sexta-feira, 30 de outubro de 2009

Percursores da química

A evolução da química prática está diretamente ligada ao desenvolvimento das técnicas utilizadas pelo homem para dominar e transformar a natureza. A história da química enquanto ciência começa quando o homem vai além da mera aplicação das receitas práticas e começa a perguntar como e por que elas funcionam. A evolução da ciência química está vinculada às investigações sobre a composição e a estrutura da matéria um campo de estudos que partilha com a física. Enquanto os físicos investigam as forças internas que regem a formação da matéria, os químicos estudam como ela se combina para formar as diferentes substâncias presentes na natureza.
TEORIA ATÔMICA DOS GREGOS
Na cultura ocidental, os gregos da época clássica são os primeiros a teorizar sobre a composição da matéria. As idéias de átomo e elemento, centrais em todo o desenvolvimento da química, surgem na Antiguidade. Leucipo, de Mileto, e Demócrito, de Abdera, ao discutirem a constituição do Universo, no século V a.C., consideram que ele é formado por vácuo e por partículas muito pequenas e indivisíveis, os átomos. Aristóteles, no século IV a.C., em suas reflexões sobre a composição da matéria, conclui que a natureza é formada por quatro elementos: terra, água, ar e fogo. Ele também desenvolve a idéia de "qualidades elementares": o fogo tem as qualidades calor e secura; o ar, calor e umidade; a terra, frio e secura; e a água, frio e umidade.
ALQUIMIA
Do século III da era cristã até o final da Idade Média, o desenvolvimento das chamadas artes químicas está vinculado à alquimia, um misto de ciência, religião e magia que surge simultaneamente entre os árabes, egípcios, gregos e chineses . Os árabes, durante a Idade Média, aprendem e desenvolvem os conhecimentos alquímicos construídos pelos povos do Mediterrâneo. Com a expansão islâmica, a partir do século VII, eles introduzem a alquimia na Espanha, de onde se espalha para o resto da Europa e atinge o apogeu entre os séculos XIII e XV. Historiadores da ciência consideram que a linguagem usada pelos alquimistas está na origem da nomenclatura da química atual. No entanto, a caracterização da alquimia como uma pré-química é polêmica. Para muitos cientistas, o aspecto mágico prevalecente na alquimia impede a construção de um conhecimento de caráter científico.Pedra filosofal – Os alquimistas associam valores espirituais aos diferentes tipos de materiais existentes na natureza e acreditam que esses materiais podem evoluir para formas mais puras. O ferro, por exemplo, "nasceria" no interior da terra e passaria por um longo processo de evolução até se transformar em metais "superiores", como a prata ou o ouro. Essa evolução poderia ser acelerada na presença de uma força espiritual, a chamada pedra filosofal, desde que manipulada por alguém evoluído espiritualmente. Em seus laboratórios, os alquimistas buscam a transmutação dos metais comuns em ouro e também o elixir da longa vida duas provas de que teriam atingido a máxima evolução espiritual. Adotam uma linguagem secreta carregada de símbolos místicos e transmitem seus conhecimentos apenas para os iniciados.Técnicas alquímicas – Os alquimistas aperfeiçoam várias técnicas e instrumentos para a manipulação de materiais. Usam destiladores – aparelhos para aquecimento e extração de essências vegetais –, descobrem novas substâncias e transformações químicas e aprofundam o conhecimento sobre os metais.
Química clássica
A química começa a se constituir como ciência a partir do século XVII. A aplicação do método experimental e o aperfeiçoamento dos instrumentos de medidas aumentam os conhecimentos sobre a estrutura e comportamento dos materiais. Com a realização de experiências em laboratórios e medições criteriosas das substâncias em cada fase dos experimentos os cientistas vão, aos poucos, formulando explicações racionais para fenômenos antes considerados mágicos.Elementos químicos – O inglês Robert Boyle é um dos primeiros a estabelecer vínculos teóricos para a interpretação dos fatos observados experimentalmente. Ele sintetiza as correntes de pensamento que se preocupam com a experimentação em química e redefine conceitos fundamentais, como o de elemento químico. Para Boyle, elementos químicos são os corpos mais simples a partir dos quais são formados os corpos mais complexos. Ele também distingue as substâncias em puras e compostas. As puras seriam formadas por um único tipo de elemento. As substâncias compostas seriam "desdobráveis" em mais de um elemento.Lei da conservação de massa – Para muitos historiadores, a química só adquire o caráter de ciência com Lavoisier, no século XVIII. Ele consagra as medições quantitativas nas experiências químicas como critério indispensável para se obter um conhecimento válido. Com a utilização sistemática da balança, estabelece as primeiras leis ponderais (relativas ao peso) e define a matéria por sua propriedade de ter um peso (hoje chamado massa) determinado. Analisa a composição química do ar e identifica o oxigênio como substância responsável pela combustão. Descobre a composição química da água pela combustão do hidrogênio e do oxigênio. Com base nos resultados experimentais obtidos em laboratório, formula a lei da conservação de massa: numa reação química, nada se cria e nada se destrói. O peso dos produtos finais de uma reação, incluindo os gases, é igual ao peso da totalidade dos reagentes iniciais. Ele também reformula os métodos de experimentação e a nomenclatura química.Combustão – Ao identificar o oxigênio e explicar cientificamente o processo de combustão, Lavoisier derruba a teoria do flogisto, elaborada por Georg Ernst Stahl, no século XVII. Stahl atribuía um "princípio combustível", o flogisto, às diferentes substâncias: as ricas em flogisto, como a madeira, queimariam rapidamente. As pobres em flogisto, ou sem este "princípio", como a água, seriam incombustíveis. O fato de as cinzas resultantes da combustão serem mais leves do que a substância original era visto por Stahl como uma prova da perda do flogisto durante a queima. Lavoisier demonstra que essa prova é falsa. Mostra que o peso dos metais aumenta quando são aquecidos e queimados, e demonstra que a redução da massa de alguns materiais queimados deve-se à formação de compostos voláteis durante a combustão. As cinzas resultantes da queima da madeira, por exemplo, representariam apenas uma parte de sua massa inicial. A fumaça dispersaria outra parcela da massa original na atmosfera.Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) é um dos maiores cientistas do século XVIII. Filho de um rico comerciante parisiense, tem educação enciclopédica: estuda matemática, astronomia, química e física experimental, botânica e geologia. Aos 23 anos é premiado pela Academia de Ciências da França por seu Relatório sobre o melhor sistema de iluminação de Paris. Em 1768 ingressa na Academia de Ciências, onde realiza suas experiências químicas. Paralelamente, desenvolve outras atividades. Em 1779 é nomeado coletor de impostos e inspetor geral das pólvoras e salitres. Participa da comissão de agricultura entre 1785 e 1787 e estuda economia e química agrícolas. Em 1789, durante a Revolução Francesa, é eleito deputado suplente dos Estados Gerais. Participa, em 1790, da comissão de estudos sobre um novo sistema de medidas – o sistema métrico. Secretário do Tesouro em 1791, publica o tratado Sobre a riqueza territorial do reino da França, com um plano para o recolhimento de impostos. Em 1793, no chamado "período do terror" da Revolução Francesa, a Convenção fecha as academias de ciências, consideradas reacionárias, e decreta a prisão dos coletores de impostos. Vários cientistas e administradores públicos são presos, entre eles Lavoisier. Condenado tanto por sua defesa da pesquisa científica quanto por suas atividades administrativas, morre na guilhotina em maio do ano seguinte.
