Química, Tecnologia e Sociedade
Valentim M B Nunes
Departamento de Engenharia Química e do Ambiente
[email protected]
O que é a Química?
1.O estudo dos elementos e dos compostos que formam
e das reacções que entre estes ocorrem.
2.Composição química e propriedades de uma
substância
3. A atracção entre duas pessoas!!
As seguintes moléculas, são compostos muito interessantes. As
moléculas são muito semelhantes em tamanho, forma e composição.
Diferem apenas nos átomos a vermelho (O) e azul (N) mas no
entanto são completamente diferentes na forma como interactuam
connosco e contribuem para a nossa qualidade de vida
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Esta molécula chama-se feniletanol e é um dos compostos
responsáveis pelo odor de uma rosa.
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Esta molécula chama-se feniletilamina e é um composto produzido
no nosso cérebro quando nos apaixonamos!.Causa todas aquela
magníficas sensações…será que o aroma de uma rosa causa efeitos
semelhantes?
Cupido em pintura de William-Adolphe
Bouguereau (1825-1905)
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Porquê estudar Química?
A Química e Engenharia Química fazem parte de cada um dos nossos
dias. Estas Ciências ajudam a alimentar-nos, vestir-nos, alojar-nos,
curar-nos de doenças e até entreter-nos! Estes benefícios para a
Humanidade não necessitam de ser obtidos à custa do Ambiente. Para
isso é tão importante o estudo das Ciências Químicas e do Ambiente,
nomeadamente na Europa.
A Química tem contribuído, mais do que qualquer outra
Ciência, mas com o apoio doutras, para o bem estar da
Sociedade
Desenvolveu e desenvolverá novos processos de fabrico, novos
materiais, recuperará edifícios, combaterá o crime, matará a
fome, curará doenças, etc....
A Química e as Ciências Exactas e Naturais
QUÍMICA
Engenharia
Química
Engenharia
do Ambiente
Geologia
Geoquímica
Agricultura
Química
Nuclear
Química
Física
Medicina
Física
Bioquímica
Ciência dos
Materiais
Biologia
Astronomia
O que se imagina quando se pensa em química?
Mas raramente….
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História da Química
b.C
1000-1300
1920-1950
1500-1700
1950-1960
1750-1800
1960-1975
1800-1830
1975-1986
1830-1880
1990-2001
1890-1915
Séc. XXI
Picture of Democritus
C.5000 bC: uso do cobre pelas antigas civilizações
C.3500 bC: uso do ferro pelas civilizações antigas
C.450 bC:"Leucippus de Miletus (ca. 435 BCE) e Democritus of
Abdera (ca. 410 BCE) desenvolvem a hipótese atómica. De acordo com
eles a matéria só pode ser subdividida até um certo ponto, a partir do qual
só permanecem átomos.
C.400 bC: O filósofo grego Empedocles of Acragas afirma que a matéria
consiste de quatro elementos: terra, ar, fogo e água.
100:Alquimistas árabes viajam pela China e Egipto, levando novas ideais
e desenvolvendo novos métodos quantitativos e aparelhos para as suas
experiências.
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1020: Os trabalhos de Ibn Sina (Avicenna) um dos mais importantes
filósofos e médicos de tradição islâmica são publicados e traduzidos para
latim influenciando o renascimento europeu após a Dark Ages
1242:Roger Bacon formula pólvora e dá instruções exactas para o seu
fabrico. O seu uso em armas surge no século seguinte.
1332:Arnold Bochmove deixa receitas para licores baseadas na
destilação vinho com especiarias e ervas. A destilação do vinho para
produzir gin e licores torna-se conhecida cem 1332 em Paris e espalhase pela Europa.
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1592:Galileo Galilei constrói um termómetro rudimentar usando a
contracção do ar para verter água num tubo.
1662:Robert Boyle publica a segunda edição de “New Experiments
Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air and its Effects”, no
qual afirma explicitamente que para um gás a pressão e o volume variam
inversamente. Isto é conhecido como a Lei de Boyle nos EUA e UK, mas
como lei de Marriotte na Europa, depois de Edmé Marriotte verificar que a
temperatura deve permanecer constante.
