Sérgio Simka (Coordenação)
Sidioney Onézio Silveira
QUÍMICA
NÃO É UM
BICHO-DE-SETE-CABEÇAS
Química não é um bicho-de-sete-cabeças
Copyright© Editora Ciência Moderna Ltda., 2012
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FICHA CATALOGRÁFICA
SIMKA, Sérgio (Coordenação); SILVEIRA, Sidioney Onézio.
Química não é um bicho-de-sete-cabeças
Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna Ltda., 2012.
1. Química
I — Título
ISBN: 978-85-399-0276-7
Editora Ciência Moderna Ltda.
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CDD 542
06/12
INTRODUÇÃO
O QUE É QUÍMICA?
Introdução ’ V
Você sabe o que é química? Você acha que química é uma ciência muito difícil, somente para poucos? Um monstro que poucos
são capazes de dominar e entender completamente? Enfim, um bicho de sete cabeças?
Então, saiba que esse bicho convive com você diariamente. E
que você não só conhece química muito bem, como produz química
a todo instante no seu dia a dia e, muitas vezes, sequer percebe isso.
O ar que você respira, sua comida, o café que você bebe todos os
dias, seu suor, tudo isso e muito mais, são resultados de transformações químicas, que um dia foram identificadas e experimentadas
por pessoas, por meio de observações, e que desenvolveram métodos para entender os mecanismos dessas transformações e reproduzi-las artificialmente, com o objetivo de prová-las e desenvolver
novas transformações.
A QUÍMICA QUE NINGUÉM QUER CONHECER
A química que conhecemos hoje começou há séculos, a partir
de sua divisão em dois campos principais: a química orgânica e a
química inorgânica, dos quais precisamos entender os conceitos
básicos que tanto nos assustam, ou seja, as sete cabeças do bicho
chamado química. Os conceitos químicos, a tabela periódica (criação e finalidade), transformações, tipos de reações e balanceamento
(estequiometria), físico-química e bioquímica.
SUMÁRIO
Sumário ’ IX
Capítulo 1 - Desmitificação da Química .............................1
Capítulo 2 - O Desenvolvimento dos Conceitos Químicos.......9
2.1 Matéria e energia .......................................................... 11
2.2 Substâncias químicas .................................................... 15
2.3 Substâncias puras .......................................................... 16
2.4 Misturas ........................................................................ 17
2.5 Transformações da matéria: fenômenos físicos e fenômenos
químicos ....................................................................... 18
Capítulo 3 - Tabela Periódica ........................................ 21
3.1 Como entender a tabela periódica .................................. 28
3.2 Funções da tabela ......................................................... 32
3.2.1 Elementos representativos ou típicos ......................... 33
3.2.2 Elementos de transição ............................................. 33
Capítulo 4 - Transformações e Tipos de Reações Químicas.... 37
4.1 Transformações ............................................................. 39
4.2 Tipos de reações ............................................................ 41
4.3 Equilíbrio químico......................................................... 42
4.4 Causas das reações químicas .......................................... 46
4.5 Tipos de reações químicas ............................................. 46
4.6 Processos reversíveis e processos irreversíveis ................. 47
4.7 Balanceamento .............................................................. 47
Capítulo 5 - Físico-Química .......................................... 49
5.1 Sistema ......................................................................... 51
5.2 Termodinâmica ............................................................. 51
5.3 Citações ........................................................................ 58
5.4 Mecânica quântica ........................................................ 60
5.5 Primeiros fundamentos matemáticos.............................. 65
5.6 Vetores e espaços vetoriais ............................................. 65
X ’ Química não é um Bicho-de-sete-cabeças
5.7 Os operadores na mecânica quântica.............................. 66
5.8 Aspectos históricos ........................................................ 67
5.9 Princípios ...................................................................... 68
5.9.1 Primeiro princípio: Princípio da superposição ........... 68
5.9.2 Segundo princípio: Medida de grandezas físicas ........ 69
5.9.3 Terceiro princípio: Evolução do sistema .................... 70
5.10 Conclusões .................................................................. 70
Capítulo 6 - Bioquímica ............................................... 75
6.1 Diferenças entre química orgânica e bioquímica ............. 77
6.2 As biomoléculas ............................................................ 81
6.3 O código genético .......................................................... 83
6.3.1 Os ácidos nucleicos – DNA e RNA ........................... 83
6.4 Energia para haver vida ................................................. 84
6.5 Água é vida ................................................................... 86
6.6 A contribuição da bioquímica para nossa sobrevivência .. 89
Capítulo 7 - Por que estudar química? .............................. 91
Referências bibliográficas ............................................. 97
Livros ................................................................................. 99
Revistas e anais de congresso............................................. 101
1
DESMITIFICAÇÃO DA QUÍMICA
Desmistificação da Química ’ 3
Há muitos anos, perpetua-se uma visão de que a química é uma
ciência distante e obscura, detentora de segredos que poucos gênios
e estudiosos conhecem. Boa parte dessa ideia provém da própria
origem da química como ciência.