QUÍMICA DO SÉCULO XIX
A química tem um grande desenvolvimento ao longo de todo o século XIX. Milhares de substâncias naturais são estudadas e outras tantas são sintetizadas em laboratório. Os estudos da química do carbono (química orgânica) permitem a obtenção e produção em larga escala de combustíveis, medicamentos, vários processos de conservação de alimentos, corantes, fibras e outros insumos para a indústria, inclusive alguns tipos de plásticos. Na área da química inorgânica, os progressos também são notáveis: acelera-se a produção de aço e outras ligas metálicas, vidros e cerâmicas. O aperfeiçoamento das técnicas de análise e de purificação de substâncias levam à descoberta de novos elementos químicos. No campo teórico destaca-se John Dalton, que aplica a teoria atômica dos gregos antigos à química e constrói as bases do modelo atômico moderno.John Dalton (1766-1844) é considerado o fundador da teoria atômica moderna. Nasce em Eaglesfield, Inglaterra. Menino prodígio, aos 12 anos de idade substitui seu professor na Quaker’s School de Eaglesfield. Dedica toda sua vida ao ensino e à pesquisa. Leciona em Kendal e Manchester. Desenvolve trabalhos significativos em vários campos: meteorologia, química, física, gramática e lingüística. Seu nome passa à história da ciência tanto por suas teorias químicas quanto pela descoberta e descrição de uma anomalia da visão das cores: o daltonismo. Observador atento, Dalton percebe, ainda jovem, sua cegueira para algumas cores. Pesquisa o fenômeno em outras pessoas e observa que a anomalia mais comum é a impossibilidade de distinguir o vermelho e o verde. Em alguns casos, a cegueira cromática é mais acentuada para o campo do vermelho (protanopsia). Em outros, para o campo do verde (deuteranopsia). Certas pessoas sofrem de daltonismo apenas em circunstâncias especiais, e poucas são cegas para todas as cores.Modelo atômico de Dalton – John Dalton apresenta sua teoria atômica em uma série de conferências realizadas na Royal Institution de Londres, entre 1803 e 1807. Para ele, toda matéria é constituída por partículas indivisíveis os – átomos. Retomando as definições dos antigos atomistas gregos, considera os átomos como partículas maciças, indestrutíveis e intransformáveis, ou seja, não seriam alterados pelas reações químicas. Associa cada tipo de átomo a um determinado elemento químico. Os átomos de um mesmo elemento seriam todos iguais na massa, tamanho e demais qualidades. Essa idéia prevalece até 1921, quando são descobertos os isótopos átomos de um mesmo elemento com massas diferentes. Dalton explica as reações químicas como resultado da separação ou da união entre átomos e usa o termo "átomos compostos" para designar as ligações entre essas partículas. O peso (massa) de um composto seria igual à soma dos pesos de cada átomo que o constitui.Lei de Avogadro – O primeiro cientista a dar o nome de molécula aos "átomos compostos" resultantes de uma ligação química é Amedeo Avogadro. Em 1811 formula uma hipótese, hoje conhecida como Lei de Avogadro, decisiva para o desenvolvimento posterior da teoria atômico-molecular: volumes iguais de gases diferentes contêm igual número de moléculas quando medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão. Essa idéia leva à descoberta posterior do número de moléculas contidas em uma molécula-grama (hoje chamada de massa molar) de uma substância, o chamado número de Avogadro: 6,0 x 10²³ uma medida constante, válida para todas as substâncias.Mol – Unidade fundamental nos cálculos da química, mol é definido pelo Sistema Internacional de Unidades como a quantidade de matéria de um sistema que contém tantas unidades elementares quantos são o número de átomos presentes em 0,012 kg de carbono 12.Amedeo Avogadro (1776-1856), conde de Quaregna e Ceretto, nasce em Turim, Itália. Filho de um importante administrador público e advogado eclesiástico, forma-se em ciências jurídicas e chega a exercer a advocacia por alguns anos. Apaixonado pela física e pela química, dedica-se a essas áreas como amador até 1809, quando passa a lecionar física no Realle Collegio de Varcelli. Em 1820 ingressa na Universidade de Turim, onde trabalha 30 anos.Tabela Periódica de Mendeleev – No século XIX vários cientistas percebem que há uma relação entre as propriedades de determinadas substâncias e o peso atômico dos átomos que as constituem. Em 1869/1870, o químico russo Dmitri Ivanovitch Mendeleev sistematiza essas informações: classifica os 64 elementos químicos conhecidos à época e organiza-os pela ordem crescente de seu peso atômico. Nota que as propriedades de determinados elementos repetem-se periodicamente e usa esse critério para reuni-los em famílias. Ao montar sua tabela periódica, percebe algumas lacunas. Prevê que elas serão preenchidas por átomos ainda desconhecidos, e descreve suas possíveis propriedades. Mais tarde, as descobertas do gálio (1875), escândio (1879) e germânio (1886) confirmam suas previsões .Dmitri Ivanovitch Mendeleev (1834-1907) nasce em Tobolsk, na Sibéria, Rússia. Estuda em Odessa, São Petersburgo e em Hidelberg, na Alemanha. Formado em química, trabalha no laboratório Wurtz, em Paris, e faz pesquisas sobre a origem do petróleo na Pensilvânia (EUA) e no Cáucaso. Em 1863, assume a cátedra de química do Instituto Tecnológico de São Petersburgo, onde realiza as pesquisas que resultam na descoberta da lei periódica – um dos marcos da evolução da química e da física modernas. Em 1890, como conselheiro científico das forças armadas russas, realiza estudos sobre nitrocelulose e contribui para a preparação de uma pólvora sem fumaça. Em 1905 é premiado com a medalha Copley pela Royal Society, de Londres.Lei periódica – Ao montar a tabela periódica relacionando o peso atômico dos átomos com as propriedades das substâncias, Mendeleev descobre uma das leis da natureza, a lei periódica: as propriedades físicas e químicas dos elementos são uma função periódica de seu peso atômico. A descoberta é tão importante que, até hoje, a lei de Mendeleev é chamada de "lei grandiosa". Ela evidencia que existe uma relação harmônica entre os diferentes elementos químicos e que essa relação reflete-se em suas propriedades.
