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COISAS
NO AR (1) Prof.
Luiz Ferraz Netto Introdução Com esse sucesso, veio a possibilidade de navegar rotineiramente pelo globo inteiro. Tendo o mundo como seu mercado, o homem civilizado tinha agora acesso fácil às coisas boas da vida que eram tão desigualmente distribuídas sobre a Terra. O comércio mundial começou a aliviar as necessidades e a escassez que tinham caracterizado toda a história do homem. A despeito do seu extraordinário sucesso na navegação e na medida do tempo, o homem não tinha aumentado significativamente o número de espécies de coisas que podiam ser usadas para satisfazer suas ânsias ou necessidades. Apenas relativamente poucas plantas, animais e substâncias naturais são diretamente utilizáveis como alimento ou na fabricação de produtos de utilidade. Sua conquista sobre a natureza referia-se mais ao transporte do que à inovação de outros materiais. No final do século XVIII, o conhecimento do homem sobre os metais, fabricação de vidro, cerâmica, tintura, fermentação, tecelagem e medicina, pouco excedia ao dos povos antigos do Mediterrâneo. Ainda usava a mesma vela, o mesmo arado, roda d'água e pedra de amolar, que eram mais antigos que a história registrada. As melhores sedas ainda provinham do Oriente, e o melhor estanho, das Ilhas Britânicas. As únicas grandes invenções ou novas indústrias que o homem moderno podia reivindicar eram a imprensa e a manufatura da pólvora, instrumentos ópticos e relógios mecânicos de precisão. A despeito do modesto progresso do homem no desenvolvimento de novos materiais, o século XIX o encontrou à beira de um fantástico desenvolvimento. Nos anos que se seguiram, o cidadão comum alcançaria um padrão de vida que estava muito além da compreensão dos seus antepassados. Um grande fator dessa revolução social foi a ciência que chamamos de Química. Nossa tarefa nesse resumido texto será tentar acompanhar os passos que levaram ao homem a possibilidade de criar novos e maravilhosos produtos e materiais, partindo das substâncias mais inesperadas da natureza. A
Química dos Antigos O ouro, a prata e o cobre ocorrem como metais na natureza, e sua descoberta remonta a tempos perdidos na história. Embora todos os três fossem valorizados pelo homem antigo, cedo deve ter-se tornado aparente que o cobre era o mais útil dos metais para a fabricação de instrumentos práticos. A fabricação do bronze ¾ uma liga de cobre e estanho ¾ não ocorreu senão muito mais tarde, talvez por volta de 1500 a.C. Embora o cobre comum seja mole, torna-se muito mais duro depois de trabalhado a frio, com o martelamento e o curvamento envolvidos na fabricação de um instrumento com o metal frio. O uso do cobre nativo marca o início de todas as culturas metálicas no progresso humano em direção à civilização. Muito mais tarde, o homem aprendeu a fundir o útil metal vermelho, partindo de seus minérios. Podemos apenas especular sobre uma descoberta acidental do processo. O carbonato de cobre, de cor verde, chamado malaquita, foi usado no Egito antigo como cosmético. Se um pedaço de malaquita tivesse caído nas brasas do carvão de um fogo em extinção, logo apareceriam alguns pingos de cobre. A malaquita é transformada em óxido de cobre pelo calor, este, por sua vez, é reduzido a cobre puro quando calcinado juntamente com o carvão. A remoção do oxigênio de uma substância é chamada de redução, possivelmente o primeiro processo químico aprendido pelo homem. Embora o ferro não seja encontrado em estado nativo, o homem familiarizou-se com ele na forma de fragmentos meteóricos provenientes do espaço exterior. Durante longo tempo, o ferro foi mais apreciado que o ouro, porque era mais escasso e muito mais útil. Pequenas pedras de ferro meteórico foram usadas no Egito como jóias, anteriormente a 3400 a.C. A separação do metal do seu minério parece ter sido conseguida pelos hindus, cerca de 2000 a.C. Uma grande quantidade