura molecular e formação das ligações químicas. Outras teorias de ligação, como a teoria do orbital molecular também são muito utilizadas.

Reação

Uma reação química é um processo que leva a transformação de uma substâncias a outra. Classicamente, as reações químicas compreendem alterações que envolvem o movimento dos elétrons na formação e quebra de ligações químicas entre os átomos. A substância (ou substâncias) inicialmente envolvida numa reação química é chamada de reagente. As reações químicas produzem um ou mais produtos, que em geral têm propriedades diferentes das dos reagentes. Reações muitas vezes consistem de uma sequência de subetapas e as descrição exata sobre o curso destas reações ilustram um mecanismo de reação. As reações químicas são descritas com equações químicas que apresentam graficamente os materiais de partida, os produtos finais e os intermediários, por vezes, as condições de reação. Reações químicas acontecem a uma taxa reacional característica a uma dada concentração e temperatura. Reações que ocorrem rapidamente são descritas como espontâneas, que não exigem o fornecimento de energia extra. As reações não espontâneas ocorrem tão lentamente que exigem a introdução de algum tipo de energia adicional (tal como o calor, luz ou de eletricidade), a fim de se completar ou atingir o equilíbrio químico. Diferentes reações químicas são combinadas durante a síntese química, de modo a obter um produto desejado. Em bioquímica, uma série de reações químicas formam as vias metabólicas. Essas reações são geralmente mediadas por enzimas. Essas enzimas catalisam muitas reações que não ocorreriam sob condições presentes no interior de uma célula. O conceito geral de reação química foi estendido para entidades menores do que os átomos, incluindo as reações nucleares, decaimentos radioativos e reações entre partículas elementares, como descrito pela teoria quântica de campos.

Mol

O mol é o nome da unidade de base do Sistema Internacional de Unidades (SI) para a grandeza quantidade de matéria. É uma das sete unidades de base do Sistema Internacional de Unidades. O seu uso é comum para simplificar representações de proporções químicas e no cálculo de concentração de substâncias. O Escritório Internacional de Pesos e Medidas define: “mol é a quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades elementares quanto são os átomos contidos em 0,012 quilograma de carbono-12”.

Redox

Reações redox (redução-oxidação) incluem todas as reações químicas em que átomos têm o seu estado de oxidação alterado por transferência de elétrons, seja pelo ganho (redução) ou perda de elétrons (oxidação). As substâncias que possuem a capacidade de oxidar outras substâncias são chamadas de oxidantes (agentes oxidantes). Do mesmo modo, as substâncias que tem a capacidade de reduzir outras substâncias são ditas redutoras e são conhecidos como agentes redutores. Um redutor transfere elétrons a outra substância, então ele sofre oxidação. A oxidação e redução refletem a alteração no número de oxidação - a transferência efetiva de electrões nunca pode ocorrer. Assim, a oxidação é melhor definida como um aumento no número de oxidação, de redução e como uma diminuição no número de oxidação.

Equilíbrio

Em uma reação química, o equilíbrio químico é o estado em que ambos os reagentes e produtos estão presentes em concentrações e estas não tendem a se alterar com o tempo. Geralmente, este estado resulta quando a reação (produtos para reagentes) prossegue à mesma taxa que a reação inversa (produtos para reagentes). As taxas reacionais de ambas não são iguais a zero, mas sendo iguais, não existem alterações líquidas das concentrações tanto dos reagentes quanto dos produtos. Esse processo é chamado de equilíbrio dinâmico.

Energia

No contexto de Química, a energia é um atributo de uma substância como uma consequência da agregação de sua estrutura atômica ou molecular. Uma vez que uma transformação química gera mudanças na estrutura de uma substância, o processo é invariavelmente acompanhado por um aumento ou diminuição de energia nas substâncias envolvidas. Parte da energia é transferida entre o ambiente e os reagentes sob a forma de calor ou de luz; assim, os produtos de uma reação podem ser mais ou menos energéticos do que os reagentes. A reação é dita ser exergônica a variação da energia livre de Gibbs tem valor negativo, indicando a possibilidade de uma reação espontânea. No caso de endergônicas a situação é inversa. A reação é dito ser exotérmica se liberta calor para o ambiente e as reações exotérmicas absorvem o calor do meio. As reações químicas são invariavelmente impossível, a menos que os reagentes superem uma barreira de energia conhecida como energia de ativação. A velocidade de uma reação química (em dada temperatura T) está relacionada com a energia de ativação E pelo Fator de Boltzmann, e^─E/kTe que expressa a possibilidade de uma molécula ter uma energia maior ou igual a E em dada temperatura T. Esta dependência exponencial da taxa de reação em dada temperatura é conhecida como equação de Arrhenius. A energia de ativação necessária para que uma reação química ocorra pode ser na forma de calor, luz, eletricidade ou força mecânica sob a forma de ultrassom. O conceito de energia livre, que também incorpora considerações sobre entropia, é um meio muito útil para prever a possibilidade de ocorrência de uma reação química e determinar o estado de equilíbrio de uma reação em termodinâmica química. A reação só é possível se a mudança total na energia livre de Gibbs negativa, ∆G ≤ 0 ∆G ≤ 0, e, se for igual a zero, a reação química está em equilíbrio. Existem apenas limitados possíveis estados de energia para elétrons, átomos e moléculas. Estas são determinadas pelas regras da mecânica quântica, que exigem quantização da energia. Os átomos e moléculas em um estado energético estão em estado excitado. Moléculas e átomos que substância neste estado energético são frequentemente muito mais reativos, isto é, mais passíveis de reações químicas. A fase de uma substância é determinada pela sua energia própria e a energia do ambiente. Quando as forças intermoleculares de uma substância é tal que a energia do ambiente não é suficiente para superá-las, ocorrem então as fases mais ordenada, como líquido e sólido, como é o caso com a água (H₂O), um líquido à temperatura ambiente porque as suas moléculas interagem por ligações de hidrogênio. O sulfeto de hidrogênio (H₂S) é um gás a temperatura e pressão padrão porque as suas moléculas interagem por interações dipolo-dipolo, que são mais fracas. A transferência de energia a partir de uma substância química para outra depende do tamanho dos quanta de energia emitidos a partir de uma substância. No entanto, a energia térmica é frequentemente transferida mais facilmente de qualquer substância para outra porque os fônons responsáveis pelos níveis de energia vibracional e rotacional em uma substância têm muito menos energia do que os fótons invocados para a transferência de energia eletrônica. Assim, devido aos níveis de energia vibracional e rotacional serem mais próximos espacialmente mais espaçados do que os níveis eletrônicos de energia, o calor é mais facilmente transferido entre substâncias em relação à luz ou de outras formas de energia eletrônica. Por exemplo, a radiação eletromagnética ultravioleta não é transferida com o máximo de eficiência de uma substância a outra como a energia térmica ou elétrica. A existência de níveis de energia característicos para as diferentes substâncias químicas é útil para a sua identificação por meio da análise de linhas espectrais. Diferentes tipos de espectros são frequentemente utilizados em espectroscopia, por exemplo, o infravermelho e micro-ondas. A espectroscopia também é utilizada para identificar a composição de objetos remotos - como estrelas e galáxias distantes - analisando os seus espectros de radiação.

Química Inorgânica

Química Inorgânica é o campo da química que estuda a estrutura, reatividade e preparação dos compostos inorgânicos e organometálicos. Este domínio abrange todos os compostos químicos, com exceção dos compostos orgânicos, que são temas de estudo da Química Orgânica. A distinção entre as duas disciplinas está longe de ser absoluta e há muita sobreposição, especialmente na disciplina Química Organometálica. A Química Inorgânica tem aplicações em todos os aspectos da indústria química, incluindo catálise, ciência dos materiais, pigmentos, surfactantes, revestimentos, medicamentos, combustíveis e agricultura.