A palavra química tem como origem o termo árabe “al-khimia”
– alquimia – prática que estudava, sob diferentes aspectos, os conhecimentos de povos antigos, como os egípcios, os chineses, os gregos,
os babilônios e teve seu apogeu, no Ocidente, durante a Idade Média. A alquimia defendia a crença de que existem quatro elementos básicos (fogo, ar, terra e água) e três essenciais (sal, enxofre e
mercúrio). Os seguidores desse princípio ficaram conhecidos como
alquimistas.
A própria história da alquimia e de seus estudiosos, os alquimistas, contribuiu para a mitificação da química. A alquimia nasceu
como uma prática que tratava de assuntos ocultos e espiritualistas
e desenvolvia estudos baseados na observação e demonstração de
fenômenos, por métodos de análise que deram origem às ciências
conhecidas hoje, como a física e a química, dentre outras.
Uma das ideias defendidas pelos alquimistas era a de que todos
os metais evoluíam até se tornarem ouro. E a reprodução disso pelo
homem seria possível por meio de processos em laboratório, a partir de transformações químicas, como o aquecimento, por exemplo,
para converter metais comuns em preciosos. A substância “mágica”
que transmutaria os metais era chamada “pedra filosofal”.
Teorias como essas, sem dúvida, contribuíram para a mitificação
e mistificação da alquimia e das ciências que delas se originaram.
Não podemos esquecer que estudos como esses eram revolucionários e contestadores para a época. Tudo se desenvolvia nos bastidores, nas mãos de poucos, em uma época que a maioria da população era miserável, ignorante, analfabeta e supersticiosa. E que estes
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mesmos fatores que contribuíram para a ascensão da alquimia e de
seus estudos, foram os responsáveis pela sua queda e descrédito. A
perseguição aos alquimistas e de vários estudiosos dos fenômenos
da natureza pela Inquisição fez com que muitos dos experimentos
se perdessem ou ficassem escondidos. No entanto, ao fim da Idade
Média e início da Era Moderna, muitos dos métodos desenvolvidos
pelos alquimistas foram redescobertos, reproduzidos e aperfeiçoados, dando origem ao que conhecemos, atualmente, como as ciências modernas, dentre elas, a química.
A evolução da ciência mostrou que os alquimistas estavam errados quanto à obtenção de ouro, citada anteriormente. Mas os trabalhos desses ancestrais, por meio de seus experimentos, contribuíram
para o descobrimento de diversas substâncias e colaboraram para a
invenção de aparelhos instrumentais de laboratório, por exemplo, o
banho-maria, ainda usado para aquecer misturas lentamente.
A química, como a alquimia, é uma ciência de observação, demonstração, ou seja, ela não cria elementos, mas os estuda, analisa,
revela e os transforma em novos materiais. Algumas vezes, sim, os
reproduz artificialmente, mas não cria nenhuma substância que não
tenha como elementos de sua base, algo que exista na própria natureza.
Ao contrário do que muitos pensam, a química não é uma ciência limitada às pesquisas de laboratório e à produção industrial.
Não se inicia e termina dentro dos locais em que é estudada e desenvolvida. Ela faz parte de nosso cotidiano das mais variadas formas. Aos escovarmos os dentes, tomarmos banho com sabonete, as
roupas que usamos, e ao ingerirmos nossos alimentos, provocamos
e passamos por transformações químicas. Todos nós somos agentes
responsáveis por transformações químicas e fazemos parte de resultados dessas transformações, pois aquilo que usamos, comemos,
Desmistificação da Química ’ 5
enfim, tudo o que utilizamos provoca transformações químicas em
nós mesmos e no ambiente.
Além disso, essas transformações acontecem o tempo todo em
tudo que faz parte da natureza, inclusive em nós, seres humanos.
