The Story of Stuff - A História das Coisas - Versão Brasileira

Uma reflexão necessária sobre o nosso modo de vida!

Marie Curie

Primeira mulher a ganhar o Prêmio Nobel inspirou a comemoração do 

 Ano Internacional da Química

Descobertas de Marie Curie ajudaram a reduzir o sofrimento de enfermos

A história da cientista polonesa nascida há 143 anos desafia os padrões sociais e científicos do final do século XIX e início do século XX. Tímida, obstinada e inteiramente voltada à ciência e ao humanismo, Marie Curie dedicou seu trabalho e suas descobertas para salvar vidas e reduzir o sofrimento humano. Precursora de sua época, foi a primeira mulher a dar aulas na Universidade de Paris - Sorbonne (França), a primeira a ganhar um Prêmio Nobel, em 1903, e a única mulher até hoje a conquistar dois prêmios Nobel. Conhecida simplesmente como Madame Curie, ela descobriu o elemento químico Rádio, ampliando as possibilidades para o aprofundamento das pesquisas sobre a matéria, a energia e a radioatividade. Seu trabalho permitiu que, mais uma vez, a química pudesse ser aplicada na área médica, sobretudo nos tratamentos de cânceres.

Maria Sklodowska nasceu em Varsóvia, na Polônia, em 7 de novembro de 1867, quando o país vivia sob domínio do Império Russo. Seus pais eram professores e a família levava uma vida humilde. Em 1883, terminou o ensino médio com excelentes notas. Decidida a continuar seus estudos científicos em Paris, teve de trabalhar como tutora de crianças para juntar dinheiro e viabilizar a viagem. Queria estudar matemática e física na Sorbonne e planejava voltar à Polônia depois de obter o diploma de licenciatura nestas áreas.Em 1891, com 24 anos de idade, ela chegou à capital francesa para estudar. Mudou o nome para Marie, e concluiu a Licenciatura em Física e Ciências Matemáticas na Sorbonne. Seus planos de voltar para a Polônia mudaram quando um amigo a apresentou a Pierre Curie, cientista e professor da escola municipal de Física e Química Industrial. Um ano depois, em 1895, eles se casaram. Tiveram duas filhas, Irène, nascida em 1897, e Eve, em 1904. Marie e Pierre trabalhavam juntos em seu laboratório desenvolvendo esquisas que mais tarde lhes dariam o Prêmio Nobel de Física. Marie sucedeu o marido como Chefe do Laboratório de Física da Sorbonne e obteve o Doutorado em Ciência, em 1903. Suas pesquisas iniciais, junto com o marido, muitas vezes eram feitas com grande dificuldade. As condições do laboratório eram precárias (o local era muito frio no inverno, quente no verão e não havia equipamentos básicos) e ambos tinham que trabalhar arduamente como professores para garantir a subsistência. A descoberta da radioatividade por Henri Becquerel, em 1896, inspirou os Curie em suas pesquisas. Em 1898, o casal descobriu dois novos elementos radioativos: o rádio, cujo nome deriva da palavra latina “raio”, e o polônio, que ganhou este nome em homenagem à terra natal de Marie. Madame Curie desenvolveu métodos para separar o rádio dos resíduos radioativos em quantidades suficientes para permitir sua caracterização e o estudo minucioso de suas características, em particular as propriedades terapêuticas. O Prêmio Nobel de Física de 1903 foi dividido entre o casal Curie e Henri Becquerel, que descobriu a radioatividade espontânea. Marie e Pierre Curie ficaram com metade do prêmio por sua pesquisa sobre o fenômeno da radiação descoberto por Becquerel. Marie Curie estudou a radiação de todos os elementos radioativos conhecidos, incluindo urânio e tório, o qual ela descobriu mais tarde que também é radioativo. Em 1911 ela foi premiada com o Nobel novamente, desta vez com o de Química, por suas descobertas e estudos dos elementos rádio e polônio. Depois de conquistar o segundo Nobel, ela passou a trabalhar para construir o Instituto do Rádio, em Paris, onde pesquisaria as aplicações da radioterapia na medicina.