Classificação dos compostos inorgânicos

Os compostos inorgânicos são classificados em quatro grandes grupos: os sais, os óxidos, os ácidos e as bases. Os sais são constituídos de um cátion e um ânion unidos por uma ligação iônica, como por exemplo o brometo de sódio NaBr, que é constituído de um cátion Na⁺ e um ânion de brometo Br⁻. Os sais são caracterizados por um alto ponto de fusão e são maus condutores de eletricidade no estado sólido. Outras características importantes são a solubilidade em água e a facilidade de cristalização. Alguns sais (por exemplo NaCl) são muito solúveis em água e outros (por exemplo BaSO₄) não o são. Um óxido é um composto químico que contém pelo menos um átomo de oxigênio e um outro elemento químico em sua fórmula química. Óxidos de metais contêm tipicamente um ânion de oxigênio no estado de oxidação de -2. A maior parte da crosta terrestre é constituída de óxidos sólidos, resultado de elementos que são oxidados pelo oxigênio no ar ou dissolvido na água. A combustão de hidrocarbonetos produz os dois principais óxidos de carbono: monóxido de carbono e dióxido de carbono. A teoria de Brønsted-Lowry define como bases como aceitadores de íons de hidrogênio, enquanto a teoria de Lewis define bases como doadores de par de elétrons. A teoria mais antiga é a de Arrhenius, que define bases como espécies que liberam ânion hidróxido quando em solução e é estritamente aplicável aos compostos alcalinos. A definição para ácidos segue o raciocínio contrário da definição de base. A teoria de Brønsted-Lowry define como ácidos substâncias que doam íons hidrogênio, enquanto a teoria mais geral de Lewis define ácidos como aceitadores de par de elétrons. A teoria de Arrhenius define como ácidos espécies que liberam íons hidrogênio em solução aquosa.

Química de Coordenação

Os compostos de coordenação tradicionais apresentam metais ligados a pares de elétrons que se encontram nos átomos dos grupos ligantes, tais como H₂O, NH₃, Cl⁻ e CN⁻. Em compostos de coordenação modernos quase todos os compostos orgânicos e inorgânicos podem ser utilizados como ligantes. O metal é geralmente um metal dos grupos 3-13, assim como os trans-lantanídeos e trans-actinídeos. A estereoquímica dos complexos de coordenação pode ser muito rica, como sugerido por Alfred Werner após a separação de dois enantiômeros de [Co((OH)₂Co(NH₃)₄)₃]⁶⁺, uma manifestação precoce de que a quiralidade não é inerente aos compostos orgânicos. Um tema dentro deste tópico é a química supramolecular de coordenação. Exemplos de compostos de coordenação:  [Co(EDTA)]⁻, [Co(NH₃)₆]³⁺, TiCl₄(THF)₂. Os principais elementos da tabela periódica estão nos grupos da 1, 2 e 13-18 (excluindo o hidrogênio), mas devido à sua reatividade, os elementos do grupo 3 (Sc, Y, La) e do grupo 12 (Zn, Cd e Hg) são também geralmente incluídos entre os principais.

Principais compostos de grupo

Compostos do grupo principal são conhecidos desde os primórdios da química como o enxofre elementar e o fósforo branco. Experimentos com oxigênio, O2, realizados por Lavoisier e Priestley não só identificou um gás diatômico importante, mas abriu o caminho para descrever compostos e reações de acordo com razões estequiométricas. A descoberta de uma síntese da amônia bastante prática usando catalisadores de ferro por Carl Bosch e Fritz Haber no início de 1900 impactou a humanidade profundamente, demonstrando a importância da síntese inorgânica. Típicos compostos do grupo principal são SiO₂, SnCl₄, e N₂O. Muitos compostos do grupo principal pode também ser classificados como "organometálicos", uma vez que contêm grupos orgânicos, por exemplo, B(CH₃)₃). Os compostos do grupo principal também ocorrem na natureza, por exemplo, fosfato de DNA e, portanto, podem ser classificados como bioinorgânicos. Por outro lado, os compostos orgânicos que não estão ligados a hidrogênio são classificados como compostos inorgânicos, tais como os fulerenos e os óxidos de carbono. Os compostos que contêm metais do grupo 4 a 11 são considerados compostos de metais de transição. Alguns compostos de um metal do grupo 3 ou 12 são, por vezes, também incorporadas neste grupo, mas também muitas vezes classificados como compostos do grupo principal. Compostos de metais de transição mostram uma química de coordenação rica, variando de tetraedros de titânio (por exemplo, TiCl₄) à geometria quadrado planar de alguns complexos de níquel e complexos de coordenação octaédrica para compostos de cobalto. Uma gama de metais de transição podem ser encontrados em compostos biologicamente importantes, tais como o ferro na hemoglobina. Exemplos de composto contendo metais de transição: pentacarbonilo de ferro e cisplatina.

Química Analítica

Química Analítica é um ramo da Química que visa estudar a composição química de um material ou de uma amostra, usando métodos laboratoriais. É dividida em Química Analítica Quantitativa e Química Analítica Qualitativa. A busca por métodos de análise mais rápidos, seletivos e sensíveis também é um dos objetivos essenciais da Química Analítica. Na prática, é difícil encontrar um método de análise que combinem essas três características e, em geral, qualquer uma delas pode ser suprimida em benefício de outra.

Química Analítica Quantitativa

Em Química, análise quantitativa é a determinação da abundância relativa ou absoluta (muitas vezes expressa como uma concentração) de uma, várias ou todas as substâncias presentes em uma amostra. Vários métodos foram desenvolvidos para este tipo de análise, dentre elas a análise gravimétrica e a análise volumétrica. A análise gravimétrica descreve um conjunto de métodos para a determinação da quantidade de um analito com base na massa sólida. Um exemplo simples é a determinação da quantidade de sólidos em suspensão em uma amostra de água: um volume conhecido de água é filtrado e os sólidos recolhidos no filtro são então pesados. A análise gravimétrica fornece dados precisos sobre a composição de uma amostra e seu tempo de execução pode ser elevado. Já a análise volumétrica, por outro lado, é rápida e os resultados são na maioria dos casos satisfatórios: essas análises consistem basicamente em processos de titulação, também conhecido como titulometria, onde são monitorados os volumes usados nestas etapas. Um reagente, chamado o titulante é preparado como uma solução padrão. Uma concentração conhecida e volume de titulante reage com uma solução de analito ou de titulante, para determinar a concentração. Análise volumétrica pode ser simplesmente uma titulação com base numa reação de neutralização, mas também pode ser uma precipitação ou uma reação de formação de um complexo, bem como a titulação com base em uma reação redox. No entanto, cada método de análise quantitativa tem uma especificação geral, em neutralização, por exemplo, a reação que ocorre é entre um ácido e uma base, a qual produz um sal e água, daí o nome de neutralização. Nas reações de precipitação, a solução padrão é na maioria dos casos de nitrato de prata, que é usada para reagir com os íons presentes na amostra no intuito de formar um precipitado insolúvel. Métodos de precipitação são muitas vezes chamado simplesmente de argentometria. Nos dois outros métodos, a situação é a mesma. A titulação de formação de um complexo é uma reação que ocorre entre os íons de um metal e uma solução padrão que contem na maioria dos casos, o EDTA (ácido etilenodiaminotetra-acético). Em uma titulação redox, a reação é ocorre entre um agente oxidante e um agente redutor.