de minérios, como a hematita, são ricos em ferro combinado com o oxigênio. Assim, a extração do ferro deve ter sido realizada por analogia com a fundição do cobre. O estanho utilizado para fabricar o bronze também pode ser obtido dos seus minérios comuns, com a remoção do oxigênio. Assim, a metalurgia dos primeiros tempos começou com a redução dos minérios, agora chamados óxidos ou carbonatos, calcinando-os juntamente com o carvão, em uma câmara fechada. Entretanto, muitos minérios não cedem ao processo de redução isoladamente. Os minérios que chamamos de sulfetos ¾ combinações de um metal com o elemento enxofre ¾ requerem primeiramente um outro processo. Alguns desses minérios podem ser reduzidos ao metal se forem calcinados previamente no ar. Chamamos a esse processo de oxidação, ou seja, adição de oxigênio a uma substância. Deve ter sido logo observado que a oxidação é facilitada se o minério quente for continuamente suprido de ar fresco. Apareceram então os foles, e com eles vieram os primeiros altos-fornos toscos. Deve também ter sido observado que certos minérios de ferro, que continham calcários, formam u'a massa fundida com mais facilidade. Estas artes eram praticadas há milhares de anos atrás, mas sua verdadeira natureza permaneceu um mistério, até o século dezenove. Como
Materializar Espíritos Invisíveis
O material impuro a ser separado é colocado no receptáculo A e aquecido. Uma parte dele, então, aparentemente desaparece ou se desmaterializa. Embora invisíveis, essas substâncias etéreas são impedidas de escapar pela retorta B. Em seguida, elas se materializam e são coletadas no recipiente C. Sabemos hoje que várias substâncias se evaporam em temperaturas características. Mantendo a mistura colocada em A, a uma temperatura apropriada, o componente que tiver a menor temperatura de evaporação pode ser separado, enquanto os outros permanecem em estado líquido. A natureza deste processo permaneceu em mistério até tempos recentes. Quando aquecidas substâncias como o álcool ou a água, supunha-se que elas desapareciam, tornando-se espíritos ¾ termo que persiste até hoje. A tarefa do alquimista era fazer materializarem-se esses espíritos. Nos tempos medievais, as substâncias que chamamos de gases e vapores não eram reconhecidas como o terceiro estado da matéria. Somente dois estados eram aceitos: o sólido e o líquido. Os antigos filósofos não podiam compreender que o terceiro estado da matéria fosse o elo de ligação entre a fusão dos metais e a destilação do álcool. A física de Aristóteles ensinava que o ar não tem peso, e assim sendo, nem os espíritos nem o ar podiam ser concebidos como uma forma da matéria. Como nas outras ciências exatas, uma antiga barreira aristotélica tinha que ser removida, antes que a ordem pudesse emergir do caos das receitas dos alquimistas. As
primeiras idéias sobre a matéria Outro grego, Heráclito (480 a.C.) considerou o fogo como sendo a referida matéria. Sentiu-se impressionado pelas continuas transformações que observava em todas as coisas. A única realidade, portanto, era a transformação em si mesma. Existir é transformar-se. Escolheu o fogo como a matéria básica, porque ele não permanece idêntico a si mesmo sequer por um único momento. Em oposição radical a Heráclito estava seu contemporâneo, Parmênides, filósofo de Eléia, uma colônia grega do sul da Itália. De acordo com Parmênides, a realidade é inalterável, e a transformação nada mais é que uma ilusão. Não é importante para nosso propósito seguir a linha de raciocínio de Parmênides para chegar a tal conclusão. Como muitos filósofos subseqüentes que se distraiam em fazer ciência, Parmênides utilizou uma lógica inatacável para chegar precisamente à conclusão errada. Ele negou todo valor à percepção dos sentidos, e argüiu que toda verdade deve originar-se na mente. Já tivemos ocasião de salientar, em meus textos, a extensão em que esse desprezo pelo método experimental prejudicou o desenvolvimento científico. Platão foi seu grande expoente, mas Parmênides foi seu autor. Os