A radioterapia é utilizada para o tratamento de câncer. Depois da morte de Pierre, em 1906, em um acidente – ele escorregou, caiu e acabou atropelado por uma carruagem –, ela foi convidada a assumir o posto que o marido ocupava na Sorbonne, tornando-se professora de física. Foi a primeira mulher a conquistar esta posição. Durante a Primeira Guerra Mundial, Marie Curie montou unidades móveis de radiologia e treinou grupos de voluntários para operá-las. “Estas unidades foram especialmente úteis em 1914 durante a Batalha de Marne”, contou, em suas memórias, já que radiografavam soldados feridos para localizar ossos quebrados, balas e estilhaços. Ela também criou uma unidade móvel de radiografia, que percorria os hospitais de Paris que não dispunham desse equipamento. Já conhecida internacionalmente por suas pesquisas, em 1920 ela viajou aos Estados Unidos, sendo presenteada pelo governo federal com um grama de rádio, além de recursos e novos equipamentos para dar continuidade ao seu trabalho.Madame Curie conquistou um alto grau de respeito e admiração junto à comunidade científica de todo o mundo, mas manteve durante toda a vida uma postura avessa à publicidade, às honrarias e à vida social. Seus estudos mais conhecidos são Recherches sur les substances radioactives (Investigações sobre substâncias radiativas), de 1904; L’Isotopie et les éléments isotopes (Isotopia e elementos isotópicos) e o clássico Traité de radioactivité (Tratado sobre radiatividade), de 1910. Ela integrou o primeiro Conselho Solvay (Conseil Solvay), em 1911. Criado por Ernest Solvay, fundador da multinacional química Solvay, o objetivo do conselho, que existe até hoje, é reunir os mais importantes químicos e físicos para discutir temas de suas especialidades. Curie também integrou o Comitê de Cooperação Intelectual da Liga das Nações, entidade que antecedeu a Organização das Nações Unidas. A importância do trabalho de Marie Curie pode ser medida pelos diversos prêmios que ela recebeu nas áreas de ciência, medicina e direito, e vários outros nas áreas de ensino, concedidos por sociedades científicas de todo o mundo. Além dos dois prêmios Nobel, Madame Curie recebeu, em 1903, junto com o marido, a Medalha Davy, concedida pela Royal Society, de Londres (Inglaterra), associação científica fundada em 1660. Em homenagem aos Curie, a radioterapia era chamada na França de “Curieterapie”.

Madame Curie morreu na cidade francesa de Savoy em 4 de julho de 1934 de anemia aplástica, provavelmente causada pela radioatividade. Suas cinzas estão depositadas, ao lado do marido, no Panteão, em Paris, onde também se encontram os restos mortais de célebres personagens da história francesa. A devoção à ciência e ao humanismo foram legados aos seus descendentes. A filha mais velha do casal, Irène Joliot-Curie, ganhou o Prêmio Nobel de Química, em 1935, junto com o marido, Frédéric Joliot, pela síntese de novos elementos radioativos. A filha caçula, Eve, casou com o diplomata norte-americano H. R.  ,Labouisse. Ambos tinham grande interesse por problemas sociais. Sua atuação como diretor do Fundo para a Infância das Nações Unidas (Unicef) lhe rendeu o Prêmio Nobel da Paz de 1965. Eve é autora de uma famosa biografia da mãe, intitulada Madame Curie, publicada pela primeira vez em 1938 e traduzida para vários idiomas.

Para saber mais:

Fundação Nobel http://nobelprize.org/

nobel_prizes/chemistry/laureates/1911/

marie-curie.html

Marie Curie – her story in brief da Sociedade

Norte-Americana de Física http://www.

aip.org/history/curie/brief/index.html.

Disponível em: http://www.crq4.org.br/default.php?p=informativo.php&id=158

Luz e Cor

Por que as coisas são coloridas?

