Mineral Mágico? Mineral comum capaz de fazer e quebrar ligações

Uma equipe de pesquisadores da ASU demonstrou que um mineral especial, esfalerita, pode afetar o processo mais fundamental na química orgânica: a quebra e formação da ligação entre carbono-hidrogênio. Esta é uma amostra de uma gema de esfalerita, de qualidade, em uma matriz de quartzo.
 
Reações entre minerais e compostos orgânicos em ambientes hidro-termais são componentes essenciais do ciclo de carbono terrestre, pois eles fornecem energia para a biosfera profunda, e pode ter implicações para as origens da vida. No entanto, muito pouco se sabe sobre como minerais influenciam as reações orgânicas. Uma equipe de pesquisadores da Universidade Estadual do Arizona demonstraram como atua os minerais como catalisadores para reações orgânicas hidro-termais específicas - negando a necessidade de solventes tóxicos ou reagentes caros.

O coração da química orgânica, também conhecido como química do carbono, é a ligação covalente carbono-hidrogênio (ligação C-H) ─ um elo fundamental entre os átomos de carbono e hidrogênio encontrados em quase todos os compostos orgânicos.

Os ingredientes essenciais que controlam as reações químicas de compostos orgânicos em sistemas hidrotérmicos são as moléculas orgânicas, água quente pressurizada, e minerais, mas um entendimento mecanicista de como minerais influencia a reatividade orgânica hidrotermal tem sido praticamente inexistente.

A equipe da ASU se propôs a compreender como diferentes minerais afetam as reações orgânicas hidrotermais e assim, descobriram que um mineral comum de sulfeto (ZnS, ou Esfalerita) limpo catalisa uma reação química fundamental - a formação e a quebra de uma ligação CH.

Seus resultados foram publicados em 28 de julho, na Anais da Academia Nacional de Ciências. O papel foi escrito por uma equipe interdisciplinar de pesquisadores da ASU, que inclui: Jessie Shipp (2013 PhD em Química e Bioquímica), Ian Gould, Lynda Williams, Everett Choque, e Hilairy Hartnett. O trabalho foi financiado pela National Science Foundation.

Para seus experimentos, a equipe precisava de altas pressões e altas temperaturas em um recipiente quimicamente inerte. Para obter estas condições, os reagentes foram soldadas numa cápsula de ouro puro e colocado num recipiente de pressão, no interior de um forno. Quando um experimento é feito, a cápsula de ouro é congelada em nitrogênio líquido para parar a reação, depois abre-se e deixa-se descongelar, enquanto submersas em diclorometano para extrair os produtos orgânicos.  

"Normalmente, você não esperaria a água e um hidrocarboneto orgânico reagir. Se você colocar um alcano em água e adicionar um pouco de mineral, provavelmente, você ficará por horas sentado e nada acontecerá", explica o primeiro autor, Shipp. "Mas com a alta temperatura e pressão, a água se comporta mais como um solvente orgânico, a termodinâmica de reações mudam, e de repente as reações que são impossíveis na bancada começam a se tornar possíveis. E tudo é usando componentes que ocorrem naturalmente em condições que podem ser encontrados em sistemas hidrotérmicos do passado e do presente. "

Um mineral na mistura

Anteriormente, a equipe havia pensado que pudesse reagir moléculas orgânicas em água pressurizada quente para produzir muitos tipos diferentes de produtos, mas as reações eram lentas e as conversões baixas. Este trabalho, no entanto, mostra que, na presença de esfalerite, a taxa de reação hidrotérmica aumentou drasticamente; a reação se aproximou do equilíbrio, e obteve-se apenas um produto formado. Esta reação foi muito limpa, muito simples, foi inesperada.

"Escolhemos a esfalerite porque tínhamos trabalhado com sulfetos de ferro e percebi que não poderia isolar os efeitos do ferro dos efeitos do enxofre. Então tentamos um mineral com enxofre, mas não de ferro. Esfalerite é um mineral comum em sistemas hidrotermais, então era uma boa escolha. Nós realmente não esperavávamos que ele se comportasse de modo diferente dos sulfetos de ferro ", diz Hartnett, um professor associado na Escola de Terra e Exploração Espacial, e no Departamento de Química e Bioquímica da ASU.

Esta pesquisa fornece informações sobre exatamente como a superfície do mineral esfalerite afeta a quebra e a formação da ligação CH. A esfalerite está presente nos sistemas hidrotermais marinhos ou seja, nos chamados Black Smokers, e tem sido o foco de recentes investigações origens de vida.

Reações orgânicas hidrotermais afetam a formação, degradação e composição do petróleo, e fornece fontes de energia e de carbono para as comunidades microbianas em sistemas sedimentares profundas. Os resultados têm implicações para o ciclo do carbono, para a astrobiologia, química orgânica prebiótica, e talvez ainda mais importante para a Química Verde (uma filosofia que incentiva o design de produtos e processos que minimizem o uso ea geração de substâncias perigosas).

"Esta ativação da ligação CH é um passo fundamental que é, em última análise necessária para produzir moléculas mais complexas - no ambiente dessas moléculas pode ser alimento para a biosfera profunda - ou envolvidos na produção de combustíveis derivados do petróleo", disse Hartnett. "O lado a química verde é potencialmente muito legal - uma vez que podemos realizar reações em água quente com apenas um mineral comum que normalmente exigiria catalisadores caros ou tóxicos ou extremamente rigorosos- ácidos ou oxidantes "

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Hélio Super-Arrefecido parece desafiar a gravidade

Nós todos sabemos que o hélio é um gás usado para encher balões ou até mesmo para modificar nossas vozes. Que também é de extrema importância por atuar como refrigerante para os dispositivos médicos e para a instrumentação científica No entanto, o Hélio tem uma utilização menos conhecida, que é a de que ele possuiu dois estados líquidos diferentes, um dos quais é verdadeiramente estranho, na fronteira do assustador.

O estado líquido I do Hélio ocorre entre 2,18 K e 4,22 K (entre -270,97ºC e -268,93ºC). Nesse estado ele é quase invisível, os cientistas precisam fazer objetos flutuarem sobre ele para saber onde se encontra a superfície do líquido.

Isso porque esse estado é ao mesmo tempo transparente e ligeiramente mais leve que o vácuo ou a atmosfera terrestre.

Entretanto, quando ele atinge temperaturas próximas a 2.18 K que as coisas começam a ficar realmente estranhas. Esse vídeo da BBC dá uma boa ideia:

Para compreender o que está acontecendo é necessário dar-se conta que todos os fluidos que nós conhecemos possuem viscosidade. As partículas no interior do fluido interagem (podemos usar a palavra “raspar”) com as outras enquanto fluem, criando fricção.

Algumas vezes a viscosidade é óbvia, tal como observado no mel. Com a água, nós mal conseguimos observá-la, o que não significa que a água não seja viscosa, só que muito menos que outros líquidos.

Entretanto, um “super-fluido” não possui viscosidade alguma. Não se trata de apenas um pouco de viscosidade, mas sim de absolutamente nenhuma viscosidade.

O estado líquido II do Hélio contém uma mistura de material super-fluido e não super-fluido. Inteiramente livre de forças friccionais o Hélio II escala as paredes, passa através de orifícios que bloqueiam o avanço do Hélio I, e conduz calor um milhão de vezes melhor que o Hélio I e centenas de vezes mais facilmente que elementos químicos metálicos.

Ah, e eu já falei que ele produz uma fonte “sem fim”?