átomos de Demócrito Demócrito ensinou que as coisas que são inalteráveis e indivisíveis são os átomos, os componentes da matéria. Como ele deveria pensar, os menores pedacinhos da matéria. Tudo mais é um vazio, ou vácuo, como poderíamos dizer. Admitindo o vazio, Demócrito aceitou que seus átomos eram separados e podiam movimentar-se. A transformação nada mais é que a união ou separação dos átomos que são inalteráveis. Uma substância pode modificar-se somente quando seus átomos se unem com outros átomos, ou se separam uns dos outros. Sejam quais forem as diferenças que percebemos em um objeto, elas são baseadas nas diferenças em tamanho, forma ou posição de seus átomos. A teoria atômica de Demócrito era notavelmente precisa, quando consideramos sua completa falta de prova experimental. Esse é o verdadeiro chute de gênio. Mais de dois mil anos depois, suas idéias deveriam desenvolver-se em uma teoria física que seria testada no laboratório. Mas a Idade de Ouro da Grécia não era ainda a época apropriada para tal desenvolvimento. Os
Elementos de Empédocles A escolha de terra, água, ar e fogo como elementos básicos de toda a matéria não é realmente tão estranha como possa parecer à primeira vista. Obviamente, eles são análogos aos sólidos, líquidos, gases e ao próprio fogo ¾ uma classificação que decorre naturalmente, quando consideramos o mundo material. Também não devemos imaginar que os elementos de Empédocles sejam a água, a terra, o ar e o fogo comuns, que conhecemos tão bem. Na vida real, somente encontramos os elementos em combinação. O líquido que conhecemos como água, de acordo com a teoria, contém uma preponderância da água elementar, como também pequenas quantidades dos três outros elementos. A verdadeira água elementar é meramente a essência da água ¾ algo que nunca poderemos perceber. Os
Sêmenes de Anaxágoras Os
Elementos e os Compostos de Aristóteles Enquanto
seus predecessores se contentaram em falar sobre transformações
em termos gerais, Aristóteles foi específico. Em seus livros Da
Geração e da Decomposição e Da Alma, ele fornece uma derivação
lógica dos quatro elementos. Argumenta ele que o tato é o sentido
primário ¾
noção esta que examinaremos no texto em que trataremos da
óptica.
Foi lógica a derivação feita por Aristóteles dos quatro elementos de Empédocles, e aquele estava firmemente convencido de que ela se baseava na experiência. Quer consideremos ou não seus argumentos convincentes, suas idéias sobre a transformação eram certamente baseadas em fundamentos mais sólidos que as de Demócrito. Certa ou errada, entretanto, a teoria de Aristóteles seria a base das idéias relativas à Química durante dois milhares de anos. Aristóteles também divergiu de Demócrito em seu conceito de um composto químico. Argumentou que a formação de uma substância comum, partindo dos elementos básicos, é mais do que uma reunião desses elementos. Eles próprios se modificam, quando se combinam entre si. A combinação química de elementos é a participação para ser um dos reagentes modificados. Esta afirmação daria mais tarde motivo a uma grande controvérsia, sobre se os elementos continuam ou não a existir como tais, nos compostos químicos. Aristóteles
Versus Demócrito O sistema de Demócrito é classificado como materialismo, porque tudo na natureza é explicado por princípios materiais. Isto nos ajuda a compreender por que Platão, Aristóteles e a maior parte dos pensadores rejeitaram suas idéias, durante dois mil anos. Eles não podiam aceitar uma filosofia que reduzia os nobres feitos da mente a um simples movimento de átomos materiais. Não foi senão após o grande despertar da Ciência, ocorrido no século dezessete, que os homens começaram a suspeitar que Aristóteles tinha errado uma vez mais. A
Alquimia no Islã As premissas fundamentais da alquimia são as seguintes:
Os alquimistas acreditavam que a transmutação de um metal básico em ouro podia ser conseguida com o uso de uma substância indefinida chamada pedra filosofal. Acreditavam também em um elixir da vida e em uma panacéia. O primeiro prolongaria a vida indefinidamente, e o último curaria todos os males. Tais objetivos da alquimia eram tão reais para os alquimistas árabes como é hoje a síntese de uma nova droga ou fibra para o químico moderno. Mas não devemos pensar na alquimia simplesmente como uma massa de superstições fantásticas. Os alquimistas têm sido caluniados por avaliações superficiais dos seus feitos. Se deixarmos de lado o misticismo e o charlatanismo inevitáveis, há muita coisa de valor que pode ser encontrada na alquimia dos árabes. Sua contribuição ¾ e ela foi realmente indispensável ¾ foram as tentativas de todas as possíveis combinações das substâncias conhecidas, durante muitos séculos; a rejeição das que não interagiam, e o registro lento e metódico de todas as receitas que o faziam. Sem essa paciente pesquisa ¾ não considerando seus motivos ¾ a Química não se teria transformado em uma ciência. Uma receita típica da alquimia foi aquela dada, para o esmaltamento de louças por Jabir (cerca de 760-815), alquimista árabe que se tornou conhecido dos europeus como Geber. Ele escreveu em seu Livro das Propriedades: Tome uma libra de litargírio (um composto de chumbo e oxigênio), pulverize-o bem e aqueça-o suavemente junto com quatro libras de vinagre de vinho, até reduzi-lo à metade de seu volume original. Tome então uma libra de barrilha e aqueça-a juntamente com quatro libras de água, até reduzir seu volume à metade. Filtre as duas soluções até que se tornem límpidas, e acrescente gradualmente a solução de barrilha à de litargírio. Forma-se uma substância que se deposita no fundo. Jogue fora a água e deixe secar o resíduo. Ele se tornará um sal tão branco como a neve. Este material é o chumbo branco, utilizado durante séculos na esmaltação de louça e na pintura. O maior dos alquimistas árabes foi Rhazes (865-925), cujo nome significa "homem de Ray", uma cidade da Pérsia. Um de seus livros descreve o equipamento de um laboratório. Suas sugestões incluem, entre outras coisas, as seguintes:
Um laboratório assim equipado é pouco mais do que o covil de uma bruxa. Rhazes conhecia muitos compostos químicos, incluindo possivelmente os ácidos sulfúrico e nítrico. Ele foi também o primeiro a classificar a matéria como animal, vegetal ou mineral. Classificou esta última em seis subclasses:
Os alquimistas mouros que se seguiram fizeram novos avanços na classificação dos químicos. Fizeram o reconhecimento das soluções de ácidos, sais e álcalis, de acordo com seu efeito sobre os corantes vegetais que eram usados nos tecidos. Um desses corantes era chamado de tornassol, perfeitamente familiar, hoje em dia, a todos os estudantes de Química. O papel de tornassol torna-se vermelho quando mergulhado em um ácido, ou azul, quando mergulhado em uma solução de um álcali (nossas bases, como a barrela ou a cal viva). Os alquimistas mouros também deram as fórmulas dos três ácidos mais importantes da indústria moderna: nítrico, sulfúrico e clorídrico. Note-se o valor científico da alquimia. Estes eram obtidos pela destilação dos vapores formados quando vários sais eram aquecidos. A
Alquimia da Europa O
Caos na Química Introduziu realmente o termo gás, que tirou da palavra chaos. Não conseguiu um meio de coletar um gás e identifica-lo, por isso suas descrições são quase sempre incompletas. Não obstante, veio a convencer-se de que há muitas espécies de gases, todos tendo diferentes propriedades. Este foi um grande avanço sobre a idéia anterior, de que o ar é a única substância de tal espécie. Enumerou muitos gases: gás de vento (ar), gás turbulento (dióxido de carbono, o gás da soda efervescente), gás de fumaça, gás seco etc. Descreveu esses gases de modo incipiente, baseado em suas propriedades