Química moderna
Até o final do século XIX os cientistas acumulam conhecimentos sobre as propriedades físicas e químicas das diferentes substâncias. Conhecem o peso atômico dos átomos, a periodização dos elementos e aprofundam os estudos sobre as reações químicas. O modelo atômico disponível, no entanto, ainda é o de Dalton, elaborado entre 1803-1807. Ignora-se, no entanto, como e por que os átomos ligam-se entre si para formar as substâncias. A valência (propriedade de ligação entre os átomos) permanece no terreno do mistério. Esse quadro muda radicalmente em 1897, quando Joseph John Thomson descobre a primeira partícula subatômica, o elétron, e inaugura a química moderna. A partir daí, todo o desenvolvimento da teoria química está centrado nas investigações sobre como o comportamento dos elétrons dos diferentes átomos determina a formação das substâncias.Joseph John Thomson (1856-1940) nasce em Chettham Hill , cidade inglesa perto de Manchester. Estuda em Manchester e em Cambridge. Trabalha como professor de física experimental e pesquisador por 42 anos no laboratório Cavendish, Cambridge, transformando-o num dos mais importantes centros científicos da Europa. Dedica-se ao estudo da eletricidade, um dos temas que mais apaixonam os cientistas da época. Desajeitado para as atividades manuais básicas de um laboratório, Thomson trabalha sempre com assistentes, ajudando a formar vários cientistas importantes. Em 1906 ganha o Prêmio Nobel de Física por suas descobertas sobre a condução elétrica através dos gases. Seu filho, o também físico George Paget Thomson, aprofunda os estudos sobre o elétron.Descoberta do elétron – Na última década do século XIX os cientistas descobrem que ao incidir uma grande carga elétrica sobre a matéria, esta emitiria vários tipos de raios invisíveis. Um deles, capaz de atravessar a matéria espessa, é chamado de raio X. Outro, chamado raio beta, desperta muita curiosidade, pois se desvia do pólo positivo de um imã, indicando presença de carga negativa. Ao estudar a natureza desses raios, Thomson descobre que eles são constituídos por pequenas partículas, os elétrons. Investigações posteriores sobre os elétrons permitem explicar a formação das diferentes substâncias.
MODELOS ATÔMICOS
Com a descoberta do elétron, os conhecimentos sobre a estrutura atômica avançam rapidamente. O próprio Thomson formula um novo modelo atômico que integra essas partículas: os átomos seriam semelhantes a uma massa de matéria carregada positivamente e os elétrons, com carga negativa, estariam flutuando em sua superfície. Este modelo, que passa a ser chamado de "modelo pudim", é rapidamente superado por novas descobertas.Átomo de Rutherford – Em 1911, Ernest Rutherford, ex-aluno e assistente de Thomson, e diretor do laboratório de física da Universidade de Manchester, chega a um modelo atômico mais preciso. Suas pesquisas são centradas nos chamados raios alfa – o terceiro tipo de raio descoberto pelos cientistas ao bombardear a matéria com altas cargas elétricas. Ele projeta esses raios sobre uma finíssima folha de ouro e percebe que algumas partículas conseguem atravessá-la e outras, não. Para explicar o fenômeno, supõe que os átomos da folha não são compactos, como imagina Thomson, mas divididos em duas regiões: um núcleo central, sólido, com carga positiva, e uma região periférica, carregada negativamente, onde os elétrons circulam. Em seu modelo atômico, o átomo é semelhante a um pequeno sistema solar, com os elétrons girando em torno do núcleo, como os planetas em torno do Sol. As partículas que atravessam a folha de ouro teriam passado cruzando a eletrosfera; as que voltam teriam se chocado com o núcleo. Com essa experiência, Rutherford também é o primeiro a comprovar a existência do núcleo atômico.Átomo de Bohr – Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr aplica a teoria quântica de Max Planck ao modelo atômico de Rutherford e explica o comportamento dos elétrons dentro dos átomos . Bohr supõe que o comportamento dos átomos na eletrosfera não é aleatório. Eles giram em torno do núcleo em órbitas circulares, cada uma delas com um nível específico de energia, ou quanta. A circulação de um elétron numa órbita estável, ou quântica, não é acompanhada de emissão de energia. Essa emissão só acontece quando o elétron salta de uma órbita estável para outra, também estável, mas de menor energia.