Mais sobre o Hélio

Todos esses efeitos são explicados pela mecânica quântica – algo que normalmente ocorre em uma escala tão pequena que nós não conseguimos perceber. Apesar de ser mais um líquido do que um gás super-resfriado, existem fortes similaridades com o Condensado de Bose-Einstein (BEC) que também é um superfluido (e ele consegue fazer coisas ainda mais estranhas que o Hélio II, mas é muito mais difícil de produzir).

O efeito de escalar paredes ocorre na forma de um filme de 30 milionésimos de milímetro de espessura. O Hélio “rasteja” em direção a lugares mais quentes onde ele pode evaporar, mesmo se isso exija que ele desafie a gravidade para chegar lá.

É também uma excelente ilustração das forças capilares que fazem com que a água suba por um tubo pequeno, só que a elevado a um grau espantosamente alto no caso do Hélio II.

Muitos dos frascos que usamos possuem pequenos buracos, mas os líquidos não escapam deles porque sua viscosidade previne qualquer coisa de fluir por ali. Ou seja, sem viscosidade = um vazamento enorme.

A condutividade térmica funciona de uma forma muito diferente da condução térmica em muitos materiais. O calor flui através do ar (como o som), movendo a 20 m/s a temperaturas em torno de 1K.

O efeito fonte ocorre quando uma câmara está separada do Hélio II por uma barreira que permita a passagem do super-fluido, mas que impeça a passagem de líquidos não super-fluidos.

O aquecimento da câmara causa a perda da condição de super-fluido do Hélio II. Um balanço é mantido para a proporção de Hélio super-fluido e não super-fluido em cada lado da barreira, de forma que o super fluido extra passa através, incrementando a pressão e produzindo uma fonte.

O efeito foi descoberto por acidente quando o experimentador Jack Allen aproximou um isqueiro do equipamento, aquecendo a câmara o suficiente para iniciar o efeito.

Fonte: hypescience ; Mosaicum ;

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Hidróxido de lítio salva astronautas

“Houston, we have a problem”. Ao enviar essa mensagem em 13 de abril de 1970, o comandante da missão espacial Apollo 13, Jim Lovell, sabia: a sua vida e as dos seus companheiros estavam por um fio. Um dos tanques de oxigênio da nave tinha acabado de explodir.

A questão toda da sobrevivência imediata estava ligada a um pequeno detalhe prosaico: como ligar os filtros de limpeza do gás carbônico exalado pelos astronautas dentro do Módulo Lunar, já que o bocal destes filtros era redondo – pois o encaixe do Módulo de Comando era assim – e o encaixe no Aquarius era quadrado. Evidentemente, esse modo seria uma improvisação e um quebra-cabeça para os cientistas no controle da missão e ela foi feita através de uma engenhosa combinação de tubos, papelão, sacos plásticos de carga e filtros de metal do Módulo de Comando, todos presos juntos por uma boa quantidade de fita isolante cinza. Como era usual sempre que a equipe da Apollo tinha que improvisar, engenheiros e outros astronautas no solo se ocuparam inventando soluções para o problema e testando os resultados. Um dia e meio após o acidente, as equipes do solo haviam desenhado e construído um dispositivo de filtragem que funcionou e eles passaram as instruções por rádio para a tripulação, cuidadosamente guiando seus passos durante cerca de uma hora.

Apesar do perigo iminente de os astronautas ficarem sem O2 para respirar, a principal preocupação da NASA era evitar que a atmosfera da espaçonave ficasse saturada do gás carbônico (CO2) exalado pela própria equipe. Isso causaria um abaixamento do pH do sangue da tripulação (acidemia sanguínea), já que o CO2 é um óxido ácido. [...]

A acidemia sanguínea deveria ser evitada a qualquer custo. Inicialmente, ela leva a pessoa a ficar desorientada e a desmaiar, podendo evoluir até o coma ou mesmo a morte. Normalmente, a presença de CO2 na atmosfera da nave não é problema. Para eliminá-lo, há, adaptados à ventilação, recipientes com hidróxido de lítio (LiOH), uma base capaz de absorver esse gás. Nada quimicamente mais sensato: remover um óxido da atmosfera da nave lançando mão de uma base:

CO2 + LiOH -> Li2CO3 + H2O

O problema é que os três astronautas tiveram de se refugiar numa parte da espaçonave chamada Módulo Lunar: pequena e preparada para duas pessoas. Depois de um dia e meio, uma luz de alerta acendeu: o CO2 havia atingido um nível muito alto. Sinal de que a quantidade de LiOH, calculada para dois astronautas, não estava dando conta do recado.

O improviso de última hora com o hidróxido de lítio do módulo de comando (outra área da espaçonave) salvou a vida de toda a tripulação. E se existissem substâncias que, além de absorverem o CO2, ao mesmo tempo restaurassem o O2? Seria ótimo! E essas substâncias existem. São os superóxidos! O superóxido de potássio (K2O4) já vem sendo utilizado em submarinos. Veja só o que ele faz:

K2O4 + CO2  -> K2CO3 + 3/2 O2

[...] No espaço e até no fundo do mar. Tem química em todo lugar!

Fontes: PEREIRA, L. F. Folha de São Paulo. 29 de maio 2003

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O que é nanotecnologia?

Há mais de 2.500 anos, alguns filósofos gregos se perguntavam se a imensa variedade do mundo que nos cerca não pode ser reduzida a componentes mais simples. A própria palavra átomo vem daquele tempo e significa "indivisível". A última fração da matéria, segundo esses filósofos o "tijolo" fundamental de tudo o que existe, não poderia mais ser dividida em outras partes mais simples. Podemos fazer uma comparação elementar, apenas para fins didáticos. Em uma padaria, você encontra uma grande variedade de pães, bolos, biscoitos, tortas, todos produzidos a partir de um pequeno número de ingredientes: farinha, fermento, manteiga, óleo, açúcar, chocolate etc... Muitas vezes, os ingredientes de pães diferentes são os mesmos, apenas mudam suas quantidades relativas e a forma de preparação. Da mesma maneira, quando olhamos o mundo a nossa volta, vemos uma variedade incrível de seres vivos e objetos inanimados, de um grão de areia a galáxia, de um vírus a uma baleia. Quantos tipos de "ingredientes" diferentes são necessários para produzir esse mundo?

Os átomos são formados por um núcleo positivo, onde reside praticamente toda sua massa, e por elétrons, negativos, que circulam em torno do núcleo. Sabemos, também, que ocorrem naturalmente no universo apenas noventa e dois tipos de átomos diferentes. Estes tipos podem ser classificados pelo número de prótons (partículas sub-atômicas de carga elétrica positiva) contidos em seus núcleos. Sabemos ainda que esses átomos podem não ser o fim da história, pois pode haver no universo partículas ou alguma forma de energia ainda não descobertas - ou pode ser que nossas teorias sobre o universo precisem algum dia ser revisadas, se esses novos "ingredientes" não forem encontrados. Tudo isto é parte do mundo fascinante da pesquisa científica - cada pergunta respondida leva a novas perguntas. Em ciência, as respostas raramente são definitivas, mas as perguntas perduram.

O problema é que átomos são muito pequenos, medem menos de um centésimo de bilionésimo de metro, e obedecem a leis físicas bastante diferentes daquelas com as quais estamos acostumados no nosso mundo familiar. O seu tamanho é tal que não podem ser vistos diretamente. Instrumentos especiais tiveram de ser desenvolvidos antes que fosse possível "ver" um átomo. Um dos mais práticos desses instrumentos, o microscópio de tunelamento, somente foi inventado na década de 1980. Seus inventores, Heinrich Rohrer e Gerd Binnig, dos laboratórios da IBM em Zürich, Suíça, ganharam o prêmio Nobel por seus trabalhos. O funcionamento desse microscópio depende das leis da mecânica quântica, que governam o comportamento dos átomos e moléculas. Portanto, a existência de átomos e as leis da natureza no mundo atômico tiveram de ser pacientemente descobertas a partir de experimentos especialmente concebidos. Este processo levou décadas e envolveu grandes cientistas.