Química Analítica Qualitativa

Enquanto a análise quantitativa se preocupa em determinar a quantidade de determinada(s) substância(s) em uma amostra, a análise qualitativa usa diversas metodologias clássicas que visam especificar a composição elementar de compostos inorgânicos. É focada principalmente em detectar íons em uma solução aquosa: então para que materiais sólidos sejam analisados, estes devem preferencialmente serem convertidos em soluções, geralmente por um processo denominado digestão. A solução é então tratada com diversos reagentes para testar a reações características de determinados íons, que podem causar mudança da cor da solução em análise, formação de precipitado ou outras mudanças visíveis. De acordo com as suas propriedades, os cátions são classificados em seis grupos. Cada grupo possui um reagente de comum que pode ser utilizado para separá-los a partir da solução. Para se obter resultados significativos, a separação segue uma sequência específica chamada marcha analítica. Outra importante técnica usada para identificar cátions metálicos é o teste da chama: esse procedimento se baseia no espectro de emissão característico para cada elemento, quando em contato com chama. O teste envolve a introdução da amostra em chama e a observação da cor resultante. As amostras geralmente são manuseadas com um fio de platina previamente limpo com ácido clorídrico para retirar resíduos de analitos anteriores. O teste de chama é baseado no fato de que quando uma certa quantidade de energia é fornecida a um determinado elemento químico (no caso da chama, energia em forma de calor), alguns elétrons da última camada de valência absorvem esta energia passando para um nível de energia mais elevado, produzindo o que chamamos de estado excitado. Quando um desses elétrons excitados retorna ao estado fundamental, ele libera a energia recebida anteriormente em forma de radiação. Cada elemento libera a radiação em um comprimento de onda característico, pois a quantidade de energia necessária para excitar um elétron é única para cada elemento. A radiação liberada por alguns elementos possui comprimento de onda na faixa do espectro visível, ou seja, o olho humano é capaz de enxergá-los através de cores. Assim, é possível identificar a presença de certos elementos devido à cor característica que eles emitem quando aquecidos numa chama.

Físico-Química

Físico-Química é o estudo das propriedades físicas e químicas da matéria, incluindo fenômenos macroscópicos, atômicos e subatômicos, sob a ótica das leis e conceitos da física. A Físico-Química aplica os princípios, práticas e conceitos da física como movimento, energia, força, tempo, termodinâmica, mecânica quântica, mecânica estatística e dinâmica para explicar fenômenos químicos.

Disciplinas da Físico-Química

A Físico-Química pode ser subdividida em diversas disciplinas. Dentre estas, podem ser citadas a Química Quântica, a Termodinâmica Química, a Cinética Química, a Mecânica Estatística e a Eletroquímica. A Química Quântica é um ramo da Físico-Química cujo foco principal é a aplicação dos conceitos da mecânica quântica a modelos físicos e experimentais de sistemas químicos. Uma das ferramentas mais usadas nestes estudos é a espectroscopia, por meio do qual a informação sobre a quantização de energia em escala molecular pode ser obtida. Os métodos espectroscópicos mais comuns são a espectroscopia de infravermelho (IV) e de ressonância magnética nuclear (RMN). Os estudos em Química Quântica são bastante teóricos e os trabalhos possuem grande interface com a Química Computacional, visando a calcular as previsões da teoria quântica às espécies poliatômicas. Esses cálculos são realizados em computadores. Com estes meios, os químicos quânticos investigam aspectos envolvidos em reações química como o estado fundamental e excitado de átomos em moléculas e o estado de transição que ocorre durante as reações químicas. Os objetivos principais de Química Quântica incluem o aumento da exatidão dos resultados para pequenos sistemas moleculares e o processamento de moléculas de maiores dimensões, o qual é limitado por um motivo: o tempo de cálculo aumenta quanto maior for o número de átomos de uma molécula. Outro conjunto de questões importantes giram em torno da espontaneidade das reações químicas e e quais as propriedades de uma mistura de compostos químicos. Esses aspectos são estudados pela Termodinâmica Química, que prevê a possibilidade de uma reação prosseguir, a quantidade de energia que pode ser convertida em trabalho e o estudo de propriedades tais como o coeficiente de dilatação térmica, a variação de taxa de entropia de um gás ou de um líquido. A Termodinâmica clássica está mais preocupada com os sistemas em equilíbrio e as mudanças reversíveis. A ideia fundamental da Cinética Química é a existência de um estado de transição de energia elevada quando reagentes são convertidos em produtos, ou seja uma barreira energética. De um modo geral, quanto maior for esta barreira energética, mais lenta será a reação. A segunda ideia fundamental é de que a maioria das reações químicas ocorrem como uma sequência de reações elementares, cada uma com seu próprio estado transição. As questões principais da cinética química incluem como a velocidade de uma reação depende da temperatura e das concentrações dos reagentes e de catalisadores na mistura reacional, bem como a forma como os catalisadores e condições de reação podem ser manipuladas para otimizar a taxa de reação. A medida de quão rápida uma reação pode ocorrer pode ser especificada com apenas poucas amostragens da concentrações e pelo monitoramento da temperatura, ao invés de medir todas as posições e velocidades de cada molécula em uma mistura. Esse é um caso especial de um outro conceito fundamental em Físico-Química: a Mecânica Estatística. A Mecânica Estatística estuda o comportamento de sistemas com elevado número de entidades constituintes a partir do comportamento destas entidades. Os constituintes podem ser átomos, moléculas, íons, entre outros. A Eletroquímica é um ramo da química que estuda reações químicas que ocorrem em uma solução envolvendo um eletrodo (um metal ou um semicondutor) e um condutor iônico (em geral uma solução eletrolítica), envolvendo trocas de elétrons entre o eletrodo e o eletrólito. Esse campo científico abrange todos os processos químicos que envolvam transferência de elétrons entre substâncias, logo, a transformação de energia química em energia elétrica. Quando tal processo ocorre, produzindo transferência de elétrons, produzindo espontaneamente corrente elétrica quando ligado a um circuito elétrico, ou produzindo diferença de potencial entre dois polos, é chamado de pilha ou bateria (que muitas vezes é formada de diversas células). Quando tal processo é proporcionado, induzido, pela ação de uma corrente elétrica de uma fonte externa, este processo é denominado de eletrólise.

Química Orgânica

A Química Orgânica é uma especialidade dentro da química que envolve o estudo científico da estrutura, propriedades, composição, reações e preparação (por síntese ou por outros meios) de compostos contendo carbono e seus derivados. Estes compostos podem conter átomos outros elementos, incluindo o hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, além de halogênios, fósforo, silício e enxofre. Compostos orgânicos formam a base de toda a vida terrena e são estruturalmente bastante diversificados. A gama de aplicação de compostos orgânicos é enorme, sendo os principais componentes de muitos produtos, como plásticos, medicamentos, produtos petroquímicos, alimentos, materiais explosivos e tintas.

Cromatografia e identificação estrutural

Os compostos orgânicos naturais ou mesmo produtos sintéticos estão muitas vezes em misturas e uma variedade de técnicas foram desenvolvidas para avaliar a pureza e separar uma substância da outra. As técnicas mais modernas para separação e análise de amostras orgânicas são a cromatografia líquida de alta eficiência e cromatografia gasosa. Os métodos tradicionais de separação incluem a cristalização, destilação, extração com solvente e por cromatografia em coluna. A espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) é a técnica mais habitualmente utilizada para a determinação da estrutura de compostos orgânicos e permite a atribuição completa da conectividade dos átomos e mesmo a estereoquímica. Outros métodos bastante usados para a análise de compostos orgânico são a espectrometria de massa e a cristalografia. Técnicas como a análise elementar,a espectroscopia de infravermelho, rotação óptica e a espectroscopia UV/visível fornecem dados complementares, não sendo usadas isoladamente para determinação estrutural.

Propriedades físicas

As propriedades físicas dos compostos orgânicos incluem tanto aspectos quantitativos quanto qualitativos. Informação quantitativas incluem o ponto de fusão, ponto de ebulição e índice de refração. As propriedades qualitativas incluem odor, solubilidade, consistência e cor. Os compostos orgânicos, quando comparados aos inorgânicos, possuem baixo ponto de fusão e ebulição, sendo estes valores correlacionados diretamente à polaridade das moléculas e ao seu peso molecular. Alguns compostos orgânicos, especialmente os simétricos, sublimam, isto é eles evaporam sem passar pelo estágio de fusão. Um exemplo bem conhecido de um composto orgânico sublimável é para-diclorobenzeno. Compostos orgânicos não são geralmente muito estáveis a temperaturas acima de 300°C, apesar de algumas exceções existirem. Os compostos orgânicos tendem a ser hidrofóbicos, isso é, elas são menos solúveis em água do que em solventes orgânicos. As exceções incluem compostos orgânicos que contêm grupos ionizáveis, bem como álcoois de baixo peso molecular, aminas e ácidos carboxílicos em que ocorrem a ligação de hidrogênio.