NOMENCLATURA DOS ELEMENTOS
Hoje são conhecidos mais de cem elementos químicos. Eles são representados por símbolos com uma ou duas letras retiradas de seus nomes em latim. Os nomes têm diversas origens: o nome popular do material em que é encontrado na natureza, alguma característica dessa substância, o nome de seu descobridor ou, ainda, uma homenagem a algum cientista. Exemplos: cálcio vem do latim calx, cal; bromo, do grego brômos, que significa mau cheiro; hélio, descoberto pela análise do espectro da luz solar, é o deus-sol dos gregos antigos; e nobélio, uma homenagem ao físico sueco Alfred Nobel. A partir do 104o elemento, os cientistas divergem sobre os símbolos a serem usados para sua representação. A nomenclatura mais aceita designa esses elementos pelas primeiras letras correspondentes ao seu número atômico, escrito por extenso em latim. O elemento de número atômico 104, por exemplo, é representado por Unq (un-nil-quadium).Periodização atual – A tabela periódica organiza os elementos pela ordem crescente dos seus números atômicos. As linhas horizontais são os períodos e correspondem aos níveis de energia da eletrosfera do átomo de cada elemento. As verticais trazem os grupos ou famílias: elementos com propriedades químicas semelhantes. Algumas famílias do sistema periódico possuem nomes especiais. A família 1A é a dos metais alcalinos; 2A, dos metais alcalino-terrosos; 6A, dos calcogênios; 7A, dos halogênios; e 0, dos gases nobres.
LIGAÇÕES QUÍMICAS
O mecanismo de ligação dos átomos entre si para formar substâncias só é plenamente explicado em 1916, por Gilbert Newton Lewis, em sua teoria eletrônica da valência. Os íons e as moléculas de uma substância formam-se pelas interações dos elétrons dos átomos que participam da combinação. As ligações ocorrem porque os átomos tendem a se estabilizar, buscando completar sua camada eletrônica externa, assumindo uma estrutura semelhante à dos gases nobres, que têm a camada externa completa.Ligações iônicas – Íon é um átomo ou conjunto de átomos carregados eletricamente. Eles são formados por um processo de transferência de elétrons entre átomos, as chamadas ligações iônicas. Os átomos que perdem elétrons são os íons positivos, chamados cátions. Os que ganham elétrons são os íons negativos, chamadosânions. Os compostos iônicos são sólidos à temperatura ambiente, cristalinos, duros e maus condutores elétricos. O arranjo do íon no cristal (a estrutura da substância) alterna cátions e ânions, e é muito estável. O sal de cozinha (NaCl - cloreto de sódio) é um exemplo de composto iônico.Molécula – Menor partícula de uma substância pura, as moléculas são formadas por conjuntos de átomos de um ou mais elementos, ligados por compartilhamento de elétrons (covalência). As substâncias simples, como o oxigênio, por exemplo, são formadas por átomos de um mesmo elemento. As substâncias compostas, como a água (H2O), são formadas por átomos de elementos diferentes.
Tendências atuais
A química moderna enfrenta desafios em várias fronteiras de conhecimento: a compreensão dos processos bioquímicos mais complexos nos seres vivos, a síntese de novas drogas farmacêuticas, a produção de cerâmicas supercondutoras em temperatura ambiente e o estudo da estrutura das moléculas e dos cristais a partir das técnicas que permitem construir imagens dos átomos por meio de recursos eletrônicos, como os microscópios de tunelamento.
TECNOLOGIAS LIMPAS
O maior conhecimento sobre os materiais disponíveis na natureza e as técnicas para sintetizar novas substâncias e transformá-las em matérias-primas têm contribuído para o agravamento do desequilíbrio ambiental . Um dos desafios que a química partilha com as demais ciências envolvidas no processo de produção industrial é a obtenção de tecnologias limpas – aquelas que não poluem ou provocam um mínimo de agressão ao meio ambiente. A química pode contribuir para a produção de novas técnicas de reciclagem que permitam reaproveitar ao máximo os recursos naturais disponíveis e também para a produção de matérias-primas não-poluentes.
Substâncias químicas
No estado em que são encontrados na natureza, os materiais não apresentam propriedades claramente definidas. A água do mar, por exemplo, é uma mistura: pode conter quantidades variáveis de cloreto de sódio e de outros sais, além de vários tipos de materiais orgânicos. Desde a Antiguidade o homem vem aperfeiçoando as técnicas para reconhecer e separar os diferentes tipos de matérias presentes em uma mistura. Cada tipo de matéria é uma substância, e cada substância apresenta um conjunto bem definido de propriedades. As substâncias podem ser classificadas em dois grandes campos: inorgânicas e orgânicas.Alotropia – Um mesmo elemento químico pode formar mais de um tipo de substância pura – fenômeno chamado de alotropia. O oxigênio comum (O2 ) e o ozônio (O3) são variedades alotrópicas de um mesmo elemento, o oxigênio. Grafite e diamante são alótropos do carbono e diferem muito um do outro: a grafite é preta e de pequena dureza; o diamante é claro e o material mais duro da natureza.
Substâncias inorgânicas
A química inorgânica estuda a matéria morta, ou seja, que não tenha origem animal ou vegetal. Essas substâncias podem ser simples ou compostas e costumam ser agrupadas segundo algumas características e propriedades.