Júlio C. de Carvalho*

Muitas propriedades da matéria podem ser explicadas pela estrutura molecular e pelas interações entre moléculas. É o caso da dureza, dos pontos de fusão e ebulição, da densidade e também da cor. Porém, a avaliação dessa última propriedade a partir da estrutura molecular não é simples. Sabemos que a luz interage com a matéria, sendo em parte absorvida e em parte refletida. É essa cor refletida que percebemos como a cor do material. Nada mais natural, então, que começar lembrando o que é luz.

O problema, é que, parafraseando o físico Richard Feynman, a luz "não se parece com nada que você já tenha visto". Nadinha mesmo. A luz é uma onda eletromagnética, cuja energia é medida por fótons - partículas sem massa ou carga, mas dotadas de energia.

Parte das propriedades da luz que conhecemos - trajetória retilínea, por exemplo - pode ser explicada pensando na luz como partícula, mas propriedades como a difração exigem que se pense na luz como uma onda. Muito do que se sabe sobre a luz e os fótons foi determinado no último século; para o que se pretende explicar aqui, a idéia da luz-partícula é mais simples.

Digamos que a luz é "feita" de fótons, partículas que possuem uma energia relacionada à sua freqüência. Quanto mais alta a freqüência da luz, maior a sua energia, e menor o seu comprimento de onda.

A luz que enxergamos - aquela que, portanto, tem cor - é apenas uma faixa estreita do espectro eletromagnético, que compreende também as ondas de rádio, luz infravermelha, ultravioleta, raios X e raios gama. A luz que "vemos" é a que tem comprimento de onda entre cerca de 400 e 700nm:

Por que vemos essa faixa de cores?

Porque o nosso olho é sensível a essa faixa do espectro eletromagnético. Essa resposta parece óbvia, já que os olhos evidentemente evoluíram para perceber essa faixa de luz; mas o fato é que nem toda a luz interage do mesmo jeito com a matéria.
Nem toda luz tem energia suficiente para causar alterações que possam ser transformadas em impulsos nervosos. A energia de algumas ligações típicas é dada na tabela abaixo:

Ligação química	Energia de ligação (J)	Comprimento de onda equivalente (nm)
Van der Waals	6,4. a 13.10-21	31100-15300 (infravermelho - IR)
Pontes de Hidrogênio	210 a 480.10-21	950-410 (IR e visível)
Ligações Iônicas	320 a 640.10-21	620-310 (visível e UVA)
Ligações Covalentes	350 a 1200.10-21	560-160 (visível, UVA e UVB)

Os dados dessa tabela mostram algumas coisas que você conhece: primeiro, que a radiação infravermelha está associada a interações fracas, como as forças de Van der Waals. Toda matéria emite radiação infravermelha.

Segundo, que é preciso de mais energia para romper ligações mais fortes - pontes de hidrogênio e ligações iônicas, por exemplo. Terceiro, que as radiações UVB, tem muita energia, o que explica a sua periculosidade.

Mas espere: se a radiação UV é tão energética, não poderia ser enxergada? Poderia sim, e vários pássaros e insetos são capazes de perceber luz na faixa ultravioleta. Ocorre que energia demais acaba interagindo de forma a ionizar as substâncias, o que dificulta o funcionamento reversível dos sistemas óticos.

A figura a seguir ilustra a principal transformação responsável pela visão, a isomerização do cis-retinal ligado a uma proteína, a opsina:


Nessa transformação, um fóton é absorvido por um elétron da ligação indicada. A ligação deixa de ser dupla, por um momento, o que permite que a molécula gire, formando o isômero trans- e gerando uma cascata de transformações que culmina na emissão de um impulso nervoso.

A propósito, lembre que ligações simples podem girar sem romper, enquanto duplas não podem:

A luz necessária, em se tratando de bastonetes, é de mais ou menos 498nm. Para os três tipos de cones, S, M e L (as células responsáveis pela percepção de cores) há respectivamente três comprimentos de onda: em torno de 420nm, para a percepção de luz azul; 534nm, para a luz verde; e 564nm, para a luz vermelha.


A luz necessária, em se tratando de bastonetes, é de mais ou menos 498nm. Para os três tipos de cones, S, M e L (as células responsáveis pela percepção de cores) há respectivamente três comprimentos de onda: em torno de 420nm, para a percepção de luz azul; 534nm, para a luz verde; e 564nm, para a luz vermelha.