Nomenclatura e estrutura

A nomenclatura destes compostos seguem a sistemática estipulada pelas especificações da IUPAC. Para utilizar a nomenclatura sistemática, deve-se reconhecer a estrutura principal e os substituintes. Nomes não sistemáticos são comuns para moléculas complexas, especialmente para produtos naturais. Assim, a dietilamida do ácido lisérgico ou LSD, desta modo informalmente chamado, é sistematicamente denominado (6aR,9R)-N,N-dietil-7-metil-4,6,6a,7,8,9-hexahidroindolo-[4,3-fg]-quinolina-9-carboxamida. As moléculas orgânicas são descritas por fórmulas estruturais, combinações de desenhos e símbolos químicos. A fórmula de linha é bastante utilizada para representar as molecular orgânicas por ser simples e não ambígua. Neste sistema, os pontos de extremidade e os cruzamentos de cada linha representa um átomo de carbono e os átomos de hidrogênio podem ser notados ou explicitamente assumida para estar presente como implícito no carbono tetravalente. O conceito de grupos funcionais é central na química orgânica, tanto como um meio para classificar estruturas e como para a previsão de suas propriedades físico-químicas. Um grupo funcional é um módulo molecular, e a reatividade de um determinado grupo funcional, dentro de certos limites, é semelhante em diferentes moléculas. As moléculas são classificadas com base em seus grupos funcionais. Álcoois, por exemplo, possuem sempre a subunidade C-OH. Os hidrocarbonetos alifáticos são subdivididos em três grupos de séries homólogas de acordo com seu estado de saturação: parafinas ou alcanos, não possuem quaisquer ligações duplas ou triplas; olefinas ou alcenos, contêm uma ou mais ligações duplas e os alcinos têm uma ou mais ligações triplas. As outras moléculas são classificadas de acordo com os grupos funcionais presentes: álcool, ácido carboxílico, éter, éster, aminas, amida entre outros. Compostos saturados e insaturados existem também como estruturas cíclicas. Os anéis mais estáveis contêm cinco ou seis átomos de carbono. Outra importante classe de compostos orgânicos são os aromáticos: o benzeno é a substância mais conhecida, simples e estável. Estes hidrocarbonetos aromáticos contém diversas ligações duplas conjugadas e que obedecem ao modelo postulado por Kekulé. Outra importante propriedade do carbono é que formam cadeias, ou redes, que são ligados por ligações carbono-carbono. Esse processo de ligação é chamado de polimerização, ao passo que as cadeias ou redes, são chamadas polímeros. O composto de origem é chamado um monômero. Dois grupos principais de polímeros existem: polímeros sintéticos e biopolímeros. Os polímeros sintéticos são artificialmente produzido e são comumente referidos como polímeros industriais.

Reações em Química Orgânica

Reações orgânicas são reações químicas envolvendo compostos orgânicos. A teoria geral dessas reações envolve conceitos de afinidade eletrônica do átomo-chave, impedimento estérico, ácido-base e intermediários reativos. Os tipos de reação básicos são: reações de adição, reações de eliminação, reações de substituição, reações pericíclicas, reações de rearranjo e reações redox. Cada reação possui um mecanismo de reação passo a passo que explica como acontece a sequência reacional, embora a descrição detalhada de alguns passos nem sempre é clara a partir de uma lista de reagentes isolados. O curso passo a passo de qualquer mecanismo de reação pode ser representado usando setas curvas, que indicam a movimentação de elétrons entre os reagentes, intermediários e produtos finais. A Química Orgânica aplicada é chamada de Química Orgânica sintética. A síntese de um novo composto é normalmente uma tarefa de resolução de problemas. Os compostos são sintetizados seguindo uma rota sintética, onde a molécula ganha forma depois de várias etapas de conexão de moléculas menores. A prática de criar novas vias sintéticas para moléculas complexas é chamada de síntese total. Devido a complexidade e a utilização de reagente muitas vezes caros, é necessário um adequado planeamento de cada etapa reacional, sempre visando o máximo rendimento possível.

Bioquímica

Bioquímica é a ciência que estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos. De maneira geral, ela consiste do estudo da estrutura e função metabólica de componentes celulares e virais, como proteínas, enzimas, carboidratos, lipídios, ácidos nucleicos entre outros.

Bioquímica Estrutural

Esse ramo da Bioquímica preocupa-se em estudar os aspectos estruturais das biomoléculas. As quatro principais classes de biomoléculas são os carboidratos, os lípidos, as proteínas e os ácidos nucleicos. Muitas moléculas biológicas são polímeros: neste terminologia, os monômeros são micromoléculas relativamente pequenas que estão ligadas em conjunto para gerar estas grandes macromoléculas. Diferentes macromoléculas podem reunir-se em complexos maiores, muitas vezes necessários para a atividade biológica. Os carboidratos, por exemplo, são constituídos de diversos monômeros chamados monossacarídeos. Alguns destes monossacáridos incluem a glicose (C₆H₁₂O₆), a frutose (C₆H₁₂O₆) e a desoxirribose (C₅H₁₀O₄). Os lipídeos são biossintetizados a partir de uma molécula de glicerol combinado com outras moléculas. Os triglicerídeos, a principal classe de lipídeos, são constituídos por uma molécula de glicerol e três moléculas de ácidos graxos. Os ácidos graxos, também considerados monômeros, podem ser saturados ou insaturados. As proteínas são biomoléculas muito grandes - macro-biopolímeros - sintetizadas a partir de monômeros chamados aminoácidos. Existem 20 aminoácidos essenciais, cada um contendo um grupo carboxilo, um grupo amino e uma cadeia lateral, chamada de grupo "R". O grupo "R" varia entre os aminoácidos, o que faz com que cada um destes aminoácido seja diferente um do outro. Estas diferenças e as propriedades destas cadeias laterais influenciam imensamente a conformação tridimensional de uma proteína. Quando os aminoácidos se combinam, formam uma ligação especial chamada ligação peptídica. Estas são reações de desidratação e os produtos podem ser um peptídeo ou uma proteína. Por fim, os ácidos nucleicos são as biomoléculas envolvidas no armazenamento, transferência e tradução da informação genética: o DNA e os RNAs. Estes ácidos nucleicos possuem elevada massa molecular, e contêm em sua estrutura molecular ácido fosfórico, pentoses (monossacarídeo) e bases purínicas e pirimidínicas. São portanto macromoléculas formadas por nucleotídeos. Os nucleotídeos são a adenina, citosina, guanina, timina e uracila, sendo que timina é presente somente no DNA e a uracila somente no RNA. A adenina liga-se com a timina e a uracila; a guanina e citosina pode ligar apenas uma com a outra.