SUBSTÂNCIAS SIMPLES
Todas as substâncias formadas por átomos de um único elemento são consideradas substâncias simples. Essa categoria inclui desde materiais conhecidos por gases, como o nitrogênio, até metais, como o ouro. Algumas substâncias simples podem ser encontradas livres na natureza, outras existem apenas em compostos.Gases nobres – Família de elementos constituída pelo hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio e radônio. Os gases nobres ocorrem em pequenas quantidades na atmosfera – juntos, representam apenas 1% de seu volume -, com exceção do radônio, mais abundante. Os estudos sobre a composição da atmosfera realizados por Henry Cavendish, em 1785, já indicam sua existência. O hélio é identificado em 1868, quando Pierre Jules Janssen e Joseph Norman Lookyer fazem a análise do espectro da luz solar. O argônio é separado e identificado por lord Rayleigh e sir William Ramsay, em 1894. Neônio, criptônio e xenônio são isolados por Ramsay e seu assistente Morris William Travers, em 1898. O radônio, último gás nobre descoberto, é identificado por Friedrich Ernst Dornem, em 1900. Durante muito tempo, os gases nobres são considerados inertes (pouco ou nada reativos) do ponto de vista químico. Sua estrutura atômica, extremamente estável, é usada como modelo para explicar as ligações atômicas. Em 1961, no entanto, Neil Bartlett obtém o primeiro composto de xenônio, e abre um novo caminho às pesquisas químicas. O argônio é usado em pesquisas científicas para a obtenção de atmosferas inertes. O hélio, por ser incombustível e de baixa densidade, é empregado em balões. Os outros gases são utilizados na fabricação de lâmpadas especiais, como as de néon, por exemplo.Metais – Cerca de 80% dos elementos químicos existentes são metais – substâncias geralmente sólidas, boas condutoras de corrente elétrica e calor, maleáveis (podem ser laminadas) e dúcteis (podem ser reduzidas a fios). A maioria tem cor prateada ou cinzenta, com exceção do cobre (avermelhado) e do ouro (amarelo). Seu brilho acentuado é reflexo da luz. Alguns metais são conhecidos desde a Pré-história, como cobre, estanho e ferro. Puros ou na forma de ligas têm diversas aplicações. Muitos, como ferro e alumínio, são abundantes na natureza. Outros são raríssimos, e deles existem apenas vestígios. A maioria não é encontrada em estado livre, mas apenas sob a forma de compostos. Alguns metais, como ouro e platina, não se alteram em contato com o ambiente e esse é um dos motivos de sua valorização. Outros reagem ao oxigênio presente na água e no ar e oxidam. A ferrugem, por exemplo, é resultado da oxidação do ferro. Alguns metais, como o sódio e o potássio, não resistem ao contato com a água e o ar.Ouro – Amarelo, inoxidável e de alto brilho, o ouro é um metal valorizado desde a Antiguidade. Apesar de não sofrer oxidação, é um material pouco resistente. Por isso, quase nunca é usado puro, mas em ligas feitas com outros metais. Nas ligas em que o ouro participa em uma proporção de 18 partes em 24, ou seja, com 75%, temos o ouro de 18 k (quilates). O ouro puro tem 24 k. Os metais mais usados para as ligas de ouro são o cobre e a prata.Ametais – Elementos que formam substâncias simples, más condutoras de calor e de eletricidade e sem brilho acentuado. Os ametais podem apresentar-se em vários estados físicos: oxigênio, nitrogênio, flúor e cloro em estado gasoso; bromo em estado líquido; e carbono, fósforo e enxofre em estado sólido. A maioria dos ametais não são encontrados livres na natureza, mas apenas em compostos. As principais fontes são os cloretos, brometos e iodetos presentes na água do mar, os sulfetos metálicos e os variados compostos de carbono. Alguns, no entanto, são abundantes na forma livre: oxigênio e nitrogênio são os gases predominantes na atmosfera terrestre. O enxofre pode ser encontrado em grandes quantidades nas regiões vulcânicas , em depósitos no subsolo e participa em pequenas quantidades na composição do petróleo. O carbono está presente na grafite, material abundante na natureza. Esses ametais também participam em diferentes tipos de compostos: o oxigênio em vários óxidos metálicos e dióxido de silício; o nitrogênio nos nitratos; o enxofre nos sulfetos e o carbono nos variados compostos orgânicos.
COMPOSTOS INORGÂNICOS
As substâncias que contêm mais de um elemento recebem o nome de substâncias compostas ou compostos. A maioria é constituída pela combinação de metais e ametais. Nos estudos de química inorgânica, destacam-se quatro grupos: ácidos, bases, sais e óxidos.Ácidos – As substâncias que contêm hidrogênio em sua composição são chamadas ácidos. Têm sabor azedo, atacam a maioria dos metais e reagem com muitas outras substâncias. Os mais importantes são ácido sulfúrico, nítrico, clorídrico e acético.Bases – As substâncias que contêm o íon OH – em sua composição são chamadas bases ou hidróxidos. Caracterizam-se pelo sabor cáustico. As mais importantes são hidróxido de sódio (soda cáustica), de cálcio (cal) e de amônio (amoníaco).Sais – As substâncias mais abundantes na natureza são os sais, quase sempre resultantes da reação entre ácidos e bases. Os mais conhecidos são o cloreto de sódio (sal marinho), nitrato de sódio (salitre), sulfato de cálcio (gesso) e carbonato de cálcio (mármore e calcáreo).Óxidos – Os compostos formados pela combinação do oxigênio e um outro elemento são os óxidos. São encontrados em vários minérios importantes, como óxido de ferro, na hematita; de alumínio, na bauxita; de estanho, na cassiterita e dióxido de silício, presente no quartzo e nas areias. Combinado com o carbono, o oxigênio pode formar dois óxidos: os gases monóxido e dióxido de carbono.
Substâncias orgânicas
Em sua origem, a química orgânica preocupa-se com os compostos de origem animal e vegetal. Organiza-se como um campo específico de estudos a partir de 1828, quando Friedrich Wöhler sintetiza a uréia, uma substância orgânica, a partir de um composto inorgânico. Atualmente é definida como a área que estuda a variada gama de substâncias compostas com a participação do carbono . Inclui os hidrocarbonetos (petróleo, gás natural), produtos de fermentações (como o álcool comum e o ácido acético do vinagre), ésteres (usados como solventes e aromatizantes), medicamentos (penicilinas, sulfas), corantes (anilinas), polímeros (fibras sintéticas e plásticos), além de substâncias de origem orgânica, como açúcares, gorduras e proteínas.