Do lado de fora, somos bastante diferentes, no que se refere à
cor da pele e dos cabelos, à estrutura física, à altura. Internamente,
parecemos verdadeiros gêmeos. Se você pudesse entrar no corpo
humano, veria centenas de ossos, quilômetros de veias e trilhões de
células trabalhando em conjunto, para pôr em funcionamento essa
máquina.
A composição química do corpo humano é de vital importância
para o seu bom funcionamento. Muitas substâncias comuns que ingerimos, como água, sal e alimentos como azeite de cozinha, têm
papel essencial na manutenção das nossas vidas.
Nosso corpo é constituído de matéria, que é tudo que tem massa
(a quantidade de matéria que uma substância contém). A matéria
pode existir como um sólido, líquido ou gás. Todas as formas de
matéria são compostas de um número limitado de unidades básicas
chamadas de elementos químicos, os quais não podem ser desdobrados em substâncias mais simples. Por ora, a IUPAC1 reconhece
115 elementos químicos diferentes. Esses elementos compõem uma
importante ferramenta para o estudo da química: a tabela periódica.
Os elementos químicos são designados abreviadamente por letras
chamadas de símbolos químicos. Quimicamente falando, o corpo humano é constituído de 26 elementos químicos da tabela periódica. Carregamos nas porções de quatro desses elementos: oxigênio, nitrogênio,
hidrogênio e carbono e adicionamos uma quantidade pequena dos 22
IUPAC - União Internacional de Química Pura e Aplicada (International Union
of Pure and Applied Chemistry) é uma organização não governamental (ONG) internacional dedicada ao avanço da química. Foi criada em 1919, em Genebra.
1
6 ’ Química não é um Bicho-de-sete-cabeças
elementos químicos que faltam. Assim é preparado o corpo humano,
uma combinação metabólica feita na medida certa.
Mas cuidado! Se faltar algum elemento, a mistura pode desandar. O nosso corpo tem 65% de oxigênio. Se adicionarmos carbono,
hidrogênio e nitrogênio terão 96% da massa total do ser humano,
que incluem os 42 litros de água, que circulam em um organismo
adulto. São os átomos desses quatro elementos combinados que formam as moléculas de proteína, gordura e carboidrato, os tijolos que
constroem todos os nossos tecidos. Por isso, os quatro são chamados de elementos de constituição. Entretanto, tudo não passaria de
um grande amontoado de elementos sem os outros quatro por cento. Dos 92 elementos químicos existentes na natureza, 26 entram na
composição de nosso corpo. Mas apenas 22 são responsáveis por
todas as reações que acontecem dentro de nós, desde a respiração e
a produção de energia, até a eliminação dos radicais livres - moléculas acusadas de nos levar ao envelhecimento, entre outras coisas. Os
outros quatro por cento aparecem em menor concentração, ficam
apenas alguns dias em nosso organismo, sendo eliminados em seguida e, por essa razão, são chamados de elementos traços. Portanto, os outros elementos devem ser absorvidos em nosso cotidiano e
igualmente descartados.
Assim, para que o nosso corpo funcione, precisamos de uma série de reações químicas, provocadas, por exemplo, quando nos alimentamos, durante a digestão.
Ao contemplarmos processos comuns de nosso dia a dia, como
a digestão - sobre a qual falaremos em momento oportuno -, podemos claramente perceber que fazemos parte das transformações
químicas e, mesmo assim, temos dúvidas e tentamos entender estas
transformações e reações, por meio de formulações e teorias. Mas,
muitas vezes, durante este processo, dificultamos nosso estudo, nos
preocupando excessivamente em decorar nomes, sem realmente
Desmistificação da Química ’ 7
olhar e perceber o desenvolvimento de cada processo de transformação, provocando, inconscientemente, nosso distanciamento da
química, transformando-a em um bicho de sete cabeças. Entretanto,
podemos concluir que a química pode ser encarada de uma forma
simples.
A própria química, em suas classificações, demonstra que as reações ou transformações são induzidas, o que as diferem das espontâneas é a maneira como são observadas. Isto é, podemos concluir
que as reações e transformações sempre serão induzidas. O desconhecimento do que desencadeou essa transformação é que nos faz
pensar que ela é espontânea.
E o mais interessante para desmistificar a química no nosso cotidiano é observar que cabe a ela identificar os elementos que desencadearam estas transformações e facilitar o nosso relacionamento
com o mundo. E cabe a nós estabelecermos um ponto de vista em
relação à química de curiosidade e observação, sem conceitos preestabelecidos a respeito do que ela tem a nos revelar.