Bioquímica Metabólica

A Bioquímica Metabólica estuda os processos de anabolismo e catabolismo de biomoléculas, as vias metabólicas e os processos energéticos envolvidos nestas reações químicas. Os carboidratos têm como uma de suas funções o armazenamento de energia. A glicose, dentre as biomoléculas, possui papel central como fonte de energia para a maioria das formas de vida. Os polissacarídeos de reserva são decompostos em seus monómeros: em animais, o glicogênio é degradado enzimaticamente em resíduos de glicose). A glicose é metabolizada principalmente por uma via muito importante de 10 etapas chamada glicólise ou via glicolítica. O resultado líquido desta sequencia de reações para quebrar uma molécula de glicose em duas moléculas de piruvato, é a produção de duas moléculas de ATP (adenosina trifosfato), a fonte de energia das células, juntamente com dois equivalentes reduzidos sob a forma de NADH. Energia também pode ser obtida por meio de processos anaeróbicos, quando as células não contam com a presença de oxigênio suficiente. Estes processos são denominados fermentação. Outras vias importantes são as de biossíntese e degradação de lipídeos. A síntese de ácidos graxos envolve moléculas de acetil-CoA e subsequentemente a esterificação para a produção de triglicerídeos, em um processo chamado de lipogênese. Os ácidos graxos são sintetizados pela ação da enzima ácido graxo sintase, que polimerizam e reduzem as unidades acetil-CoA. As cadeias acílicas são estendidos por um ciclo de reações que adicionam o grupo acetila, reduzem-na a um álcool e desidratam-no a um grupo alceno e depois reduzi-la novamente a um grupo alcano. Os ácidos graxos podem ser subsequentemente convertidos em triglicerídeos, que serão armazenados no fígado e no tecido adiposo. Já a degradação de lipídeos é realizada pelo processo de betaoxidação e ocorre nas mitocôndrias e/ou em peroxissomos para gerar acetil-CoA. Para a maior parte, os ácidos graxos são oxidados por um mecanismo que é similar, mas não idêntico, a reação inversa de síntese de ácidos graxos. Ou seja, dois fragmentos de carbono são removidos sequencialmente da extremidade do ácido, após as etapas de desidrogenação, hidratação e oxidação, para formar um cetoácido, que será então fragmentado em uma reação de tiólise. A acetil-CoA é então convertido em ATP, em última análise, CO₂, H₂O, utilizando o ciclo do ácido cítrico e a cadeia transportadora de elétrons. É interessante notar que por este fato, o Ciclo de Krebs pode começar em acetil-CoA, quando a gordura está sendo usado como fonte de energia quando há pouca ou nenhuma disponível. O rendimento energético da oxidação completa de uma molécula de ácido palmítico, por exemplo, é de 106 moléculas de ATP. Ácidos graxos insaturados e com número ímpar de átomos de carbono requerem passos adicionais para a degradação enzimática.

Sonoquímica

Sonoquímica é o ramo da química que estuda o uso de ondas sonoras de alta frequência (ultrassons) para a promoção de reações químicas. A cavitação acústica gerada por métodos sonoquímicos possibilita a produção de compostos como TiO₂ (dióxido de titânio), H₂O₂ (peróxido de hidrogênio), radicais livres e outros.

Química e sociedade

A aplicação da Química aos processos industriais e o desenvolvimento de novos produtos trouxe, sem dúvida, inestimáveis benefícios a toda a humanidade. O descobrimento de medicamentos - como exemplo a penicilina e o taxol - provenientes de fontes naturais e a possibilidade de obter substâncias sintéticas em laboratório - como a dipirona e o omeprazol - proporcionou alívio e a cura de diversas doenças. Consequentemente, a expectativa de vida população aumentou. Além de medicamentos, a pesquisa na área química gerou o desenvolvimento de novos combustíveis, materiais como o polietileno e o náilon, produtos cosméticos e de higiene pessoal, alimentos, petroquímicos, tintas e vernizes entre outros. Acompanhando o desenvolvimento dos processos químicos industriais, problemas gerados pelo descarte inadequando de substâncias e produtos químicos acarretaram novos problemas, como a poluição ambiental. Diante dessas consequências indesejáveis, coube aos profissionais químicos não somente o desenvolvimento novos produtos e processos químicos eficientes, mas planejar que estes não fossem poluentes, evitando os danos causados por algumas substâncias químicas. Propostas e ações de remediação ambiental, visando a correção de áreas afetadas bem como o aproveitamento racional dos recursos naturais são preocupações inerentes a estes profissionais. A profissão de químico é regulamentada e a ele são atribuídos o magistério, a atuação em ambientes industriais e de pesquisa. A gama de atividades ainda envolvem o projeto, planejamento e controle de produção; desenvolvimento de produtos; operações e controle de processos químicos; saneamento básico; química forense; tratamento de resíduos industriais; segurança; gestão de meio ambiente e, em alguns casos específicos, vendas, assistência técnica, planejamento industrial e direção de empresas. O primeiro laboratório para ensino de Química em Portugal foi o Laboratório Chimico instalado na Universidade de Coimbra. Foi edificado em 1772 a mando do Marquês de Pombal e hoje abriga o Museu da Ciência da Universidade de Coimbra. No Brasil, a Química se tornou uma disciplina em uma série de instituições após a chegada da corte portuguesa ao país em 1808. A primeira dessas disciplinas foi ministradas em cursos existentes na Real Academia Militar, fundada em 1810 no Rio de Janeiro pelo príncipe regente João VI de Portugal. Devido à falta de pessoal local para o cargo de professor de Química, o químico britânico Daniel Gardner foi contratado para exercer essa função. Ele ocupou a cadeira até a sua aposentadoria, em 1825. Os cursos de Química são generalistas - privilegiando a Química Orgânica, Química Inorgânica, Química Analítica, Físico-Química e Bioquímica -, com aulas teóricas e experimentais. A primeira metade do curso contempla também disciplinas como Cálculo Diferencial e Integral e Física, fundamentais para aprofundamento em determinados assuntos. Muitos faculdades permitem a escolha de opções no decorrer da graduação: formação de professores de Química (com disciplinas pedagógicas e estágio em estabelecimentos de ensino); Química Básica (para os alunos que possuem interesse em pesquisa básica e/ou desejam seguir os estudos na pós-graduação e a Química Industrial (o aluno cursa um rol de disciplinas que permitem uma visão sobre operações industriais, além do estágio em indústrias). Outras faculdades oferecem a habilitação já na matrícula, como Química Industrial, Tecnológica, Ambiental, de Alimentos, Petróleo ou Têxtil. Dentre as importantes sociedades científicas nas comunidades lusófonas, podem ser citadas a Sociedade Brasileira de Química e a Sociedade Portuguesa de Química. Essas instituições são destinadas a cuidar de assuntos de mérito da Química, em seus aspectos científicos, epistemológicos, metodológicos e pragmáticos. Essas sociedades são abertas a participação de profissionais em Química e áreas afins e atuam no desenvolvimento e consolidação da comunidade, na divulgação da Química e de suas relações, aplicações e consequências para o desenvolvimento do país e para a melhoria da qualidade de vida dos cidadãos. Diversas competições científicas, nacionais e internacionais, foram criadas para estimular o interesse pela química no meio estudantil. Desde 1986, o Brasil promove a Olimpíada Brasileira de Química. A primeira Olimpíada Iberoamericana de Química foi realizada no ano de 1995, em Mendoza (Argentina). Em 1968, a cidade de Praga, na então República Tcheca, sediou a primeira Olimpíada Internacional de Química. O ano de 2011 foi considerado o Ano Internacional da Química, em resultado da reunião da Assembleia Geral das Nações Unidas (AGNU), que decorreu em 31 de julho a 6 de agosto de 2009, em Glasgow, na Escócia. A agenda de comemorações foi organizada pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e pela Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (UNESCO). O objetivo do Ano Internacional da Química foi celebrar as contribuições da química para o bem-estar da humanidade, com ênfase à importância da química para os recursos naturais sustentáveis. Em 2011 também foi comemorado o centenário da primeira vez que o Prêmio Nobel de Química foi entregue a uma mulher, Marie Curie, por suas pesquisas com radioisótopos. Foi a primeira vez também que uma mulher ganhava uma das cinco modalidades do prêmio. Este fato motivou diversas celebração pela contribuição das mulheres à ciência durante a Ano da Química. O Prêmio Nobel é atribuído anualmente pela Academia Real das Ciências da Suécia a diversos cientistas de diferentes campos, entre eles a química. A premiação foi criada a partir do desejo de Alfred Nobel de galardoar personalidades que contribuíssem para o bem-estar da humanidade. Este prêmio é administrado pela Fundação Nobel, adjudicado por um comité constituído por cinco membros eleitos pela Academia Real das Ciências da Suécia. O primeiro Nobel de Química foi atribuído em 1901 a Jacobus Henricus van't Hoff, dos Países Baixos, por sua descoberta das leis da dinâmica da Química e pressão osmótica em soluções.