Especializações
Ao longo de sua evolução enquanto ciência, a química subdivide-se em vários campos de pesquisa.Química geral – Estuda os princípios da química, suas leis fundamentais e teorias gerais.Química analítica – Identifica e determina as substâncias presentes nos materiais. A evolução dessa área está intimamente ligada ao desenvolvimento tecnológico e ao surgimento de novos instrumentos de análise. Atualmente, emprega sofisticados equipamentos eletrônicos, técnicas eletroanalíticas, de ressonância magnética, espectroscopia de massa e cromatografia. Pode ser qualitativa (quando detecta e identifica os constituintes do material) ou quantitativa (quando determina a quantidade de cada substância em uma amostra). A química analítica tem várias aplicações. Na indústria, por exemplo, é usada para controle de qualidade: analisa a composição das matérias primas e produtos intermediários empregados na produção.Química orgânica – Pesquisa os compostos do carbono. Reconhece, extrai, prepara e utiliza as substâncias existentes nos seres vivos, além de estudar e produzir substâncias sintéticas. A petroquímica, por exemplo, um dos ramos da química orgânica, cuida da separação das substâncias que se encontram no petróleo, sua utilização e transformação em novos compostos A bioquímica reúne conhecimentos da biologia e da química e estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos. A química orgânica participa de outras áreas de conhecimento de caráter interdisciplinar, como engenharia genética, biologia molecular e biotecnologia.Química inorgânica – Estuda os compostos não orgânicos, sua extração, purificação e métodos de preparação. É usada em inúmeros campos, como na obtenção de polímeros inorgânicos e de supercondutores – cerâmicas especiais que possam conduzir eletricidade sem perdas em temperaturas próximas à do ambiente.Físico-química – Reúne os conhecimentos da física e da química no estudo dos efeitos físicos associados às reações químicas. Pode ser subdividida em várias áreas: termoquímica (relação entre calor e fenômenos químicos), eletroquímica (fenômenos elétricos e sua relação com as reações químicas), eletroscopia (as interações entre a matéria e as radiações eletromagnéticas), cinética química (relação entre a velocidade de uma reação e as condições físicas em que ela ocorre), química nuclear (a radiatividade, os núcleos atômicos, as reações nucleares e a aplicação dos isótopos na medicina e na indústria) e química quântica (aplicação dos métodos da mecânica quântica ao estudo da estrutura das moléculas).Radioquímica – Área da química especializada na extração, separação química e purificação dos isótopos radiativos.Química industrial – Este ramo da química, também chamado de química tecnológica ou aplicada, dedica-se à produção de substâncias de interesse econômico, como novas matérias-primas ou processos de produção.Cronologia geral
ANTIGUIDADE
Alquimia
250 d.C.: o grego Zózimo, de Penápolis, afirma que os metais são organismos mutáveis e que podem evoluir até atingir a perfeição do ouro. Esse processo poderia ser acelerado se a alma do ouro fosse isolada e transferida para metais comuns.
Fundamentos
470 a .C.?: Leucipo e Demócrito, de Abdera, elaboram a teoria atomista. Concluem que o Universo é constituído por vácuo e partículas muito pequenas e indivisíveis – os átomos.350 a .C.: o grego Aristóteles elabora a idéia do átomo e propõe as "qualidades elementares" – calor e umidade para o ar; calor e secura para o fogo; frio e umidade para a água e frio e secura para a terra.
Química empírica
4.000- 3.500 a .C.: egípcios e sumérios fabricam ligas de cobre e utilizam procedimentos químicos na fundição de ouro e prata.1.600 a .C.: egípcios e mesopotâmios utilizam processos químicos de destilação, fermentação e redução.1.000- 900 a .C.: técnicas da tintura com púrpura são usadas na região do Mediterrâneo.100-500 d.C.: em Alexandria são poduzidos textos ensinando o preparo de corantes a partir de pedras.
IDADE MÉDIA
Alquimia
720: publicados os escritos do árabe Abu Mussa Djafar, a quem é atribuída a descoberta dos ácidos nítrico e sulfúrico, da água-régia e do nitrato de prata.
IDADE MODERNA
Alquimia
1530: o suíço Paracelso desenvolve o princípio da tria prima: sal, enxofre e mercúrio representariam as propriedades solidez, combustão e liquefação inerentes a todas as substâncias. Introduz o uso de substâncias inorgânicas (ferro, arsênico, mercúrio, chumbo e cobre) no tratamento das doenças e dá início a um novo campo de estudos, a iatroquímica.Fundamentos, teorias e técnicas1606: o alemão Andreas Libavius publica o primeiro manual de Química, o Alchymia.1617: o italiano Angelo Sala descreve a ordem em que os metais podem se deslocar dentro de seus sais.1630: o francês Jean Rey observa o aumento de peso dos metais oxidados.1661: o inglês Robert Boyle descreve em The sceptical chemist todos os elementos químicos conhecidos até então, afirma que os elementos são as menores partículas da matéria e que as propriedades das substâncias dependem dos elementos que as compõem.1783: o francês Jean-Baptiste Louis Romé de l’Isle formula a primeira lei da cristalografia, a da constância dos ângulos.1787: o francês Antoine Laurent de Lavoisier publica Méthode de nomenclature chimique, com a colaboração dos também franceses Louis Bernard Guyton de Morveau, Antoine de Fourcroy e Claude Louis Berthollet.Química inorgânica1530: o alemão Georg Bauer (George Agrícola) escreve o primeiro tratado de mineralogia: De re metallica.1640: o holandês Jan Baptist van Helmont descobre que o ar é composto por vários gases.1648: o alemão Johann Rudolf Glauber prepara ácido clorídrico pela reação e destilação de uma mistura de sal de cozinha e ácido sulfúrico; o resíduo, sulfato de sódio, passa a ser conhecido como "sal de Glauber".1669: o alemão Hennig Brand prepara artificialmente o fósforo.1754: o francês Guillaume François Rouelle distingue os sais ácidos, neutros e bases • O escocês Joseph Black identifica o gás carbônico.1766: o inglês Henry Cavendish descobre que o hidrogênio é menos denso que o ar.1777: Lavoisier descobre a composição do ar e demonstra que ele é formado basicamente por dois gases: oxigênio e nitrogênio.1781: Lavoisier descobre a composição do gás carbônico.1783: Lavoisier obtém o hidrogênio por ação do ferro em vapor d’água.1784: o inglês Henry Cavendish faz a síntese da água e demonstra que ela é formada por dois gases, hidrogênio e oxigênio.