1665:Sir Isaac Newton inicia o seu annus mirabilis (ano miraculoso)
durante o qual desenvolve a teoria da gravidade, a natureza da luz e o
cálculo infinitesimal.
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1756:Joseph Black descobre o dióxido de carbono (CO2), ou ar fixo no
carbonato de magnésio (MgCO3), libertado por aquecimento.
1766: Descoberta do Hidrogénio por Henry Cavendish
1774:Descoberta do oxigénio por Joseph Priestly
1787: Surge a Nomenclatura Química, tal como a conhecemos, com a
publicação de Méthode de nomenclature chimique por Antoine-Laurent
Lavoisier, Claude-Louis Berthellot, Antoine de Fourcroy, e Guyton de
Morveau
1799:Joseph Louis Proust publica a lei das proporções definidas
mostrando que os compostos contêm sempre as mesmas proporções
em massa dos seus elementos.
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1799:Volta constrói uma bateria a partir de uma pilha alternada de discos
de prata e zinco. Este aparelho conhecido como pilha de Volta produzia
uma corrente eléctrica, acabando com a velha teoria de que era
necessário matéria animal para produzir electricidade.
1802:Gay Lussac publica a lei de expansão dos gases, também atribuída
a Jacques Charles, mostrando que os gases se expandem
uniformemente com a temperatura, desde que a pressão permaneça
constante.
1803:Teoria atómica proposta por John Dalton, durante uma lição na
Royal Institution em 1803. A teoria propunha as seguintes ideias básicas:
Toda a matéria é composta por átomos.
Os átomos não podem ser formados ou destruídos.
Todos os átomos do mesmo elemento são idênticos.
Elementos diferentes possuem diferentes tipos de átomos.
As reacções químicas ocorrem quando os átomos se rearranjam.
Os compostos são formados por átomos dos elementos constituintes.
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1811: Lei de Avogadro proposta por Amedeo Avogadro, que declara que
nas mesmas condições de pressão e temperatura, iguais volumes de
gases contêm igual número de moléculas. Esta hipótese só foi
reconhecida após Stanislao Cannizzaro, em 1860, demonstrar que era a
solução para o problema dos pesos atómicos e moleculares. O número de
partículas num mole de substância chama-se Número de Avogadro, e é
numericamente igual a 6.02252 x 10 23
1818: A linguagem química de símbolos para representar os elementos é
introduzida por Jöns Berzelius
e torna-se aceite universalmente
conduzindo ao uso de equações para representar as reacções químicas.
1828:Friedrich Wöhler converte cianato de amónio, um composto
inorgânico, em ureia, um composto orgânico
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1833: O trabalho de Faraday sobre reacções químicas produzidas quando
corrente eléctrica atravessa uma solução conduz às leis da electrólise
1856:Mauve, o primeiro pigmento sintético é produzido por William Perkin.
1864:Friedrich August Kekulé conclui que a estrutura do benzeno é um
anel hexagonal fechado, depois de um sonho visionário.
1866:George Leclanché patenteia a primeira bateria seca, pilha de
Leclanché.
1867:Alfred Nobel patenteia a dinamite.
1869:Dmitri Mendeleev publica a sua Tabela Periódica.
1884: Princípio de Le Chatelier que declara que qualquer perturbação
num sistema em equilíbrio resulta numa alteração do equilíbrio de forma
a minimizar a perturbação introduzida.
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1895:Wilhelm Conrad Roentgen,descobre uma nova forma de radiação
que pode atravessar inúmeros materiais, chamando-lhe Raios X.
1897:Descoberta do electrão por J J Thomson.
1905:Albert Einstein publica a sua teoria da relatividade.
1911:Ernest Rutherford publica a sua teoria atómica descrevendo o átomo
com tendo um núcleo central positivo rodeado por órbitas de electrões.
1913:Niels Bohr aplica a teoria quântica ao átomo de Rutherford
assumindo que os electrões descrevem orbitas estacionária definidas
pelo seu momento angular.
1913:Frederick Soddy formula o conceito de isótopos.
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1920: Johannes Van der Waals interessa-se pela teoria cinética de gases
e fluidos e desenvolve uma equação para descrever o comportamento de
gases.
1927:Abbé Georges Lemaître propõe uma teoria para a origem do
Universo, conhecida actualmente como Big Bang.
