Os novos Elementos da Tabela Periódica

A IUPAC anuncia a verificação das descobertas dos quatro novos elementos químicos: O 7º período da tabela periódica dos elementos está completo.

O quarto / IUPAP Grupo de Trabalho Conjunto IUPAC (JWP) sobre a prioridade dos créditos para a descoberta de novos elementos reviu a literatura relevante para os elementos 113, 115, 117, e 118 e determinou que os pedidos de descoberta desses elementos fossem cumprida, de acordo com os critérios para a descoberta de elementos do Grupo de Trabalho Transfermium IUPAP / IUPAC (TWG). Estes elementos completam a 7ª linha da tabela periódica dos elementos, e os pesquisadores do Japão, da Rússia e dos EUA serão agora convidados a sugerir os seus nomes e símbolos permanentes. Os novos elementos e as prioridades atribuídas da descoberta são as seguintes:

• Elemento 113 (Nihônio, Nh)

A colaboração da equipe RIKEN no Japão tenham cumprido os critérios para o elemento Z = 113 e foram convidados a propor um nome permanente e símbolo.

• Elementos 115 (Moscóvio, Mc)
• Elemento 117 (Tenessino, Ts)
• Elemento 118 (Oganessônio, Og)

A colaboração entre o Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear, em Dubna, na Rússia; Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Califórnia, EUA; e Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, EUA cumpriram os critérios para o elemento Z = 115, 117 e foram convidados a propor nomes e símbolos permanentes.

A colaboração entre o Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear, em Dubna, na Rússia e Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Califórnia, EUA cumpriram os critérios para o elemento Z = 118 e foram convidados a propor um nome permanente e símbolo.

As prioridades para quatro novos elementos químicos estão sendo introduzidos em simultâneo, após a verificação cuidadosa das descobertas e prioridades. As decisões são detalhadas em dois relatórios do Grupo de Trabalho Conjunto (JWP), que inclui especialistas vindos de IUPAC e IUPAP (União Internacional de Física Pura e Aplicada). Estes relatórios serão publicados em uma edição de 2016 da revista IUPAC Química Pura e Aplicada (PAC).

O JWP reviu a literatura pertinente pertencente a várias reivindicações destes novos elementos. O JWP determinou que a colaboração RIKEN ter cumprido os critérios para a descoberta do elemento com número atômico Z = 113. Vários estudos publicados 2004-2012 foram interpretados como sendo suficientes para ratificar a descoberta e as prioridades.

No mesmo relatório do PAC, o JWP também concluiu que o trabalho de colaboração entre cientistas do Instituto Conjunto de Pesquisa Nuclear, em Dubna, na Rússia; do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, Califórnia, EUA; e de Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, EUA (as colaborações Dubna-Livermore-Oak Ridge), a partir de 2010, e posteriormente confirmado em 2012 e 2013, reuniram-se os critérios para a descoberta dos elementos com número atômico Z = 115 e Z = 117.

Finalmente, em um artigo separado PAC a colaboração Dubna-Livermore começou em 2006 é relatado como tendo cumprido os critérios para a descoberta do elemento Z = 118.

Os nomes e símbolos propostos foram verificados pela Divisão de Química Inorgânica da IUPAC pela sua consistência, traduzido para outras línguas, possível uso histórico prévia para outros casos, etc. 

Novos elementos podem ser nomeados após um conceito mitológico, um mineral, um lugar ou país , uma propriedade ou um cientista. 

Os Objetos de Aprendizagem (OA)

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Objeto de aprendizagem (OA) é uma unidade de instrução/ensino reutilizável. De acordo com o Learning Objects Metadata Workgroup, objetos de aprendizagem (Learning Objects) podem ser definidos por "qualquer entidade, digital ou não digital, que possa ser utilizada, reutilizada ou referenciada durante o aprendizado suportado por tecnologias".

O Ministério da Educação em parceria com o Ministério da Ciência e Tecnologia mantém um Repositório de Objetos de Aprendizagem e possui objetos educacionais de acesso público, em vários formatos e para todos os níveis de ensino. Acesse os objetos isoladamente ou em coleções.

Nesse momento o Banco possui 19.842 objetos publicados, 174 sendo avaliados ou aguardando autorização dos autores para a publicação.

É uma ótima opção para alunos e professores acessarem.

Além deste, há um local onde é possível encontrar diversas simulações interativas de ciências (química, física e biologia) e matemática.