Instrumentos como o microscópio de tunelamento e outros estendem nossa "visão" até tamanhos na faixa de bilionésimo de metro. Um bilionésimo de metro chama-se "nanômetro", da mesma forma que um milésimo de metro chama-se "milímetro". "Nano" é um prefixo que vem do grego antigo (ainda os gregos!) e significa "anão"

Ainda antes dos cientistas desenvolverem instrumentos para ver e manipular átomos individuais, alguns pioneiros mais ousados se colocavam a pergunta: o que aconteceria se pudéssemos construir novos materiais, átomo a átomo, manipulando diretamente os tijolos básicos da matéria? Um desses pioneiros foi um dos maiores físicos do século XX: Richard Feynman.

A ideia de Feynman é que não precisamos aceitar os materiais com que a natureza nos provê como os únicos possíveis no universo. Da mesma maneira que a humanidade aprendeu a manipular o barro para dele fazer tijolos e com esses construir casas, seria possível, segundo ele, manipular diretamente os átomos e a partir deles construir novos materiais que não ocorrem naturalmente. Um sonho? Talvez, há quarenta anos atrás. Mas, como o próprio Feynman dizia em sua conferência, nada, nesse sonho, viola as leis da natureza e, portanto, é apenas uma questão de conhecimento e tecnologia para torná-lo realidade. Hoje, qualquer toca-disco de CD's é uma prova da verdade do que Feynman dizia. Os materiais empregados na construção dos lasers desses toca-discos não ocorrem naturalmente, mas são fabricados pelo homem, camada atômica sobre camada atômica.

O objetivo da nanotecnologia, seguindo a proposta de Feynman, é o de criar novos materiais e desenvolver novos produtos e processos baseados na crescente capacidade da tecnologia moderna de ver e manipular átomos e moléculas. 

Nanotecnologia não é uma tecnologia específica, mas todo um conjunto de técnicas, baseadas na Física, na Química, na Biologia, na ciência e Engenharia de Materiais, e na Computação, que visam estender a capacidade humana de manipular a matéria até os limites do átomo. As aplicações possíveis incluem: aumentar espetacularmente a capacidade de armazenamento e processamento de dados dos computadores; criar novos mecanismos para entrega de medicamentos, mais seguros e menos prejudiciais ao paciente dos que os disponíveis hoje; criar materiais mais leves e mais resistentes do que metais e plásticos, para prédios, automóveis, aviões; e muito mais inovações em desenvolvimento ou que ainda não foram sequer imaginadas. Economia de energia, proteção ao meio ambiente, menor uso de matérias primas escassas, são possibilidades muito concretas dos desenvolvimentos em nanotecnologia que estão ocorrendo hoje e podem ser antevistos.

Fonte: Com Ciência

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A Química é dinâmica

Um cientista decidido a atuar em certo ramo da Química precisa, antes de tudo, estudar o que já se descobriu a respeito do assunto escolhido. A partir daí, deve decidir qual será o problema a investigar e elaborar experiências de laboratório, que lhe permitirão executar observações experimentais. Essas observações podem ser de dois tipos: 

•  Qualitativas: aquelas que não envolvem dados numéricos;

•  Quantitativas: as que provêm de medidas, com a utilização de instrumentos, e constituem-se de dados numéricos.

Após a execução das experiências, é possível notar quais as regularidades observadas e, a partir delas, enunciar um princípio ou uma lei, ou seja, uma frase ou uma equação matemática que expresse a regularidade observada.

Em seguida, pode-se apresentar uma teoria, ou seja, uma proposta de explicação para os fatos experimentais e as leis. Uma teoria é considerada satisfatória quando, ao ser testado em novas situações, obtém-se sucesso em suas previsões. Quando tal sucesso não é conseguido, ela deve ser modificada ou, dependendo do caso, abandonada e substituída por uma melhor.

Todo esse processo não para de acontecer. A Química é uma Ciência e, como tal, está em contínuo processo de evolução e aperfeiçoamento.

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Átomos e Moléculas: entidades de um mundo quase além da imaginação

Átomos e moléculas são entidades tão pequenas que mesmo o melhor dos microscópios ópticos não é suficiente para que consigamos enxergá-los. Mesmo outros tipos potentes de microscópios, usando em pesquisa sobre genes e cromossomos, não têm capacidade de ampliação suficiente para que se possam enxergar átomos e moléculas.

Até a década de 1980, a existência de átomos e moléculas era sustentada por inúmeras evidências experimentais, mas ninguém tinha fotografado um átomo. Nessa época, foi desenvolvido um novo instrumento de ampliação, o microscópio de tunelamento.

Com ele, foi possível pela primeira vez, obter “fotografias” de átomos. São imagens sem muita nitidez e que não são fotografias propriamente ditas, mas sim imagens produzidas por computador a partir de complexos sinais eletrônicos obtidos pelo aparelho. Contudo, esse avanço tecnológico forneceu novas evidências da existência de átomos e moléculas, em que os cientistas já acreditavam há quase dois séculos, e que mais uma vez confirmada.

Átomos e moléculas fazem parte de um mundo microscópico, quase além de nossa capacidade imaginativa. As menores partículas de poeira que somos capazes de ver a olho nu são formadas por um número de átomos maior do que o número de estrelas em nossa galáxia.

Quando alguém observa uma célula viva ao microscópio óptico, está observando algo formado por trilhões de átomos ou mais. Só para se ter uma noção de como os átomos são pequenos, considere os seguintes dados: se conseguíssemos enfileirar átomos de césio, de ouro ou de hidrogênio até que uma fileira atingisse 1 cm de comprimento, seriam necessários aproximadamente 19 milhões de átomos de césio, 35 milhões de átomos de ouro ou 134 milhões de átomos de hidrogênio!

Imagem da superfície da substância grafite (formada por átomos de carbono), fornecida por um instrumento chamado microscópio de tunelamento. A ampliação é de aproximadamente, 22 milhões de vezes.

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Os Elementos - ZIRCÔNIO (Zr)

O nome de zircônio vem da palavra árabe zargun, que se refere ao zircão, uma gema de ouro em tons conhecido desde os tempos bíblicos. Na Idade Média, pedras incolores de zircão foram pensados como um tipo inferior dos diamante, mas isso se mostrou errado em 1789 pelo químico alemão Martin Klaproth (1743-1817), que analisou e descobriu um novo elemento, zircônio.
    Klaproth foi incapaz de isolar o metal, mas isto foi conseguido pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius, em 1824. Na época químicos poderia encontrar pouca utilidade para o zircônio ou seus compostos químicos e, devido a isso, o elemento caiu no esquecimento por um século ou mais.
     Hoje gemas artificiais são feitas de óxido de zircônio ou 'zircônia cúbica' e eles brilham com mais intensidade do que o diamante, apesar de ainda perderem na questão da rigidez. O que os distingue do diamante real é a sua maior densidade de 6,0 g cm³ em comparação com diamante de 3,52.