Profissionais da Química

No Brasil, atualmente são considerados profissionais afins da ciências químicas, com registro nos Conselhos Federais e Regionais de Química:

• Engenharia Química e semelhantes (Engenharia de alimentos, por exemplo) 
• Bacharel em Química
• Bacharel em Química Industrial ou Química tecnológica
• Bacharel em Bioquímica
• Licenciado em Química
• Técnicos em modalidades da química

Referências
https://pt.wikipedia.org/wiki/Química

Biografia de Morris William Travers

Capa do livro de Keith Kostecka.

Morris William Travers nasceu em Londres, a 24 de Janeiro de 1872, e, faleceu em Gloucestershire, a 25 de Agosto de 1961. Morris Travers foi um químico inglês. Juntamente com William Ramsay descobriu os elementos químicos xenônio, neônio e criptônio.

Vida

Travers estudou na University College, onde começou a trabalhar com William Ramsay. Em 1906 viajou para Bangalore como diretor do novo Indian Institute of Science, mas retornou à Grã-Bretanha quando estalló a Primera Guerra Mundial estourou, onde dirigiu a fabricação de vidro na Duroglass Limited. Em 1920, trabalhou com fornos de alta temperatura e tecnologia de combustível, incluindo a gaseificação de carvão. Entre 1894 e 1908, Ramsay identificou o que foi chamado de gases nobres ou inertes: criptônio, xenônio e radônio. Travers ajudou Ramsay a determinar as características dos gases, argônio e hélio recém-descobertos. Eles também aqueceram minerais e meteoritos em busca de outros gases, mas não encontraram nenhum. Em 1898 eles obtiveram uma grande quantidade de ar líquido e submeteram a destilação fracionada. A análise espectral da fração menos volátil revelou a presença de criptônio. Eles examinaram a fração de um componente de argônio no ponto de menor ebulição, encontrando neônio. Finalmente, o xenônio foi descoberto por espectroscopia, sendo menos volátil que o criptônio. Travers continuou sua pesquisa em criogenia e fez as primeiras medições precisas da temperatura dos gases líquidos. Ele também ajudou a construir várias fábricas experimentais de ar líquido na Europa.

Referências
https://pt.wikipedia.org/wiki/Morris_William_Travers
https://es.wikipedia.org/wiki/Morris_Travers

Grafeno e as suas várias utilizações

Representação gráfica do grafeno, um retículo hexagonal feito inteiramente de átomos de carbono. (Imagem: AlexanderAlUS - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphen.jpg).

O grafeno é uma das formas cristalinas do carbono, assim como o diamante, o grafite, os nanotubos de carbono e fulerenos. Esse material, pode ser considerado tão ou mais revolucionário que o plástico e o silício. Quando de alta qualidade, costuma ser muito forte, leve, quase transparente, um excelente condutor de calor e eletricidade. É o material mais forte já encontrado, consistindo em uma folha plana de átomos de carbono densamente compactados em uma grade de duas dimensões. É um ingrediente para materiais de grafite de outras dimensões, como fulerenos 0D, nanotubos 1D ou grafite 3D. Basicamente, o grafeno é um material constituído por uma camada extremamente fina de grafite, com a diferença de que possui uma estrutura hexagonal cujos átomos individuais estão distribuídos, gerando uma fina camada de carbono. Na prática, o grafeno é o material mais forte, mais leve e mais fino (espessura de um átomo) que existe. Para se ter ideia, 3 milhões de camadas de grafeno empilhadas têm altura de apenas 1 milímetro. Teoricamente seria superado, em resistência e dureza, pelo carbono acetilênico linear (carbino). O termo grafeno foi proposto como uma combinação de grafite e o sufixo -eno por Hanns-Peter Boehm. Foi ele quem descreveu as folhas de carbono em 1962. Na época em que foi isolado, muitos pesquisadores que estudavam nanotubos de carbono já estavam bem familiarizados com a composição, a estrutura e as propriedades do grafeno, que haviam sido calculadas décadas antes. A combinação de familiaridade, propriedades extraordinárias e surpreendente facilidade de isolamento permitiu uma explosão nas pesquisas sobre o grafeno. O Prêmio Nobel de Física de 2010 foi atribuído a Andre Geim e Konstantin Novoselov da Universidade de Manchester por experiências inovadoras em relação ao grafeno.

Descrições

O grafeno é uma folha plana de átomos de carbono em ligação sp2 (Hibridização ou hibridação é o processo de formação de orbitais eletrônicos híbridos. Em alguns átomos, os orbitais dos subníveis atômicos s e p se misturam, dando origem a orbitais híbridos sp, sp² e sp³) densamente compactados e com espessura de apenas um átomo, reunidos em uma estrutura cristalina hexagonal. O nome vem de grafite + -eno; o grafite em si consiste de múltiplas folhas arranjadas uma sobre a outra. O nome grafeno foi apresentado pela primeira vez em 1987 por S. Mouras e colaboradores enquanto estudavam as camadas de grafite intercaladas por compostos. O grafeno foi oficialmente definido na literatura química em 1994 pela IUPAC como:

Uma única camada da estrutura grafítica pode ser considerada como o último membro da série de naftalenos, antracenos, coronenos, etc., e o termo "grafeno" deve, portanto, ser utilizado para designar a camada individual de carbono em compostos de intercalação de grafite. O uso do termo "camada de grafeno" é também considerada para a terminologia geral dos carbonos.


Construção do grafeno

Grafeno é feito de HOPG (Grafite Pirolitico Altamente Orientado) e possui estrutura hexagonal do tipo honeycomb (favo de mel). O carbono pirolítico é um material semelhante ao grafite, mas com alguma ligação covalente entre suas folhas de grafeno como resultado de imperfeições em sua estrutura. Geralmente é produzido aquecendo um hidrocarboneto quase até à sua temperatura de decomposição, e permitindo que o grafite cristalize (pirólise). Um método é aquecer as fibras sintéticas no vácuo. Outro método é colocar as sementes em um prato com gás muito quente para coletar o revestimento de grafite. É usado em aplicações de alta temperatura como cones de míssil, motores de foguete, protetores térmicos, fornos de laboratório, reforçados com grafite, plástico e em próteses biomédicas. As melhores amostras de HOPG têm mosaicos de amplitude inferiores a 1 grau. O método usado para produzir o HOPG é baseado no processo usado para fazer grafite pirolítica, mas com tensão de tração adicional na direção do plano basal. Isso produz um melhor alinhamento dos cristalitos de grafite e um espaçamento interplanar próximo ao observado na grafita natural. A "recristalização do estresse" do grafite foi descrita pela primeira vez por Lionel Cyril Francis Blackman e Alfred Ubbelohde em 1962.


Propriedades

O grafeno é um material que possui propriedades únicas, devido a sua alta mobilidade eletrônica, por volta de 2*〖10^5 (cm^3)/Vs〗^ ele se torna um dos melhores materiais condutores que existem, senão o melhor. O grafeno também um dos melhores condutores térmicos e o material com o maior módulo de Young (módulo de Thomas Young ou módulo de elasticidade é um parâmetro mecânico que proporciona uma medida da rigidez de um material sólido) existente, por volta de 1TPa ou seja é um dos materiais mais resistentes e duros da atualidade, é um dos únicos materiais 2D existentes, devido a sua espessura atômica. As propriedades óticas do grafeno também são excelentes, onde o material é capaz de absorver até 2.3% da luz, além de ter um índice de reflexão de apenas 0.1%. Devido as suas propriedades excepcionais o grafeno é um material multifuncional, podendo ter uma diversa gama de aplicações, desde eletrônica e ótica até aplicações biológicas.