Curiosamente, a cor pode ser percebida tanto como um comprimento de onda puro, quanto com algumas combinações de cores (cores metaméricas). Um exemplo: o efeito de um pouquinho de luz azul, um pouco mais de verde e uma boa dose de vermelho causa o mesmo efeito nos cones que um único feixe de luz alaranjada. Esse efeito é explorado em televisões ou monitores, em que os componentes vermelho, verde a azul (em inglês, a sigla é RGB) formam todos os "milhões de cores" que o monitor oferece.

Como se faz a interação da luz com a matéria?

Agora que lembramos o que é luz e como funciona a visão, vamos à interação da luz com a matéria. Já vimos que fótons podem ser emitidos e absorvidos, mas pelo quê exatamente? Por várias partículas subatômicas, como íons, prótons ou elétrons em movimento. Portanto, há várias interações possíveis entre a luz e a matéria.
A tabela a seguir mostra alguns tipos de transformações em moléculas, dependendo do comprimento de onda da luz:

Fenômenos	Região do espectro	Comprimento de onda
Nucleares	Raios gama	0.1 nm
Elétrons internos	Raios X	0.1-1 nm
Ionização	Ultravioleta	10-200 nm
Elétrons de valência	Ultravioleta próximo e visível	200-800 nm
Vibrações moleculares	Infravermelho	800-2500 nm
Spin eletrônico	Microondas	4000 nm-300000000 nm
Spin nuclear	Ondas de rádio	1000000000 nm e acima

Apesar de toda essa rica interação entre luz e matéria, a absorção e emissão de luz visível está relacionada principalmente a transições entre níveis de energia dos elétrons de valência, em orbitais atômicos e moleculares - os orbitais que participam de uma ligação. A energia (e conseqüentemente a freqüência, e portanto a cor) da luz está associada à diferença de energia envolvida entre os estados dos elétrons nessas transições.

A cor percebida depende da cor absorvida, de acordo com a complementaridade das cores: cores primárias subtrativas absorvem comprimentos de onda determinados. Na figura a seguir, cada círculo representa um filtro absorvendo cor, por isso a combinação das cores é a ausência de cor, o negro.

As cores primárias subtrativas são o amarelo, o ciano e a magenta. Assim, se da luz branca for absorvido o componente amarelo, percebe-se a cor azul; de forma análoga, quando a cor de um composto é amarela, esse composto deve absorver luz no comprimento de onda correspondente ao azul, e assim por diante.

Vamos ver mais detalhadamente esse fenômeno de absorção (e emissão). Há muito tempo já se sabia que substâncias são capazes de absorver e emitir luz de cores características, quando aquecidas. Mas só quando essa luz foi decomposta por prismas é que se viu que havia linhas bem definidas, correspondentes a luz de energias também definidas; aquecer o material mais fortemente não muda as linhas, apenas a intensidade da luz.

Um exemplo bem conhecido é o do sódio, que quando aquecido emite uma luz brilhante e amarela, correspondente a duas linhas na vizinhança dos 589 nm. No entanto, a decomposição da luz do sódio por um prisma mostra várias outras linhas:


Explicar esse fenômeno foi um dos objetivos de cientistas como Niels Bohr, ao imaginar a eletrosfera do átomo com um número limitado de "camadas" com elétrons, cada uma com energia definida. Um elétron pode absorver um fóton (um quantum de luz) e passar a uma camada mais externa; ao retornar à sua camada fundamental, é preciso emitir a energia excedente, também na forma de um fóton.

A absorção de fótons de luz com energias específicas é um fenômeno bem conhecido e explorado em técnicas de análise como a espectrofotometria. Na prática, quando se trata de substâncias corantes, há bandas de absorção - faixas de comprimentos de onda, ao invés de linhas espectrais como em íons inorgânicos simples.

Isso ocorre porque as interações de um átomo com outros alteram a energia dos seus orbitais, principalmente os de ligação; essa distorção dá margem a mais comprimentos de onda, a ponto de o espectro parecer contínuo.