Um elemento estelar

O zircônio é abundante nas estrelas do tipo S em que elementos mais pesados ​​são formados por captura de nêutrons. Traços do elemento também estão presentes no Sol. Além disso, foi encontrado altas quantidades de óxido de zircônio em amostras lunares (em comparação com o que existe na crosta terrestre).

      Aqui na Terra, os cientistas descobriram recentemente que zircões da região de Jack Hill of Western Australia tinham cerca de 4,4 bilhões de anos e isso, juntamente com a sua razão isotópica de Oxigênio-16/Oxigênio-18, sugeriu que eles só poderiam ter sido formados quando houve água líquida na superfície da Terra, que é quase 500 milhões de anos antes do que o previsto anteriormente.
     Hoje, o elemento é utilizado, como zircão (silicato de zircônio) e óxido de zircônio, como o próprio metal.
     A Areia de zircão é usado para equipamentos de fundição - nos forros resistentes ao calor para fornos e fazer moldes de fundição e conchas gigantes. Misturado com vanádio ou praseodímio, o zircão faz pigmentos azul e amarelo para vidros, cerâmica e azulejos.

      O óxido de zircônio, com um ponto de fusão de 2715 °C, é utilizado para fazer cadinhos resistente ao calor, cerâmicas e abrasivos. Um cadinho incandescente feito de ZrO2 pode ser mergulhado em água fria sem rachaduras. Óxido de zircônio é mais forte do que o aço temperado e também é usado para facas, tesouras e ferros de golfe. A produção de óxido de zircônio puro tem cerca de 25.000 toneladas por ano, alguns dos quais vai para outros produtos, incluindo cosméticos, desodorantes, embalagens de alimentos e até mesmo pedras preciosas falsas. A indústria de papel e embalagens descobriu também que óxido de zircônio faz bons revestimentos de superfície porque tem excelente resistência à água e força, e não é tóxico.
      Zircônio metálico tem uma superfície oxidada, que é ao mesmo tempo duro e impermeável ao ataque químico, tornando-o ideal não só para uso em fábricas de produtos químicos, mas também para implantes corporais, tais como juntas de substituição da anca. Na década de 1940 os cientistas descobriram que o metal era ideal para o uso dentro de reatores nucleares e submarinos nucleares, isso em razão dele não corroer a altas temperaturas, nem absorver nêutrons para formar isótopos radioativos. Hoje, a indústria nuclear compra quase todo o metal de que é produzido e alguns reatores nucleares têm mais de 100 km de tubagem de zircônio. Conforme extraído, zircônio  e háfnio contém entre 1-3%, o qual é quimicamente muito semelhante e, embora seja difícil de separar os dois elementos, isso tem deve ser feito se o metal está a ser utilizado na indústria nuclear, isso devido o háfnio conseguir absorver fortemente os nêutrons.
     Alguns outros materiais à base de zircônio valem a pena mencionar. Liga de zircônio e alumínio é usado para quadros de bicicletas, pois esta liga combina força e leveza; e de ligas de zircônio, o nióbio é supercondutor abaixo de 35K (-238 º C) e, portanto, conduz eletricidade sem perda de energia. Finalmente, tungstato de zircônio (ZrW2O8), que se encolhe conforme você o aquece, pelo menos até atingir 700 º C, quando se decompõe em ZrO2 e WO3.

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Outras informações

• Número atômico: 40

• Massa atômica: 91,224 

• Ponto de fusão: 1852 °C. 

• Grupo 4 da Tabela Periódica (Prefere estar em estado de oxidação (IV), tal como no ZrO2 e no cloreto de ZrCl4, mas pode exibir estados de oxidação mais baixos, tais como ZrCI2 e ZrCl3. 

• Zircônio não se dissolve em álcalis ou ácidos, exceto no ácido fluorídrico. 

• Principais minérios: zircão (silicato de zircônio, ZrSiO4) e badeleita (óxido de zircônio, ZrO2). 

• A produção mundial de zircão é de cerca de um milhão de toneladas por ano, embora apenas cerca de 1% deste acaba como o metal.

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Arco-Iris de Fogo

A foto mostra um arco-íris de fogo, fenômeno conhecido cientificamente como nuvem iridescente, capturado sobre o sul da Flórida, nos Estados Unidos.

Os chamados "arco-íris de fogo" não são nem fogo nem arco-íris, mas com certeza são impressionantes.

       Esse fenômeno é muito raro. De acordo com a NASA, eles são tecnicamente conhecidos como nuvens iridescentes, um fenômeno raro causado por nuvens de gotículas de água de tamanho quase uniforme. As nuvens difratam, ou encurvam, à luz de uma maneira semelhante, o que a separa em diferentes comprimentos de onda, ou cores.
     A difração é um fenômeno que ocorre com as ondas quando elas passam por um orifício ou contornam um objeto cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza (ou seja, os seus valores são aproximados) que o seu comprimento de onda.
     Iguais a outros objetos iridescentes, como penas de pavão, as cores que você enxerga podem mudar dependendo da sua posição em relação ao sol e ao objeto.
     Nuvens iridescentes geralmente ocorrem em nuvens recém-formadas, o que parece ser o caso dessas, causadas por uma tempestade de rápido crescimento que empurrou o ar na atmosfera superior através de uma camada de umidade. Isso criou um nevoeiro que parece uma cúpula brilhante no topo da tempestade.
     Espera aí; estamos falando “nuvens” toda hora. Então isso não é um arco-íris? Não. E porque “de fogo”? O fenômeno tem alguma coisa a ver com fogo? Também não.
     O apelido vem apenas do fato do fenômeno produzir um padrão oscilante de cores que vai do azul ao verde ao vermelho ao púrpura e novamente ao azul, como as cores de um arco-íris.
     O que é diferente é a forma como a luz é dispersa para produzir essas cores, pois nos arco-íris elas são formadas pela refração e reflexão, enquanto no arco-íris de fogo ocorre a já mencionada difração, que envolve ondas de luz sendo espalhadas em um padrão em forma de anel.
     Aliás, esse padrão é levemente parecido com outro fenômeno, os arcos circum-horizontais, que formam faixas de cores paralelas ao horizonte. Também chamado de “arco-íris de fogo”, o arco circum-horizontal não deve ser confundido com a nuvem iridescente. Ele é na verdade um halo similar em aparência a um arco-íris, horizontal, causado pela refração através de cristais de gelo ou água líquida.

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Destilação: A arte de "extrair virtudes"

      Alambiques, retortas e fornos estão sempre presentes em imagens para caracterizar alquimistas e químicos em seus laboratórios. Isso indica que tais instrumentos, utilizados no processo de destilação, têm papel destacado no imaginário relativo tanto à alquimia quanto à química. Essa ideia não deixa de ter fundamento, pois a destilação há muito tempo vem sendo utilizada tanto nas artes que envolvem o tratamento e a transformação de materiais quanto por estudiosos que buscavam afirmar ou elaborar ideias sobre a composição da matéria.
    Hoje em dia, a destilação, processo baseado nas diferenças entre os pontos de ebulição das substâncias, é adequadamente explicada pela ideia de que a matéria é formada por partículas que se movimentam e interagem. O fracionamento do petróleo, a obtenção de álcoois e a extração de essências são apenas alguns exemplos de processos em que a destilação é empregada na indústria. Além disso, a destilação é um dos principais métodos de purificação de substâncias utilizados em laboratório. Assim, a importância desse processo tão bem conhecido e claramente interpretado por meio de modelos sobre as partículas que constituem a matéria justifica sua inclusão em qualquer curso de química de nível médio.
     Entretanto, nem sempre a destilação foi considerada uma operação tão trivial. Desde suas origens e durante um longo período, a destilação estaria ligada à preparação de poderosas ‘águas’ e à obtenção da ‘pedra filosofal’, do maravilhoso ‘elixir’ que promoveria a cura de todas as doenças dos metais e dos homens.
     Seria também por meio da destilação que os iniciados extrairiam as ‘quintessências’ de vegetais, minerais e partes de animais, obtendo-se dessa forma puríssimos e poderosos medicamentos.