Métodos de extração

Esfoliação mecânica

Em 2004 o grafeno foi obtido por separação mecânica de folhas de grafeno a partir de pequenas placas de 1 milimetro de espessura de grafite grafite pirolítico altamente orientado. Primeiramente, foram preparadas plataformas de 5 μm de profundidade no topo das plaquetas de HOPG usando ataque químico seco em plasma de oxigênio. A superfície das plataformas foi então pressionada contra uma camada fotorresistiva de 1 μm de espessura sobre um substrato de vidro para colar as plataformas à camada fotorresistente. Em seguida, usando fita adesiva repetidamente foi feita uma descamação de flocos de grafite das plataformas. Alguns flocos foram capturados pela superfície de um disco de silício/óxido de silício. Esta abordagem mostrou ser altamente confiável e permitiu preparar filmes multicamadas de grafeno de até 10 μm. O método de esfoliação mecânica é um método de baixo rendimento, delicado e demorado, o que o torna inviável comercialmente, apesar de ser um método simples que mantém elevada integridade estrutural e eletrônica do grafeno.


Colagem Anódica

É um outro método de esfoliação mecânica, que foi desenvolvido com a intenção de superar as limitações impostas pelo método original de esfoliação, no caso o tamanho da amostra e a produção em larga escala. Nesse método o Grafite pode ser colado em borosilicato ou qualquer substrato potencialmente isolante com condutividade iônica e, em seguida, fragmentada para deixar uma ou poucas camadas de grafeno sobre o substrato, identificadas opticamente e com espectroscopia Nesse método o ânodo de grafite é disposto sobre a amostra e o cátodo em contato com a parte traseira do substrato de Pirex. O substrato de vidro com o grafite montado sobre ele é aquecido de modo que a temperatura da interface seja de aproximadamente 200°C. Quando a temperatura é estabilizada uma diferença de potencial é aplicada. Após a colagem o grafite é removido deixando várias áreas de ligação na superfície do vidro. Essas áreas são esfoliadas utilizando a fita adesiva resultando em áreas transparentes que correspondem a camadas de grafeno.

Crescimento epitaxial sobre SiC

Nesse método a preparação da superfície é feita por oxidação ou ataque de H2. Em seguida, as amostras são aquecidas por bombardeamento de elétrons em vácuo ultra-alto (UHV; pressão 1 × 10-10 Torr) até 1000°C. Depois, são aquecidas a temperaturas que variam de 1250 a 1450°C por 1- 20 minutos. Sob essas condições, algumas camadas finas de grafite são formadas, com uma espessura que determinada pela temperatura de reação. A vantagem desse método é que o mesmo possibilita, uma produção em larga escala, com uma qualidade elevada, porém acaba por ser um método caro e de baixo rendimento.

Clivagem Ultrassônica

É um método desenvolvido que dispersa o grafite em soluções de surfactante em água com o auxilio de ultrassons. É basicamente um método de esfoliação em larga escala onde é possível obter grandes quantidades de grafeno multicamadas, e pequenas quantidades de grafeno monocamada.

Redução Térmica

A redução térmica se baseia no rápido aquecimento do óxido de grafeno sob um gás inerte por volta de 1000°C. Porém a decomposição pode provocar sérios defeitos estruturais na estrutura do grafeno, o que pode prejudicar as propriedades condutoras do material, porém é um método de baixo custo que pode ser aplicado em larga escala.


Novas aplicações

Mais recentemente, empresas de semicondutores realizaram testes a fim de substituir o silício pelo grafeno devido à sua altíssima eficiência em comparação ao silício. Em teoria, um processador, ou até mesmo um circuito integrado, poderia chegar a mais de 500 GHz. O silício, por sua vez, trabalha abaixo de 5 GHz. O uso de grafeno proporcionaria equipamentos cada vez mais compactos, rápidos e eficientes, mas o grafeno é tão bom condutor que ainda não se sabe como fazer com que pare de conduzir, formando assim o sistema binário. Um grupo de cientistas chineses, liderados por Qunweu Tang, Xiaopeng Wang, Peishi Yang e Benlin He, desenvolveu uma placa fotovoltaica que é capaz de produzir energia a partir dos raios solares e também pelas gotas de chuva, sendo eficiente independente das condições climáticas, graças ao grafeno. Os trabalhos revolucionários sobre o grafeno valeram o Nobel da Física de 2010 ao cientista russo-britânico Konstantin Novoselov e ao cientista neerlandês nascido na Rússia Andre Geim, ambos da Universidade de Manchester. Uma das aplicações mais recentes do grafeno foi a criação em laboratório de supercapacitores, que podem ser utilizados em baterias e carregam mil vezes mais rápido que as baterias de hoje em dia. O óxido de grafeno também pode extrair substâncias radioativas das soluções de água. A descoberta do fenômeno deve possibilitar a purificação da água (incluindo as águas subterrâneas) contaminada por radiação, tal como ocorreu na área afetada pelo acidente nuclear de Fukushima. No ano de 2015, uma equipe de investigadores da Universidade de Aveiro desenvolveu sacos de chá, com óxido de grafeno, capazes de remover, com eficácia, metais pesados de águas. Para cada dez miligramas de óxido utilizado foi possível remover, ao fim de 24 horas, 95% de mercúrio numa amostra de um litro de água. A remoção dos metais é explicada pelo fenômeno de adsorção. O grafeno também pode ser usado para melhorar as características estruturais de objetos. Um exemplo disso seriam raquetes de tênis. Em seu site, a fabricante de raquetes de tênis HEAD anuncia um modelo que conta com grafeno em sua composição. Segundo a empresa, o material permite a melhor distribuição do peso e dá mais velocidade ao saque de jogadores. Além disso, o grafeno pode ser utilizado, dentre outras aplicações, em:

• Desintoxicação de água - Um estudo de cientistas da Rice University identificou que o óxido de grafeno tem entre suas propriedades a capacidade de remover material radioativo de água contaminada.
• Filtragem de água - Outro trabalho, agora da universidade inglesa de Manchester, mostrou que o grafeno é impermeável a tudo, exceto uma coisa: água - o que pode ajudá-lo a filtrá-la.
• Embalagem de alimentos - Um papel antibactérias para embalar alimentos foi criado na Universidade de Xangai. Feito à base de grafeno, ele só é permeável à água e inibe o crescimento de micro-organismos.
• Fabricação de preservativos - Dois projetos de preservativo feitos a partir de grafeno estão sendo financiados pela Fundação Bill e Melinda Gates. A escolha do material se deve à sua impermeabilidade.
• Transmissão de radiofrequências - Na universidade americana de Columbia, engenheiros usaram o grafeno para desenvolver o menor transmissor de frequência modulada (FM) de que se tem notícia.
• Captura de fotografias - Cientistas da Nanyang Technological University, em Singapura, usaram a sensibilidade à luz do grafeno para criar um sensor para câmeras 10 vezes melhor que os atuais.
• Reparo de aviões - Compósitos (materiais cuja estrutura é constituída por uma combinação de dois ou mais produtos não solúveis entre si) plásticos feitos a partir de grafeno podem ser úteis para reparar danos em carros e aviões - em função da resistência e leveza deste material.
• Recarga de baterias - Ricarhd Kaner, pesquisador da Universidade da Califórnia, desenvolveu a partir do grafeno baterias para smartphones e notebooks que são inteiramente recarregadas em cinco e 10 segundos, respectivamente.
• Captação de energia fotovoltaica - Na Universidade da Flórida, pesquisadores usaram o grafeno para confeccionar um painel que capta energia solar. Experiências do tipo também alcançaram sucesso em Oxford.
• Detecção de vazamentos de gás - A capacidade de armazenar amônia e outros gases torna o grafeno útil na detecção de vazamentos. A utilidade foi descoberta por pesquisadores de China e EUA em parceria.
• Extensão da vida útil de componentes eletrônicos - Estudo da Chalmers University of Technology, na Suécia, revelou que aplicar uma camada de grafeno esfria e, por isso, estende a vida útil de componentes eletrônicos.
• Transmissão de dados - Pesquisadores da universidade americana Georgia Tech estão desenvolvendo uma antena de grafeno capaz de transferir um terabyte de dados em apenas um segundo.
• Armazenamento de dados - As propriedades do grafeno permitiram a cientistas da Swinburne University of Technology desenvolver um disco capaz de armazenar três vezes mais dados que um Blu-ray.
• Aumento da performance de chips - A IBM está usando grafeno e silício combinados para desenvolver um novo tipo de chip mais potente, que deve chegar ao mercado em breve.