Muitos compostos não apresentam cor porque não interagem com a luz visível, embora seus elétrons interajam fótons de outros comprimentos de onda. Uma forma de visualizar esse efeito é pensar na distância entre orbitais para a transição eletrônica, e ainda que, quanto maior a distância, maior o comprimento de onda com o qual o íon pode interagir, e vice-versa.

Logo, se os orbitais de ligação tiverem um tamanho próximo ao comprimento de onda da luz, interagirão com essa luz. Agora é um bom momento para saber qual é o tamanho de alguns íons mais comuns:

Elemento	Raio atômico (nm)	Cor da solução com íons
Hidrogênio	0,025	Incolor
Sódio	0,180	Incolor
Ferro	0,140	Verde a amarelo
Cobre	0,135	Verde a azul
Manganês	0,140	Violeta
Césio	0,260	Incolor

Se essa tabela for estendida a outros cátions, você notará que os elementos de transição (que usam subníveis tipo d para formar íons complexos com a água) apresentam, em geral cor. Isso é função do seu tamanho e tipo de orbital.

O branco e o negro só diferem na luminosidade refletida

Em moléculas orgânicas, embora as ligações sejam feitas por orbitais s, p e seus híbridos, ainda valem as mesmas considerações feitas no artigo anterior sobre luz e cor. A energia requerida por elétrons capazes de excitação depende do orbital que esses elétrons ocupam. A energia requerida é menor (e, portanto, maiores comprimentos de onda, menos energéticos, serão adequados) quando duplas ligações ocorrem. Se uma série de duplas ligações duplas conjugadas (duplas intercaladas com simples ligações) está presente, a energia de excitação é ainda menor, a ponto de poder ser promovida pela luz visível - portanto, pode-se observar cor.

À medida que o comprimento do sistema de duplas ligações conjugadas aumenta, o comprimento de onda de máxima absorção também aumenta. Por exemplo, enquanto o antraceno (três anéis aromáticos lineares) é incolor, o naftaceno (4 anéis lineares) é laranja, (porque absorve parte do azul), e o pentaceno (5 anéis lineares) é azul, pois com um sistema conjugado maior, absorve luz de comprimentos de onda também maiores, de amarelo a vermelho:




Esses sistemas conjugados são muito comuns em pigmentos - por exemplo, na clorofila e nos carotenóides, como o beta-caroteno:




A formação de sistemas conjugados com heteroátomos como oxigênio ou nitrogênio (apresentando igualmente orbitais p conjugados) também é importante. A alteração de um único átomo pode alterar significativamente a cor de um composto, um fenômeno explorado no uso de indicadores ácido-base, como a fenolftaleína:




Na figura, a região destacada em verde é a responsável pela absorção da porção verde do espectro, o que faz com que a fenolftaleína tenha uma cor vermelho-púrpura, em meio básico.
Quando os sistemas de duplas conjugadas são muito grandes, a substância pode absorver uma larga faixa de comprimentos de onda. O resultado é um material escuro, porque absorve toda a luz, como no caso do carvão mineral ou do grafite:




Interessante, não? E já que falamos do negro, vamos a um último comentário, sobre o branco e preto: na verdade, nenhum dos dois é uma cor, mas sim uma mistura de cores. Ok, você pensa, a luz branca realmente tem todas as cores. Mas o negro?

Ora, os materiais mais escuros - por exemplo, fuligem - ainda refletem cerca de 20% da luz incidente. E isso em todos os comprimentos de onda (se não você veria alguma cor muito escura, como verde ou vermelho escuros, e não negro).

Já os brancos "mais brancos" refletem cerca de 90% da luz incidente, (absorvem cerca de 10%, em todos os comprimentos de onda). Logo, branco e negro são quase a mesma coisa, diferindo apenas na quantidade de luz refletida!

*Júlio C. de Carvalho é engenheiro químico e professor do curso de engenharia de bioprocessos e biotecnologia da Universidade Federal do Paraná (UFPR). 

 

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Disponível em: http://educacao.uol.com.br/quimica/ult1707u70.jhtm