Possíveis origens da arte da destilação

    Pode-se considerar que a destilação foi um dos desenvolvimentos promovidos pelos alquimistas alexandrinos nas técnicas de se operar sobre a matéria. Tal consideração baseia-se nos estudos realizados sobre os textos produzidos na Antiguidade que chegaram até os dias de hoje. Conforme tais estudos, termos como ambix, lopas ou cucurbita e mesmo desenhos de alambiques estariam presentes apenas nos escritos dos alquimistas alexandrinos. De fato, nas principais fontes dos textos alquímicos alexandrinos que sobreviveram até nossos dias em cópias manuscritas feitas entre os séculos XI e XV, estão algumas figuras de instrumentos que os químicos de hoje podem facilmente associar com aparatos destilatórios.
     Entretanto, apesar das semelhanças observadas entre essas figuras e os instrumentos atualmente utilizados, o processo de destilação era realizado naquela época num contexto muito diferente do atual. A destilação era uma operação alquímica, relacionada, portanto a um corpo conceitual originário de hibridizações entre ideias mágicas, religiosas e filosóficas, associadas aos conhecimentos envolvidos nas práticas artesanais egípcias.

     No laboratório, o alquimista procurava operar sobre a matéria de modo a aperfeiçoá-la, imitando o que se acreditava ocorrer na natureza. Admitia-se que os metais seriam originados no interior da terra e se aperfeiçoariam por um processo análogo à gestação. Assim, a transmutação que ocorreria naturalmente, mas num tempo muito longo, poderia ser acelerada pelas operações alquímicas. Dessa forma, admitia-se que os conhecimentos alquímicos permitiam ao adepto controlar as forças naturais. Por isso, esses poderosos conhecimentos eram considerados divinos e sagrados, devendo, portanto ser mantidos em segredo. Além disso, referências a um momento de revelação em que o adepto recebia esses conhecimentos podem ser notadas em muitos dos textos alquímicos.
     Concepções filosóficas sobre a composição e as transformações da matéria também faziam parte dos fundamentos da alquimia. A possibilidade de transmutar um metal em outro podia ser justificada com base na ideia aristotélica de que a matéria fosse um ‘substrato amorfo’ impregnado de qualidades. Assim, adequando-se as qualidades do metal de partida, seria possível obter prata ou ouro. Uma forma de se fazer isso seria através da eliminação das qualidades do metal comum para se obter aquele ‘substrato amorfo’, aquela matéria primordial sobre a qual seriam então impressas as qualidades da prata ou do ouro. Para realizar as operações necessárias, o alquimista contava com um grande acervo de conhecimentos técnicos que tiveram sua origem nas práticas artesanais egípcias, mas aos quais somaram-se os métodos desenvolvidos pelos próprios alquimistas, nos quais utilizavam poderosas ‘águas’ e ‘espíritos’.
     O processo de destilação provavelmente foi concebido nesse contexto. A invenção dessa técnica e dos instrumentos nela envolvidos é atribuída à alquimista Maria Judia, que teria vivido no início da era cristã. Entretanto, deve-se ressaltar que o termo destilação seria empregado só muito tempo depois para identificar exclusivamente esse processo específico. Mesmo no início da idade moderna, o termo destilar abrangia todos os processos em que se observava gotejamento, incluindo, portanto, fusões e mesmo filtrações.
     Os aparatos destilatórios atribuídos a Maria Judia seriam naquela época empregados, por exemplo, na obtenção de ‘águas sulfurosas’. Entre as ‘águas’ — termo durante muito tempo empregado com referência a líquidos — destacava-se uma ‘Água Divina’, provavelmente uma solução de polissulfetos que seria empregada no processo de imprimir as propriedades do ouro, tais como a cor amarelada, ao material em transmutação. Também na separação de ‘espíritos’ a partir de diferentes materiais, a destilação passaria a ser vista como processo fundamental. Nota-se que aí já pode ser percebida a origem da ideia da possibilidade de se preparar um agente capaz de transmutar qualquer metal em ouro, que viria a ser chamado ‘pedra filosofal’, ‘tintura’ ou ‘elixir’ e cuja busca viria a caracterizar a alquimia em todo o seu desenvolvimento.
     Os livros de destilação A arte da destilação viria a ser amplamente difundida pela nova arte da imprensa. Em tratados de mineração e metalurgia, tais como Pirotechnia (1540), escrito por Vanoccio Biringuccio e De re metallica (1556), de Georgius Agricola, encontram-se descrições de instrumentos e métodos para se obter as “águas de partir” utilizadas por metalurgistas e ourives. Mas seria especialmente nos chamados ‘livros de destilação’ — nos quais, além de se descrever instrumentos e fornos destilatórios, se discorria sobre as virtudes das plantas, minerais e partes de animais considerados curativos — que as vantagens da arte da destilação viriam a ser enaltecidas.
     Um dos mais difundidos livros de destilação foi o Liber de arte distillandi..., Escrito por Hieronymus Brunschwig, cirurgião de Estrasburgo, e publicado pela primeira vez em 1500.
     Brunschwig considerava que remédios obtidos por destilação seriam mais eficientes que as decocções tradicionalmente empregadas. De acordo com ele, nos medicamentos destilados estaria a parte mais pura do material de partida, já que a destilação seria...

‘Simplesmente separar o impuro a partir do sutil e o sutil a partir do impuro, cada qual separadamente do outro, com o propósito de poder tornar o corruptível incorruptível, e de fazer o material imaterial, e de que  o espírito vivo seja feito mais vivaz, pois, pela virtude da grande bondade e da força que nele é  mergulhada e escondida, ele deve penetrar rapidamente, para concepção de sua saudável  operação no corpo do homem’.

    Embora o Liber de arte distillandi... Possa ser considerado como um “manual técnico”, a concepção sobre destilação expressa no trecho citado está relacionada com a ideia da extração das virtudes do material, de sua pura quintessência. Uma outra evidência da presença de concepções alquímicas nos livros de destilação é obtida quando se consideram as semelhanças entre a descrição das virtudes da aqua vitae por descrições das propriedades do ‘elixir’ apresentadas em textos alquímicos. Assim, por mais ‘técnicos’ que esses livros de destilação possam parecer aos nossos olhos, as concepções que tinham por traz de si estavam ligadas à ideia alquímica da extração das virtudes dos materiais, da separação de ‘espíritos’ a partir de materiais impuros, e das ideias sobre o ‘elixir’.