Trata-se do site PhET (Physic Education Technology) . O PhET é um programa da Universidade do Colorado fundado pelo ganhador do Nobel de Física de 2001, o físico Carl Wieman, que pesquisa e desenvolve simulações na área de ensino de ciências e as disponibiliza em seu portal para serem usadas on-line ou serem baixadas gratuitamente pelos usuários que podem ser alunos, professores ou mesmo curiosos.

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Os fundadores do PhET acreditam que suas abordagem com base em pesquisa incorpora descobertas de pesquisas prévias, habilitando os alunos a fazerem conexões entre os fenômenos da vida real e a ciência básica, aprofundando a sua compreensão e apreciação do mundo físico.

A Metodologia Científica

Pode-se definir pesquisa como o procedimento racional e sistemático que tem como objetivo proporcionar respostas aos problemas que são propostos. A pesquisa é requerida quando não se dispõe de informação suficiente para responder ao problema, ou então quando a informação disponível se encontra em tal estado de desordem que não possa ser adequadamente relacionada ao problema.

O Método Científico

A pesquisa é desenvolvida mediante o concurso dos conhecimentos disponíveis e a utilização cuidadosa de métodos, técnicas e outros procedimentos científicos. Na realidade, a pesquisa desenvolve-se ao longo de um processo que envolve inúmeras fases, desde a adequada formulação do problema até a satisfatória apresentação dos resultados.

Objetivos das pesquisas

Há muitas razões que determinam a realização de uma pesquisa. Podem, no entanto, ser classificadas em dois grandes grupos: razões de ordem intelectual e razões de ordem prática. As primeiras decorrem do desejo de conhecer pela própria satisfação de conhecer. As últimas decorrem do desejo de conhecer com vistas a fazer algo de maneira mais eficiente ou eficaz.

Tem sido comum designar as pesquisas decorrentes desses dois grupos de questões como “puras” e “aplicadas” e discuti-las como se fossem mutuamente exclusivas. Essa postura é inadequada, pois a ciência objetiva tanto o conhecimento em si mesmo quanto as contribuições práticas decorrentes desse conhecimento. Uma pesquisa sobre problemas práticos pode conduzir à descoberta de princípios científicos. Da mesma forma, uma pesquisa pura pode fornecer conhecimentos passíveis de aplicação prática imediata.

Necessidades das pesquisas

Qualidades pessoais do pesquisador.

O êxito de uma pesquisa depende fundamentalmente de certas qualidades intelectuais e sociais do pesquisador, entre as quais são:

• conhecimento do assunto a ser pesquisado;
  
• curiosidade;
• criatividade;
  
• integridade intelectual;
• atitude autocorretiva;
  
• sensibilidade social;
• imaginação disciplinada;
• perseverança e paciência;
• confiança na experiência.
• Recursos humanos, materiais e financeiros.

É muito difundida a visão romântica de ciência que procura associar as intenções e descobertas exclusivamente à genialidade do cientista. Não há como deixar de considerar o papel capital das qualidades pessoais do pesquisador no processo de criação científica, mas é também muito importante o papel desempenhado pelos recursos de que dispõe o pesquisador no desenvolvimento e na qualidade dos resultados da pesquisa. Ninguém dúvida de que uma organização com amplos recursos tem maior probabilidade de ser bem-sucedida num empreendimento de pesquisa que outra cujos recursos sejam deficientes.

Por essa razão, qualquer empreendimento de pesquisa, para ser bem-sucedido, deverá levar em consideração o problema dos recursos disponíveis. O pesquisador deve ter noção do tempo a ser utilizado na pesquisa e valorizá-lo em termos pecuniários. Deve prover-se dos equipamentos e materiais necessários ao desenvolvimento da pesquisa. Deve estar também atento aos gastos decorrentes da remuneração dos serviços prestados por outras pessoas. Em outras palavras, isso significa que qualquer empreendimento de pesquisa deve considerar os recursos humanos, materiais e financeiros necessários a sua efetivação.

A queda do Vitalismo e a química do Carbono

Voltando cerca de 3 bilhões de anos atrás, a terra tinha boas condições para começar sua vida...temperatura ideal e estável, energia solar abundante, massa suficiente para reter uma atmosfera propícia e os poucos ingredientes que compões basicamente toda forma de vida: Carbono, Hidrogênio, Oxigênio e Nitrogênio. Acredite...esses quatro elementos estão presentes em 98% dos tecidos vivos.