1928:Penicillin descoberta por Alexander Fleming , revolucionando a
Medicina e conduzindo ao desenvolvimento dos antibióticos.
1935:Discoberta do Nylon 66 por Wallace Carothers, revolucionando a
indústria têxtil sendo o impulsionador das modernos tecidos sintéticos.
1952:Jonas Salk produz uma vacina para a devastadora doença da
Poliomielite. Até 1955 mais de 4 milhões de vacinas ajudam a reduzir
dramaticamente a doença.
1953:Elucidação da estrutura do DNA por James Watson & Francis Crick
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1954: Desenvolvimento dos catalisadores de Ziegler-Natta permitindo a
produção eficiente de plásticos e borrachas sintéticas.
1955:Descoberta da estrutura da Vitamina B12
1956: Síntese da Morfina artificial.
1957:Desenvolvimento dos plásticos
automóveis, fornos de microondas, etc.
de
policarbonato
usado
em
1960:Theodore Maiman constrói o primeiro laser a partir de um cilindro de
rubi.
1960: É lançada a Pílula Contraceptiva.
1961: São produzidos os primeiros Chips de silício usando um processo
de deposição.
1962: A Lycra® é comercializada. A Lycra® é usada para produzir uma
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enorme variedade de tecidos que retêm a elasticidade.
1964: O Kevlar® é sintetizado pela primeira vez. O Kevlar® é um material
muito leve mas resistente, usado em coletes à prova de bala, pneus de
avião, etc.
1966: Síntese da insulina artificial, tornando mais fácil a vida dos
diabéticos.
1968:Fred Sanger decifra uma sequência de 120 bases do RNA, usando
uma técnica ainda utilizada hoje em dia na pesquisa biológica.
1971:Produção da hormona de crescimento.
1974:Início da produção de conversores catalíticos para o escapes
automóveis.
1975:Abertura da pipeline do Mar do Norte, permitindo a produção de
petróleo mas também aumento da produção de plásticos, fertilizantes, etc.
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1977:Descoberta de polímeros condutores.
1978:Sir David Lane descobre o supressor de tumores gene p53,
permitindo desenvolver novos tratamentos do cancro.
1979: Utilizado sangue artificial pela primeira vez num doente.
1983: A reacção de polimerase em cadeia permite a replicação de
amostras de DNA para análise.
1984: Identificação por DNA, que permite resolver crimes, ou estabelecer
dados de parentesco, por exemplo em disputas de paternidade.
1985:Descoberta do Buckminsterfulereno por Sir Harold Kroto no RU e
Richard E. Smalley and Robert F. Curl, Jr nos US.
1986: Lançamento do shampoo 2 em 1. É surpreendente a dificuldade de
juntar o shampoo e acondicionador num único frasco.
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1989: Descoberta do Viagra®. Desenvolvido para o tratamento da angina,
os seus efeitos laterais são conhecidos em todo o mundo!
1991:Primeira produção significativa de energia a partir de fusão nuclear.
1995: Elucidação do mecanismo de formação e decomposição da camada
de ozono.
1997: Confirmação da expansão do Universo pelo telescópio espacial
Hubble, calculando-se a idade do Universo em 13 a 14 biliões de anos!
1999: Espectroscopia de Femtosegundos “fotografa” reacções químicas
enquanto ocorrem. Um fentosegundo são 0.000000000000001 segundos.
2001: Publicação da sequência total do genoma humano.
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2048:Nanotecnologia, “tecnologia de produção para o Século XXI”
englobando engenharia de precisão assim como aplicações biomédicas
em áreas tão diversas como a terapia de genes, descoberta de novas
drogas, Um nanómetro é a bilionésima parte de um metro, ou
aproximadamente 1/80,000 o diâmetro de um cabelo humano!