Fonte:  BELETRAN, M. H. R. Química Nova na Escola. N. 4, novembro, 1996, p.24

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Assista a reação conhecida como "Chuva de ouro"

    Este bonito resultado é causado por uma reação química instantânea desencadeada pela mistura de soluções de iodeto de potássio e nitrato de chumbo.
    Veja como o experimento é realizado, de acordo com o criador do vídeo, Thoisoi2, no YouTube.
    Basicamente, o vídeo segue:
    Primeiramente, você precisa começar a preparar duas soluções incolores separadas de iodeto de potássio e nitrato de chumbo, essa misturada com água destilada quente. O iodeto de potássio se dissolverá completamente na água, mas a solução de nitrato de chumbo irá tornar-se turva, devido a um processo chamado de hidrólise. A hidrólise é uma reação em que as ligações moleculares são quebradas quando a água é adicionada. Isto pode ser evitado por adição de um pouco de ácido acético à solução.
    Combine as duas soluções em uma grande taça e eles devem se transformar numa cor amarelo brilhante. Se a solução estiver fria, o iodeto de chumbo irá precipitar imediatamente e formar um sólido no fundo do frasco, mas se a solução ainda estiver quente, irá dissolver.
    Ao longo do tempo, como a solução gradualmente esfria, o precipitado de iodeto de chumbo aparecerá novamente como lindos flocos de ouro. Eles vão começar a cristalizar e flutuar delicadamente em direção à base do frasco como se fosse neve. De acordo com Thoisoi2, quanto mais lento o processo de resfriamento, maior e mais bonito os flocos de iodeto de chumbo ficarão, e a experiência fica bem sob luz solar intensa.

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Cientistas usam fibras de celulose para um novo aerogel

Os cientistas usaram fibras de nanocelulose para fazer um novo aerogel, que é resistente, transparente e termicamente isolante.

    Cientistas Japoneses têm utilizado fibras de nanocelulose extraídos de plantas para criar um novo tipo de aerogel que é não somente transparente e termicamente isolante, mas também resistente mecanicamente.
    Os aerogéis são materiais ultra leves, derivados por substituição do líquido num gel com gás. Na maioria das vezes feitos de sílica ou de carbono. Aerogéis têm uma estrutura esponjosa composta de nanopartículas ordenadas aleatoriamente e de poros comunicantes. Conhecido por sua densidade extremamente baixa, os aerogéis são excelentes isolantes térmicos, mas a sua natureza frágil pode limitar seus usos.
    Em um esforço para criar um aerogel mais resistente, Tsuguyuki Saito e seus colegas da Universidade de Tóquio usaram um novo bloco de construção - fibras de nanocelulose. Produzida por plantas, estas fibras cristalinas têm boa elasticidade, força comparável com nanotubos de carbono e uma largura bastante homogênea de 3nm, graças à sua produção biossintética.
    Dispersando fibras de nanocelulose oxidadas na água, a equipe criou um hidrogel onde as fibras individuais naturalmente foram montadas em um arranjo de cristal líquido. Depois de fixar a estrutura no lugar com ácido, que substituiu a água com etanol, submeteu-se o material resultante a secagem super crítica, deixando para trás um aerogel de nanocelulose.
    No hidrogel, a maioria das nanofibras foram alinhados na mesma direção. Como resultado final, o aerogel é composto por uma estrutura bastante homogênea de fibras, ordenadas tridimensionalmente. "Comparado com aerogéis convencionais, os nossos são estruturalmente novos", diz Saito.
    Em testes, a equipe descobriu que seu aerogel foi significativamente mais resistente do que com sílica convencional ou aerogéis de carbono. 'Quando você pressiona nossos aerogéis - a partir de um centímetro a 1 milímetro - eles não vão quebrar ", diz Saito. "Você também pode dobrar e dobrar o aerogel comprimido; aerogéis convencionais não podem fazer isso. 'A equipe descobriu que eles também foram capazes de melhorar a tenacidade do aerogel simplesmente pelo aumento da densidade das fibras no hidrogel inicial.
    E enquanto o aerogel de nanocelulose é resistente mecanicamente, ainda mantém as propriedades transparentes e de isolamento térmico de um aerogel convencional. "A meu conhecimento esta é a primeira vez que estas três propriedades foram combinados em um aerogel", diz Saito.
    Comentando o trabalho, Stephen Eichhorn, especialista em materiais de celulose da Universidade de Exeter, Reino Unido, diz: "Este é um aerogel verdadeiramente notável com combinação de propriedades de alta transparência, baixa condução térmica e resistência. Todas estas propriedades juntas, além do fato de ter também um material renovável - celulose ... O desafio agora é fabricar este material em grandes quantidades, para aplicações em massa '.
    A equipe agora espera usar a técnica para criar novos aerogéis de carbono com uma estrutura semelhante e resistência mecânica.

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Nova luz emissora de cor azul é criada para os fogos de artifício

 

    Fogos de artifício e foguetes de sinalização convencionais que emitem uma chama azul utilizam produtos químicos tóxicos como fonte de cloro. Químicos da LMU já desenvolveram a primeira formulação livre de cloro, que emite luz azul mediante combustão.
    O  fascínio exercido por fogos de artifício não é muitas vezes entorpecido por reflexões sobre a composição das formulações químicas utilizadas para produzir o caleidoscópio do brilho das cores que gostamos contra o pano de fundo do céu noturno. Misturas que geram luz azul apresentam um problema particular. "Chamas azuis são especialmente difíceis de produzir. Eles têm sido tradicionalmente gerados utilizando cobre ou um composto que contém cobre, em combinação com uma fonte de cloro. Às elevadas temperaturas de combustão, o cloro reage com o cobre para produzir o cloreto de cobre (CuCl) ", diz o professor Thomas M. Klapötke, presidente de Química Inorgânica e materiais energéticos na LMU de Munique. "Além disso, há muito tempo se pensou que CuCl era a única fonte adequada de luz azul para esse fim", acrescenta.
    Agora, ele e seus colegas provaram o contrário. Em colaboração com o Dr. Jesse Sabatini da Prototipagem Divisão do Exército dos EUA (ARDEC) Tecnologia Pirotecnia e, seu grupo tem desenvolvido uma mistura livre de cloro de produtos químicos, que emite luz azul mediante a combustão, e oferece uma alternativa prática para formulações convencionais usados em fogos de artifício. Os pesquisadores relatam sobre o trabalho na última edição da revista Angewandte Chemie.
    Fogos emitindo no azul normalmente utilizar o perclorato de amônio ou perclorato de potássio, ou os compostos orgânicos que contêm cloro como fonte de cloro. "Mas estes percloratos são altamente tóxicos porque interrompem a função da glândula tiroide. Além disso, a combustão de materiais orgânicos policlorados, tais como cloreto de polivinilo (PVC), resulta na formação de bifenilos policlorados (PCBs), dibenzo-p-dioxinas (PCDD) e policlorodibenzofuranos (PCDF). Estas substâncias são extremamente tóxicos e cancerígenos ", diz Klapötke.

 A tonalidade mais pura

     Ele e seus associados no projeto identificaram um substituto benigno ambientalmente para sais de perclorato e compostos organoclorados para aplicações pirotécnicas. "Temos sido capaz de dispensar completamente percloratos. Nossa abordagem baseia-se na geração de Iodeto de Cobre (Cul), que é um forte emissor de luz na região azul do espectro visível," Klapötke explica. Além disso, a luz produzida pela nova mistura é de uma qualidade espectralmente pura, bem melhor do que a obtida usando a combinação de produtos químicos tradicionais.
    "A nova mistura é também menos sensível a choques e é fácil de manusear," diz Klapötke. No entanto, não é totalmente inócua. "Em condições extremas, a combustão da nova mistura é esperada para dar origem a bifenilos poli-iodatos. Mas de um ponto de vista toxicológico, estes compostos são muito menos perigosos do que o cloro. Eles são empregados como agentes de contraste em radiologia médica, por exemplo."
    Formulações que geram chamas azuis para aplicações pirotécnicas são principalmente de interesse para uso em fogos de artifício. "Nosso novo corante livre de cloro pode revolucionar a fabricação de fogos de artifício azuis e dos emissores de foguetes de sinalização para o Exército dos EUA e da Marinha, porque permitem a produção de fogos de artifício que são mais amigos do ambiente do que aqueles que estão atualmente em uso", Klapötke conclui.