Química orgânica
1682: o alemão Johann Joachim Becher descreve o processo de fermentação alcoólica.1750: o alemão Andreas Sigismund Marggraf sintetiza o ácido fórmico.1773: o francês Hilaire Marin Rouelle isola a uréia.
IDADE CONTEMPORÂNEA
Fundamentos, teorias e técnicas
1789: Lavoisier enuncia a lei da conservação da massa.1790: Lavoisier publica uma tabela com 31 elementos químicos.1792: o alemão Jeremias Benjamin Richter determina as proporções de ácidos e bases para a formação de sais.1800: o inglês William Nicholson realiza a eletrólise da água.1802-1807: John Dalton aplica a teoria atômica à química, desenvolve a teoria de que os átomos são as menores partículas da matéria e associa cada elemento químico a um tipo diferente de átomo.1806: o sueco Jöns Jacob Berzelius estabelece a diferença entre a química mineral e a orgânica.1818: Berzelius determina o peso molecular de 2 mil compostos químicos.1819: o alemão Eilhard Mitscherlich descobre o isomorfismo – substâncias diferentes que apresentam a mesma estrutura de cristalização, com igual disposição e orientação dos átomos, das moléculas ou dos íons.1825: o alemão Justus von Liebig cria a primeira escola de formação de químicos, ministrando regularmente aulas práticas na Universidade de Giessen, na Alemanha.1847: Berzelius estabelece a primeira lista dos pesos atômicos.1850: o inglês Edward Frankland sintetiza os primeiros compostos organometálicos, concluindo que cada elemento químico pode se combinar com apenas um número limitado de átomos – idéia básica da teoria de valência.1853: Frankland conceitua a valência dos elementos químicos.1857: o alemão Friedrich August Kekulé von Stradonitz estabelece a quadrivalência do carbono.1864: Pasteur aplica ao vinho e à cerveja o processo que receberá o nome de pasteurização.1865: o austríaco Joseph Loschmidt determina as dimensões das moléculas.1869: o russo Dmitri Ivanovitch Mendeleev formula a lei periódica de classificação dos elementos químicos.1874: o francês Achille Le Bel e o holandês Jacobus Henricus Van’t Hoff criam a estereoquímica.1884: Van’t Hoff formula os fundamentos da cinética química.1886: Van’t Hoff formula a teoria da osmose.1887: o sueco Svante August Arrhenius cria a teoria dos íons.1913: o alemão Max Ernst August Bodenstein descreve a reação química em cadeia.1916: o americano Gilbert Newton Lewis formula a nova teoria das valências dos elementos químicos.1921: o dinamarquês Brönsted e o húngaro György Carl von Hevesy conseguem separar isótopos.1923: o dinamarquês Johannes Nicolaus Brönsted formula nova teoria para explicar as propriedades dos ácidos e bases • O inglês Patrick Maynard Blackett faz experiências com a transmutação dos elementos químicos.1926: o alemão Hermann Staudinger inicia os estudos de química macromolecular.1939: o americano Linus Carl Pauling adapta a mecânica quântica ao estudo químico de átomos e moléculas • Os americanos Felix Bloch e Edward Mills Purcell executam os primeiros experimentos de ressonância magnética nuclear em amostras líquidas.1952: o americano Harold Urey demonstra que a atmosfera primitiva da Terra era composta de metano, amoníaco, vapor de água e hidrogênio livre.1990: pesquisadores da Universidade Técnica de Munique, Alemanha, descobrem uma molécula na qual o nitrogênio faz cinco ligações estáveis com outro elemento químico, no caso, o ouro. Isso contraria a regra da tetravalência.1992: o americano Michael Teter e sua equipe na empresa americana Corning Glass Works desenvolvem a técnica para desvendar a estrutura molecular do vidro aplicando a mecânica quântica.Química inorgânica1801: o inglês John Dalton enuncia a lei da mistura dos gases.1802: o francês Louis Joseph Gay-Lussac formula a lei da dilatação dos gases.1805: Gay-Lussac enuncia a lei das combinações gasosas.1806: o inglês Huphy Davy desenvolve o método eletrolítico de preparação do potássio e da soda.1808: Gay-Lussac descreve as leis básicas das reações químicas entre gases em A combinação dos gases.1811: o italiano Amedeo Avogadro formula a hipótese sobre a composição molecular dos gases.1823: o inglês Michael Faraday consegue liquefazer o cloro.1827: o alemão Friedrich Wöhler obtém o alumínio metálico a partir da argila.1839: o alemão Christian Friedrich Schönbein descobre o ozônio.1879: o francês Louis Paul Cailletet e o suíço Ame Pictet, trabalhando separadamente, conseguem liquefazer o oxigênio.1886: o americano Charles Martin Hall e o francês Paul Louis Toussaint Héroult produzem alumínio através da eletrólise trabalhando separadamente.1896: os ingleses William Ramsay e Morris William Travers descobrem os gases nobres xenônio, criptônio e neônio.1908: o holandês Kamerling Keike Onnes liquefaz o hélio.1931: o americano Urey descobre o hidrogênio pesado (deutério).1961: Neil Bartlett sintetiza um composto sólido de xenônio, ferro e platina e demonstra que os gases nobres não são quimicamente inertes.1994: astrônomos dos EUA, usando imagens captadas pelo telescópio espacial Hubble, detectam a presença dos metais pesados chumbo, estanho e arsênio no espaço. Até então, o metal mais pesado encontrado no espaço era o zinco.