Produção

O grafeno foi produzido pela primeira vez em 2004, em Manchester, Reino Unido. Atualmente, a empresa que lidera a produção de sensores e eletrônicos feitos de grafeno é a Graphene Frontiers, localizada na Pensilvânia - Estados Unidos. Em Março de 2012, um grupo de pesquisadores das universidades do Cairo e da Califórnia descobriu um método de produção de grafeno, extremamente eficiente e barato. Aplicando a radiação laser de um gravador de DVD LightScribe sob um filme de óxido de grafite produziu uma camada finíssima de grafeno, de alta qualidade e muito resistente, excelente para funcionar como capacitor ou semicondutor.

Produção no Brasil

Um dos projetos pioneiros para a produção de grafeno no mercado brasileiro está sediado em Minas Gerais. A iniciativa, que começou em Junho de 2016, prevê investimentos da Companhia de Desenvolvimento Econômico de Minas Gerais (Codemig) da ordem de R$ 21,3 milhões, em três anos, para desenvolver a tecnologia e implantar uma fábrica piloto no Brasil. Denominado MG Grafeno, o projeto é realizado em parceria com o Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear/Comissão Nacional de Energia Nuclear (CDTN/CNEN), por meio do Laboratório de Química de Nanoestruturas de Carbono (LQN), e com a Universidade Federal de Minas Gerais, por intermédio do Departamento de Física. A futura planta, com capacidade instalada para até 30 kg de grafeno por ano, deverá ser construída na Região Metropolitana de Belo Horizonte. A estatal mineira diz que serão produzidas soluções que possam atender ao mercado, considerando que o grafeno será um ativo tecnológico customizado, conforme as necessidades da aplicação, não se limitando a um nicho específico. O projeto também prevê a demonstração e a adequação do material produzido a aplicações como baterias, compósitos poliméricos, filmes finos condutores, sensores/dispositivos, dentre outras, permitindo a atração de parceiros industriais. Além disso, existem universidades brasileiras com diversas pesquisas na área, algumas já produzindo Grafeno. Alguns exemplos de locais onde o Grafeno está sendo produzido no Brasil:

• Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG) - desenvolve um método de produção de grafeno através da extração de grafite de pilhas usadas.
• Universidade de Brasília - Campus Gama (UnB – FGA).
• Universidade Presbiteriana Mackenzie Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).

Referências

https://pt.wikipedia.org/wiki/Grafeno

Biografia de Hans Christian Oersted

Hans Christian Ørsted

Hans Christian Ørsted. Nasceu em Rudkøbing, a 14 de Agosto de 1777, e, faleceu em Copenhague, a 9 de Março de 1851. Hans Christian Ørsted foi um físico e químico dinamarquês. É conhecido sobretudo por ter descoberto que as correntes elétricas podem criar campos magnéticos que são parte importante do Electromagnetismo. As suas descobertas moldaram a filosofia pós-kantiana e os avanços na ciência durante o final do século XIX. Foi também o primeiro pensador moderno a descrever explicitamente e denominar a experiência mental.

Juventude e estudos

Ørsted desenvolveu o seu interesse pela ciência enquanto jovem devido ao seu pai, Søren Christian Ørsted, que era dono de uma farmácia. Ele e o seu irmão, Anders Sandøe Ørsted, receberam a maior parte da sua educação inicial em casa como autodidatas, partindo para Copenhague em 1793 com o fim de realizar os exames de entrada na Universidade de Copenhague. Ambos os irmãos passaram e distinguiram-se academicamente na Universidade. Por volta de 1796, Ørsted recebeu honrarias pelos seus artigos sobre estética e física. Em 1801, Hans recebeu uma bolsa de estudo para viajar e um subsídio estatal que o possibilitaram de passar três anos viajando pela Europa. Na Alemanha conheceu Johann Wilhelm Ritter, um físico que acreditava na existência de uma ligação entre eletricidade e magnetismo. A existência dessa ligação fez sentido para Ørsted, uma vez que acreditava na unidade da natureza, e, como tal, que haveria necessariamente uma ligação entre muitos fenômenos naturais. As conversações entre ambos levaram Ørsted ao estudo da física. Tornou-se professor na Universidade de Copenhague em 1806 e continuou a sua pesquisa sobre a corrente eléctrica e a acústica. Sob a sua orientação, a Universidade desenvolveu um programa de física e química ampliado e instituiu novos laboratórios.

Eletromagnetismo

Enquanto se preparava para uma palestra na tarde de 21 de Abril de 1820, Ørsted desenvolveu uma experiência que forneceu evidências que o surpreenderam. Enquanto preparava os seus materiais, reparou que a agulha de uma bússola deflectia do norte magnético quando a corrente elétrica da bateria que estava a usar era ligada e desligada. Esta deflexão convenceu-o que os campos magnéticos radiam a partir de todos os lados de um fio carregando uma corrente eléctrica, tal como ocorre com a luz e o calor, e que isso confirmava uma relação direta entre eletricidade e magnetismo. À época desta descoberta, Ørsted não sugeriu nenhuma explicação satisfatória para o fenômeno, nem tentou representar o fenômeno numa estrutura matemática. No entanto, três meses mais tarde deu início a investigações mais intensivas. Pouco depois publicou as suas descobertas, provando que a corrente eléctrica produz um campo magnético à medida que flui através de um fio. A unidade CGS da indução eletromagnética (Oersted) foi assim designada em honra dos seus contributos no campo do electromagnetismo. As suas descobertas resultaram numa pesquisa intensa em electrodinâmica por parte da comunidade científica, influenciando o desenvolvimento de uma forma matemática única que representasse as forças magnéticas entre condutores portadores de corrente por parte do físico francês André-Marie Ampère. As descobertas de Ørsted representaram também um grande passo em direção a um conceito de energia unificado.

Alumínio

Em 1825, Ørsted deu um contributo significativo à química ao produzir alumínio pela primeira vez. Embora uma liga metálica alumínio-ferro tenha sido anteriormente desenvolvida pelo cientista e inventor britânico Humphry Davy, Ørsted foi o primeiro a isolar o elemento através da redução do cloreto de alumínio.

Oersted (unidade)

Oersted é a unidade CGS de intensidade do campo magnético (ou intensidade magnética).

Definição

1 Oersted (1 Oe) vale exatamente Ampères por metro, o que equivale a aproximadamente 79,6 A/m.

Denominação

A unidade recebeu esse nome em homenagem a Hans Christian Ørsted, que descobriu, em 1820, que as correntes elétricas podem criar campos magnéticos, estabelecendo assim um dos marcos iniciais do estudo do Eletromagnetismo.

Poesia

Ørsted foi também um poeta e escritor com obras publicadas. A sua série poética Luftskibet ("A Aeronave") foi inspirada pelos voos de balão do seu amigo físico e mágico de cena Étienne-Gaspard Robert.

Morte e legado

Ørsted morreu em 1851, e foi enterrado no Cemitério Assistens em Copenhague. A nota de 100 coroas dinamarquesas lançada de 1950 a 1970 apresenta uma gravura de Ørsted. Atualmente, os edifícios que abrigam o Departamento de Química e o Instituto de Ciências Matemáticas da Universidade de Copenhague são designados por Instituto Hans Christian Ørsted em sua homenagem. O primeiro satélite dinamarquês, lançado em 1999, foi designado 'Danny Kaye' Ørsted também em sua honra. Em 14 de Agosto de 2009 o Google comemorou o seu nascimento apresentando um logótipo temático dedicado a Christian Ørsted.

Assinatura

Referências

https://pt.wikipedia.org/wiki/Hans_Christian_Oersted
https://pt.wikipedia.org/wiki/Oersted_(unidade)