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Voyager 1 no espaço interestelar

    A Voyager 1 acaba de mandar novas notícias. São sinais codificados que querem dizer: "Estou aqui".
     "Normalmente, o espaço interestelar é como um lago calmo", disse Ed Stone, do Institute of Technology in Pasadena, Califórnia, que cuida do projeto desde 1972. “Mas, quando ocorrem explosões em nosso Sol, as ondas de choque enviadas para o espaço levam um ano para atingir a Voyager. As ondas provocam o envolvimento da espaçonave por plasma e fazem a Voyager cantar...”
     Os dados desta nova onda gerada pelo nosso sol confirmam que a Voyager está no espaço interestelar, uma região entre as estrelas preenchidas com plasma. A Voyager ainda não deixou o sistema solar, pois ainda tem de alcançar a auréola final de cometas que cercam o nosso sol, entretanto ele rompeu a bolha soprada pelo vento solar, ou heliosfera, que cobre o nosso sol. Voyager 1 é a mais distante sonda feito pelo homem, e o primeiro a entrar no vasto mar entre as estrelas. (O vento solar é uma corrente de partículas carregadas que viajam continuamente a partir do Sol em todas as direções. É como se esse "vento" inflasse uma gigantesca bolha no espaço - bolha esta que chamamos de heliosfera, a região do espaço dominada pela influência do Sol e no interior da qual ficam os planetas).
     "Nem tudo é calmo em torno da Voyager", disse Don Gurnett da University of Iowa, o principal investigador do instrumento da onda de plasma na Voyager, que recolheu a prova definitiva de que a Voyager 1 deixou heliosfera do sol. "Estamos animado para analisar esses novos dados. Até o momento, podemos dizer que ele confirma que estamos no espaço interestelar."
     Nosso Sol passa por períodos de aumento da atividade, onde explosivamente ejeta partículas de radiação de sua superfície para o espaço. Este evento, chamado de Ejeção de massa coronal (EMC), gera ondas de choque ou pressão. Três dessas ondas chegaram a Voyager desde sua entrada no espaço interestelar, em 2012. A primeira era pequena demais para ser notada, e por conta disso só foi descoberta mais tarde. No entanto, a segunda foi claramente registrada pelo instrumento de raios cósmicos da nave espacial em março de 2013.
    Os raios cósmicos são partículas energéticas carregadas que vêm de estrelas próximas, na Via Láctea. Ondas de choque do sol empurram essas partículas em torno delas como boias em um tsunami. Os dados, do instrumento de raios cósmicos, diz aos pesquisadores que uma onda de choque atingiu a sonda.
     Enquanto isso, outro instrumento no Voyager também registrava as ondas de choque. O instrumento de ondas de plasma pode detectar oscilações dos elétrons do plasma.
    "A onda tsunami toca o plasma como um sino", disse Stone. "Enquanto o instrumento de onda de plasma nos permite medir a frequência desse toque, o aparelho de raios cósmicos revela o que o atingiu – as ondas de choque do sol."
     Este toque do sino plasma é o que levou à evidência chave mostrando que a Voyager havia entrado espaço interestelar. Devido o plasma mais denso oscilar mais rápido, a equipe foi capaz de descobrir a densidade dele. Em 2013, graças à segunda onda do tsunami, a equipe adquiriu evidência de que a Voyager havia voado por mais de um ano por meio de plasma, que foi 40 vezes mais densa que a medida antes - outro indicador do espaço interestelar.
     Por que é mais denso lá fora? Ventos do sol explodem uma bolha em torno dele, empurrando-se contra matéria mais densa de outras estrelas.
     Agora, a equipe tem novas leituras de uma terceira onda do sol, primeiro registrado em março deste ano. Estes dados mostram que a densidade do plasma é semelhante ao que foi medido anteriormente, confirmando que a sonda está no espaço interestelar. Graças a rumores de nosso sol, a Voyager tem a oportunidade de ouvir o canto do espaço interestelar.
     Voyager 1 e seu gêmeo, a Voyager 2, foram lançadas 16 dias separados em 1977. Ambas as sondas passaram por Júpiter e Saturno. Voyager 2 também voou por Urano e Netuno. Voyager 2, lançada antes da Voyager 1, é a mais longa sonda operada continuamente e está prevista para entrar no espaço interestelar em poucos anos.

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Inspirados pela natureza, pesquisadores criam material de metal mais resistente

      Tendo como inspiração a estrutura dos ossos e dos bambus, pesquisadores descobriram que, se irem mudando gradualmente a estrutura interna de metais, eles podem fazê-los ficar com maior dureza e resistência; que podem ser personalizados para uma ampla variedade de aplicações – desde armaduras a peças de automóveis.

    "Se você olhasse um metal sob um microscópio você veria que ele é composto de milhões de átomos ligados intimamente, como se fossem grãos bem empacotados", diz Yuntian Zhu, professor de ciência dos materiais e engenharia no estado do NC e autor de dois artigos sobre o novo trabalho. "O tamanho e a disposição desses afetam as características físicas do metal."

    "Ter pequenos grãos na superfície torna o metal mais duro, pois os átomos ali estão mais unidos, mas também faz com que seja menos dúctil - o que significa que o material não suporta uma grande deformação sem se romper", diz Xiaolei Wu, professor de ciência dos materiais na Academia Chinesa de Instituto de Ciências Mecânica, e principal autor dos dois papéis. “Mas se, gradualmente, aumentarmos o tamanho desses grãos internos no material, isso pode tornar o metal mais dúctil”. Veja a variação na imagem, semelhante no tamanho e distribuição das estruturas em uma secção transversal do osso ou uma haste de bambu. Em suma, a interface gradual dos grandes e pequenos átomos torna o material em geral mais forte e mais dúctil, o que é uma combinação de características que é inacessível em materiais convencionais. (OBS: Quanto mais dúctil um material, maior é a redução de sua área ou de alongamento antes da ruptura).

    "Chamamos isso de uma ‘estrutura de gradiente', e você pode usar esta técnica para personalizar as características de um de metal", acrescenta Wu.

    Wu Zhu colaborou na pesquisa que testou o conceito da estrutura gradiente em uma variedade de metais, incluindo o cobre, ferro, níquel e aço inoxidável. A técnica de melhoramento nos materiais metálicos foi perceptível em todos eles.

    A equipe de pesquisa também testou a nova abordagem no Intersticial Free (IF) Steel*, que é utilizada em algumas aplicações industriais.

     Convencionalmente, o IF Steel é suficientemente forte para resistir a 450 megapascais (MPa) de pressão, que tem baixa ductilidade - o aço só pode ser esticado para menos de 5% do seu comprimento, sem quebrar. Isso faz com que seja inseguro. Baixa ductilidade significa que um material é suscetível à falha catastrófica, como de repente, estilhaçando pela metade. Materiais altamente dúcteis podem esticar, o que significa que eles são mais propensos a dar às pessoas tempo para responder a um problema antes da falha total.

     Em comparação, os pesquisadores criaram um IF Steel com uma estrutura de gradiente; forte o suficiente para lidar com 500 MPa e dúctil o suficiente para esticar 20% do seu comprimento antes da ruptura.

     Os pesquisadores também estão interessados ​​em utilizar a abordagem de estrutura de gradiente para fazer materiais mais resistentes à corrosão, desgaste e fadiga.