Química orgânica
1825: o inglês Michael Faraday isola o benzeno.1828: Wöhler inaugura a química orgânica ao conseguir fazer a síntese da uréia.1831: o americano Samuel Guthrie e o alemão Justus von Liebig, trabalhando separadamente, descobrem o clorofórmio.1834: o alemão Friedlieb Ferdinand Runge descobre o ácido carbólico, hoje conhecido como fenol.1835: Von Liebig descobre os aldeídos.1836: Edmond Davey descobre o acetileno • O alemão Theodor Schwann identifica a pepsina, a enzima do suco gástrico.1840: Von Liebig cria o processo de fabricação do fertilizante artificial.1845: o alemão Adolf Wilhelm Hermann Kolbe sintetiza o ácido acético.1846: o italiano Ascanio Sobrero sintetiza a nitroglicerina.1849: o francês Charles Adolphe Wurtz descobre as aminas.1856: William Perkin sintetiza o primeiro corante artificial.1860: o francês P.E.M. Berthelot faz a síntese do acetileno • O francês Louis Pasteur explica a isomeria dos ácidos tartáricos.1862: o alemão Julius von Sachs demonstra que o amido das plantas é produzido por processos fotossintéticos.1865: Kekulé formula a teoria do anel de benzeno, pela qual explica a estrutura dos compostos chamados aromáticos.1879: os americanos Constantin Fahlberg e seu professor Ira Remsen descobrem a sacarina. Fahlberg patenteia o produto sem mencionar o nome de Remsen.1887: o alemão Emil Fischer realiza a síntese dos açúcares.1904: o inglês Frederick Kipping sintetiza o silicone.1907: o alemão Emil Fischer desenvolve pesquisas sobre a química das proteínas.1913: o alemão Richard Willstöter descobre a composição da clorofila • O americano Elmer Verner McCollun isola a vitamina A.1929: o dinamarquês Carl Peter Henrick Dam descobre a vitamina K.1932: os alemães Fritz Mietsch e Joseph Klarer descobrem a sulfonamida.1933: o suíço Tadeusz Reichstein sintetiza a vitamina C.1939: o suíço Paul Hermann Müller sintetiza o DDT, tornando obsoletos os inseticidas à base de rotenona.1944: o quinino é sintetizado quimicamente.1945: a vitamina A é sintetizada.1953: o americano Harold Urey, consegue produzir aminoácidos em laboratório.1955: a inglesa Dorothy Mary Kodgkin isola a vitamina B12 a partir do extrato de fígado • O americano Philip Hauge Abelson demonstra que os aminoácidos podem ser produzidos pela passagem de uma descarga elétrica por várias misturas de gases; suas experiências são prosseguidas pelos russos Pasínski e Pávlovskaia • O inglês Frederick Sanger determina a estrutura molecular da insulina.1960: o inglês Robert G. Robson descobre o antibiótico meticilina.1961-1970: os americanos Robert Burns Woodward e Ronald Hoffmann estabelecem o conceito de conservação da simetria orbital, explicando grande número de reações orgânicas.1987: Christina Thaller e Gregor Eichele, da Universidade de Harvard, nos EUA, isolam o ácido retinóico, substância morfogênica que induz à diferenciação e aglutinação de células durante a embriogênese.1991: cientistas da Universidade do Arizona, nos EUA, e do Instituto Max Planck, na Alemanha, sintetizam um novo tipo de carbono cujas moléculas apresentam o formato de bolinhas sextavadas, as buckyball • Manoj Chaudhury, da empresa Dow Corning, de Michigan, e George Whitesides, da Universidade de Harvard, nos EUA, desenvolvem substância que repele a água – quando colocada na extremidade inferior de uma lâmina inclinada, faz com que uma gota de água suba o plano inclinado, contrariando a ação da gravidade.1992: cientistas da NEC, no Japão, descobrem nova forma de carbono, o nanotubo, com o formato de uma rede de pescar cilíndrica. A descoberta pode ter aplicações na indústria eletrônica • Geoquímicos da Universidade do Arizona, nos EUA, descobrem que as moléculas esféricas de carbono produzidas em laboratório também existem na natureza. Elas foram encontradas acidentalmente em uma rocha rara, a shungite, na região de Shunga, na Rússia.1993: pesquisadores do Instituto Weizmann, de Israel, descobrem um novo tipo de buckyball, feita com átomos de tungstênio, que podem ser usados na fabricação de componentes eletrônicos e para reforçar estruturas de plástico ou aço.
Cronologia Brasil
COLÔNIA
Obras1587: Gabriel Soares de Sousa, precursor das pesquisas mineralógicas e geológicas no país, publica em Lisboa o Tratado descritivo do Brasil.1792: José Bonifácio de Andrada e Silva publica nos Annales de chimie, da França, sua Memória sobre os diamantes do Brasil.
IMPÉRIO
Entidades1851: criada no Rio de Janeiro a Sociedade Farmacêutica, tendo como órgão oficial a Revista farmacêutica.1875: criada a Comissão Geológica do Império do Brasil e a Escola de Minas de Ouro Preto.
REPÚBLICA
Obra1917: é publicada Farmacopéia paulista, primeira obra do gênero no Brasil.Cursos1934: fundada a Universidade de São Paulo e professores europeus de renome internacional são convidados para lecionar química, biologia, física e matemática.Entidades e instituições1937: fundada a Associação Brasileira de Cimento Portland, que elabora as normas para execução e cálculo de concreto armado.1939: a Usina de Álcool Motor de Mandioca, de Minas Gerais, que produzia álcool em caráter experimental, passa a fornecer o produto para o abastecimento interno, devido à interrupção no fornecimento de petróleo durante a 2a Guerra Mundial.1953: fundada a Petrobrás, empresa estatal com o monopólio da pesquisa, lavra, extração e refino do petróleo e seus derivados.1976: criada a Nuclebrás Auxiliar de Mineração S.A., uma subsidiária da Nuclebrás, para a prospecção, pesquisa, lavra e concentração de minérios de urânio no país.Técnicas e pesquisas1981: técnicos do Centro de Pesquisas da Usiminas descobrem o álcool não corrosivo.1991: o Centro de Tecnologia Mineral da Universidade Federal do Rio de Janeiro começa a oferecer serviços de modelagem molecular.1992: a Companhia Brasileira de Lítio começa a produzir hidróxido e carbonato de lítio no país, interrompendo a importação dessas matérias-primas.1993: empresas como a Petrobrás e a Ciquine passam a utilizar catalisadores desenvolvidos no Brasil para a área da petroquímica.Fonte: Internet e Almanaque Abril 95

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