físicas mais evidentes. Parece ter sido o primeiro químico a suspeitar que o poder destrutivo da pólvora era causado pelos gases que ela produz. Jean Rey, que viveu por volta de 1630, foi o primeiro a reconhecer que o ar está envolvido de certa maneira na calcinação (oxidação) dos metais, quando eles são aquecidos em contato com o ar. Sabemos agora que o oxigênio se combina com o metal para formar um novo composto chamado óxido, mas tal processo estava além da compreensão dos predecessores de Rey. Ele nos conta que um certo droguista lhe perguntou por que o estanho e o chumbo aumentam de peso quando calcinados em contato com o ar. Em resposta, Rey "dedicou várias horas à questão", durante as quais escreveu vinte e sete ensaios sobre o assunto que ele deixou "escorregar de suas mãos". Sua principal contribuição para a Química foi a idéia de que todas as coisas, inclusive o ar, têm peso. Referindo-se ao droguista, ele nos conta que tendo colocado duas libras e seis onças de excelente estanho inglês em um vaso de ferro, aquecendo-o fortemente em uma fornalha aberta durante seis horas.., ele recuperou duas libras e treze onças de um resíduo branco. De onde tinham vindo as sete onças extras? Ora ... do ar, que se tornou mais denso no vaso, mais pesado, e até certo ponto adesivo, pelo calor veemente e continuo da fornalha; ar esse que se mistura com o resíduo (com auxilio de continua agitação), aderindo às suas parcelas mais minúsculas; maneira esta que não é nada diferente da água tornando mais densa a areia quando é lançada sobre ela e agitada, umedecendo-a e aderindo aos seus grãos mais pequeninos. A despeito da importância da idéia de Rey, três coisas tiram seu valor para nós, como provavelmente o fizeram para seus contemporâneos: (1) ele não apresentou prova de que o peso extra era devido ao ar; (2) descreveu o ar como combinando com o resíduo branco, em vez de combinar com o metal; e (3) comparou o processo com uma mistura de água e areia. Embora Rey não tivesse compreendido toda o significado da união do ar com um metal, ele estava convencido de que o ar tinha peso. Os seguidores de Aristóteles argumentaram que o ar é imponderável, porque um balão cheio de ar pesa a mesma coisa que um balão vazio. Rey replicou que "somente o mais rematado palhaço" emprestaria qualquer significado a tal espécie de medida. Salientou que as medidas de peso são normalmente tomadas no ar ambiente ou, menos freqüentemente, na água. "É por tal motivo", escreveu ele, "que o erro que venho combatendo (que o ar é imponderável) provoca um argumento que pode ofuscar os olhos mais fracos, mas não os que vêem claro. Pois, pesando o ar no meio do próprio ar, e não encontrando nenhum peso, eles acreditam que ele na verdade não pesa. Mas façam-nos pesar a água (que eles acreditam que tem peso ) dentro da própria água, e eles não encontrarão igualmente nenhum peso." Rey tornara-se o primeiro cientista a compreender claramente que o princípio de Arquimedes da flutuabilidade se aplica tanto ao ar como a um líquido. Se pesarmos no ar uma panela comum de cozinha, seu peso não será aumentado pela quantidade de ar que ela contém . Ela pesaria precisamente a mesma coisa se a panela fosse amassada até formar uma massa compacta contendo pouco ou nenhum ar. Observem, entretanto, que Rey provou apenas que o ar pode ter peso; ele não provou que o ar tem peso . Seu raciocínio meramente demoliu os argumentos aristotélicos contra a possibilidade de o ar ter peso. Pouco depois do aparecimento dos ensaios de Rey, a bomba de ar foi inventada. O peso do ar podia ter sido provado conclusivamente se alguém tivesse simplesmente pesado um recipiente quando estivesse cheio de ar e quando estivesse vazio. Mas ninguém pensou em faze-lo. A grande descoberta de que o ar é uma matéria pesada foi feita por Torricelli, um discípulo de Galileu. Segue Coisas no ar (II) |
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