     "Pensamos que esta pode ser uma nova área de pesquisa de materiais, porque tem uma série de aplicações e pode ser fácil e barata quando incorporados em processos industriais", diz Wu.

     O trabalho é descrito em dois artigos publicados recentemente: "Synergetic Strengthening by Gradient Structure (Fortalecimento Sinergético pela Estrutura Gradiente)", que foi publicado em 02 de julho no Materials Research Letters, e "Extraordinary strain hardening by gradient structure", publicado na Proceedings of the National Academy of Sciences.

*IF Steel: Aço produzido com quantidades muito baixas de elementos intersticiais (principalmente de carbono e nitrogênio), com pequenas quantidades de titânio ou nióbio adicionado para amarrar os átomos intersticiais remanescentes.

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NANOJUICE: Uma bebida que pode vir a ajudar os exames feitos no intestino.

Segundo os pesquisadores, os pacientes poderiam beber o nanojuice como se fosse água. 

    Sabemos que, devido o intestino delgado ser localizado no fundo do intestino humano, ele não é fácil para de se analisar. Métodos utilizados atualmente, como os Raios-X, ressonância magnética e ultrassom podem a vir fornecer imagens instantâneas, porém sofrem limitações. Com esse pensamento, pesquisadores dizem que a ajuda está a caminho.
    Pesquisadores da University at Buffalo estão tentando desenvolver uma nova técnica para captar melhores imagens em exames, utilizando nano-partículas em suspensão no líquido para formar o "nanojuice". A novidade é que os pacientes poderão bebê-lo como se fosse água (mas é claro, isso para a preparação pré-exame). Essa técnica funciona do seguinte modo: quando o líquido atinge o intestino delgado, as nano-partículas entrarão em processo digestivo. No entanto, esse tempo será o suficiente para que os médicos "ataquem" as nano-partículas com uma espécie de laser inofensivo, fornecendo assim através de aparelhos específicos, uma imagem incomparável a qualquer outra, uma imagem em tempo real do órgão.
    Descrito no dia 06 de julho na revista Nature Nanotechnology, o avanço poderia ajudar os médicos a melhor identificar, compreender e tratar doenças gastrointestinais.
    "Métodos de imagem convencionais mostram o órgão e bloqueios, mas este método permite que você veja como o intestino delgado opera em tempo real", disse o autor correspondente Jonathan Lovell, PhD, professor assistente de engenharia biomédica. "Uma melhor imagem nos fará ter uma maior compreensão destas doenças e claro, isso permitirá que os médicos possam cuidar das pessoas de forma mais eficaz."
    O intestino delgado humano médio tem cerca de 23 metros de comprimento e uma polegada de espessura. Localizado entre o estômago e o intestino grosso, é onde a maior parte da digestão e absorção dos alimentos ocorre. É também onde ocorrem sintomas de síndrome do intestino irritável, doença celíaca, doença de Crohn e outras doenças gastrointestinais.
    Para avaliar o órgão, os médicos normalmente requerem que os pacientes bebam um líquido grosso, de bário (O bário preenche e reveste todo o forro interno de intestino, criando uma clara silhueta do reto, cólon e porção do intestino delgado). Os médicos, em seguida, usam raios-X, ressonância magnética e ultrassonografias para avaliar o órgão, mas essas técnicas são limitadas no que diz respeito à segurança, acessibilidade e falta de contraste adequado, respectivamente.
    Além disso, nenhum deles são altamente eficazes em fornecer imagens em tempo real de movimento, tais como peristalse, que é a contração dos músculos que impulsionam o alimento através do intestino delgado. A disfunção desses movimentos podem ser ligados às doenças anteriormente mencionadas, bem como os efeitos secundários de distúrbios da tireoide, diabetes e doença de Parkinson.
    Lovell e uma equipe de pesquisadores trabalharam com uma família de corantes chamados naphthalcyanines (naftalocianina). Estas pequenas moléculas absorvem grandes porções de luz próximos ao espectro do infravermelho, que é o intervalo ideal para agentes de contraste biológicos.
    Eles não são adequados para o corpo humano, pois não se dispersam no líquido e isso pode fazer com que sejam absorvidos pelo intestino para a corrente sanguínea.
    Para resolver esses problemas, os pesquisadores formaram nano-partículas chamados "nanonaps" que contêm as moléculas de corante coloridas e acrescentou as habilidades para dispersar no líquido e se movimentar com segurança através do intestino.
    Em experimentos de laboratório realizados com ratos, os pesquisadores administraram o nanojuice por via oral. Eles então usaram tomografia fotoacústica (PAT), em que é pulsada luzes de laser que geram ondas de pressão que, quando medido, fornecem uma visão em tempo real e com mais nuances do intestino delgado.
    Os pesquisadores planejam continuar a aperfeiçoar a técnica para testes em humanos, e se mudar para outras áreas do trato gastrointestinal.

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O Lago que brilha: Como explicar esse fenômeno?

    No verão de 2008/2009 um estranho fenômeno ocorreu nos lagos Gippsland, em Victoria, na Austrália.
   Os lagos Gippsland são formados por inúmeros lagos, pântanos e lagoas, que cobrem uma área de 354 km², contando com cerca de 400 espécies nativas da flora e 300 espécies da fauna, sendo considerada uma área de preservação.
     Durante o ano de 2006 houveram cerca de 70 incêndios  que acabaram afetando a área da bacia para os lagos Gippsland. Após os incêndios vieram as chuvas em 2007, que chegaram com tanta intensidade que provocaram inundações, condições estas que ao misturar água salgada do mar com a água doce do lago, causaram um surto de algas verde-azuladas, o que deu aos lagos uma cor diferenciada. Vale lembrar que muitas destas condições ainda continuaram atingindo diversas regiões nos anos posteriores.
     Estas algas tinham um efeito fluorescente e, cada vez que as águas se agitavam por qualquer motivo, desde uma quebra de onda ou mesmo por alguma pessoa que atrapalhasse a tranquilidade das águas, a luminosidade aumentava. O fenômeno da bioluminescência nunca foi tão forte como naquele verão, porém ainda é possível ocorrer, em condições adequadas.
    Mas e agora, como explicar isso quimicamente? Bom, temos que entender que esse efeito deriva dos efeitos da luz, ou seja, das radiações eletromagnéticas. Esse é um estudo responsável pela Fotoquímica, área da Química que estuda esses efeitos químicos provenientes da luz , além de também estudar as reações químicas produzidas pela emissão de radiação eletromagnética, a chamada luminescência.
   (Antes de continuar, se quiser saber mais sobre "radiação eletromagnética", clique aqui).
    Dentre os fenômenos de luminescência está a bioluminescência, uma radiação eletromagnética emitida por seres vivos devido a reações químicas que ocorrem no seu organismo, com o decaimento de elétrons de níveis energéticos excitados para níveis mais baixos.

    Nesse caso, a radiação emitida tem comprimento de onda na região do visível, diferente do fenômeno de fluorescência apresentado por alguns organismos.
    Por exemplo, a luz do vaga-lume é produzida por uma reação química que ocorre dentro do organismo do inseto e tem como objetivo atrair parceiros. São substâncias químicas naturalmente presentes no vaga-lume que reagem com o oxigênio, emitindo luz. A frequência com que a luz pisca está relacionada ao seu fluxo de oxigênio, controlado por meio da respiração. Existem outras espécies de organismos que também apresentam luminescência, como alguns peixes que vivem em regiões profundas, onde a luz do sol não chega, como o peixe-víbora, mostrado no filme de animação “Procurando Nemo” . Nesse caso, a função da luminescência é atrair as presas. 

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