2050: Reacções de fusão termonucleares controladas, permitindo
fornecer energia em larga escala para as necessidades do Século XXI
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As descobertas da química tiveram impacto directo nos
benefícios de que a nossa sociedade desfruta
– tecidos que não enrugam
– materiais plásticos para embalagem e conservação
– combustíveis derivados do petróleo e sólidos
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fármacos como o ácido acetilsalicílico (Aspirina)
purificação da água
alimentos lácteos
Cobertura cerâmica do vai-vem espacial
Fertilizantes para a agricultura, etc, etc…
Química, Tecnologia e Sociedade
Alta pressão e alta temperatura transformam
grafite em diamante
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O carbono existe em três formas alotrópicas - grafite, diamante e
fulereno
Em 1951 a General Electric desenvolveu um processo para
fabricar diamantes comerciais a partir de grafite (T~2500 ºC e
P~125 000 bar)
Hoje em dia mais de 40% dos diamantes comerciais são sintéticos
Química, Tecnologia e Sociedade
Osmose inversa dessaliniza água
do mar
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Água que contenha concentrações elevadas de iões é
imprópria para consumo doméstico
A osmose inversa (transporte selectivo de água
através de uma membrana) é usada na Arábia
Saudita para purificação da água do mar
Em 1991, durante a guerra do golfo, salvou da morte
muita gente, em unidades portáteis em botes salvavidas
Química,
Tecnologia e Sociedade
Tijolos Cerâmicos do Vai-Vem Espacial
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Quando o vai-vem espacial entra na atmosfera da Terra,
o seu “nariz” e as arestas das asas atingem
temperaturas de 1400 ºC
Foi necessário desenvolver um material cerâmico leve,
com baixa condutibilidade térmica (isolante), de forma a
evitar que o veículo espacial e o seu conteúdo (metais,
plásticos, borrachas, etc..,) fundisse ou carbonizasse
Química,
Tecnologia e Sociedade
Identificação de Pessoas pelo DNA
•
O património genético humano é constituído por 3 x 109
nucleotídeos, que compõem os 23 pares de cromossomas,
porções contínuas de ADN, que contém as instruções para
a síntese de proteínas
•
Em 1985, Alec Jeffreys (RU) propôs que as sequências de
bases que se repetiam fossem usadas para identificação
humana, a partir do sangue, do cabelo, do sémen ou da
saliva
Química, Tecnologia e Sociedade
Recuperação do Património Cultural
A Adoração dos Magos, um exemplo de como Giotto criava a noção de perspectiva .
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Na noite de 25 de Setembro de 1997 um terramoto abalou os
alicerces da Basílica de São Francisco de Assis, em Itália,
causando danos na estrutura e nos tesouros artísticos, incluindo
pinturas de Giotto
A restauração custará 1750 M€
A recuperação dos frescos envolve a injecção de uma mistura
de resinas sintéticas e acrílico nas fissuras do gesso em que se
encontram as pinturas e o restauro pictórico (tintas sintéticas)
Química, Tecnologia e Sociedade
Indústria Química
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As reacções químicas transformam as matérias primas
(minerais, petróleo, carvão, gás natural, etc..) em produtos
diversificados
As reacções químicas são ajudadas a ter rendimentos
economicamente viáveis pela acção da temperatura, da pressão
e de catalisadores
Para separar as matérias primas e os produtos usam-se técnicas
como a destilação, a absorção, a extracção, etc.
Química e Ambiente
Células de Combustível
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O interesse sério nas células de combustível como um gerador
prático, começou nos anos 60, quando o programa espacial dos
Estados Unidos escolheu a célula de combustível no lugar da
mais arriscada energia nuclear e da mais cara energia solar. As
células de combustível abasteceram de energia as naves Apolo
e Geminis e ainda fornecem eletricidade e água ao tranbordador
espacial.
Usadas em veículos não poluentes de transporte público
Química e Ambiente
Energia Solar
•
A Solar Two utiliza uma tecnologia de sais fundidos
para recolher e armazenar energia solar
possibilitando a produção de electricidade de acordo
com as necessidades.
Química e Ambiente
Destruição de Resíduos Perigosos
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Os resíduos são introduzidos num banho de sais
fundidos em conjunto com o ar, sendo oxidados a
altas temperaturas dando origem a dióxido de
carbono e água. Os materiais inorgânicos são retidos
no banho.
Método alternativo à co-incineração.
E o Futuro?
O futuro está na nossa
compreensão da estrutura da
molécula, seu arredor
electrónico, suas interacções
com outras moléculas idênticas
e diferentes, tipos de colisões
moleculares, etc..