Esquema da química da evolução da vida
Fonte: http://www.mma.gov.br/port/cgmi/nossoamb/agua/agua/ndx04.html

Como a vida começou? Segundo Alexandre Oparin, químico russo, as primeiras moléculas orgânicas, chamados de precursores da vida, aparecerem em um mundo que dispunha de pouco ou nenhum oxigênio. A atmosfera era, então, formada por vapor de água, dióxido de carbono, nitrogênio, amônia e metano. O sol iluminava a Terra, nuvens formavam-se, os raios e a chuva caíam. As substâncias radioativas decaíam, adicionando sua energia à do ambiente. Segundo Oparin, foi neste ambiente hostil e caótico que as primeiras moléculas orgânicas formaram-se e vida parecia possível. Os gases decompuseram-se e as reações químicas mais complexas foram ocorrendo.

Jöns Jacob F. Berzellius
(1779-1848)

Em 1807, o químico sueco Jöns J. F. von Berzellius foi o primeiro a utilizar o termo composto orgânico para descrever substâncias extraídas, exclusivamente, de material vivo, ou seja, de sistemas organizados. Berzellius foi médico, químico e professor sueco, nascido em Väfversunda Sörgard, próximo a Linkoping. Foi ainda inventor dos símbolos químicos e considerado um dos fundadores da Química moderna. Desenvolveu seus primeiros estudos em Linkoping, formou-se em medicina na Universidade de Uppsala e doutorou-se Universidade de Estocolmo em 1802. Com seu interesse por química das correntes elétricas, publicou resultados de pesquisas sobre os efeitos do galvanômetro e em 1807 tornou-se professor de botânica e farmácia em Estocolmo. 

Berzellius acreditava que os compostos orgânicos possuíam uma "força vital", além dos elementos químicos que os compunham, e que seria impossível sintetizar compostos orgânicos a partir dos seus elementos tanto quanto converter a matéria inorgânica em uma criatura viva. 

Frederich Wöhler
(1800-1882)

Entretanto, a popularidade da teoria da "força vital" ou "teoria do vitalismo" foi diminuindo na medida que as evidências analíticas iam se acumulando e mostrando que as leis usuais válidas para os materiais inorgânicos, tais como as leis das proporções múltiplas, funcionavam também para os compostos orgânicos.

A teoria da força vital sofreu um severo golpe em 1828, quando um químico alemão,nascido em Eschersheim, próximo de Frankfurt, Frederich Wöhler, discípulo e grande amigo de Berzellius, descobriu que a evaporação de uma solução aquosa do cianato de amônio, um sal inorgânico, produzia uréia, idêntica ao produto natural. Era a síntese de um composto orgânico típico, a partir de um composto inorgânico típico, sem a interferência de um organismo vivo que lhe comunicasse a "força vital". Wöher estudou medicina na Universidade de Heidelberg, mas mudou para química em 1824 e deu outras contribuições para química como a obtenção do o alumínio metálico a partir da argila no ano de 1827 e descobriu o berílio e a obtenção do acetileno a partir do carbonato de cálcio em 1828. Também se dedicou bastante à divulgação da Química: traduziu para o alemão o Tratado de Química de Berzelius e fundou, junto com Liebig, a revista Anais de Química e Farmacologia.

Então, hoje conhecemos a Química Orgânica, como a Química do Carbono. Mas por que o carbono? O carbono é o elemento essencial, isto é, em torno do qual desenvolveu-se a química da vida. AS proteínas por exemplo, apenas um dos tipos de compostos de carbono, existem em uma variedade surpreendente de forma e funções. São moléculas complexas, com massas moleculares que vão de alguns milhares a milhões. Conhece-se a estrutura completa de cerca de um pouco mais de 50 proteínas, e só recentemente foi possível sintetizar uma das mais simples em laboratório. 

Mas por que o carbono é tão apropriado aos processos vitais? Por que nenhum dos outros elementos conhecidos? Encontramos a resposta quando examinamos a estrutura atômica do carbono, pois é esta estrutura que lhe permite a formação de uma enorme variedade de compostos muito maior do que dos demais elementos. O carbono apresenta 4 elétrons na camada de valência (última camada). Cada um desses elétrons pode ser compartilhado com outros elementos que sejam capazes de completar suas camadas eletrônicas por meio de ligações covalentes. Nitrogênio, Oxigênio e Hidrogênio estão entre os elementos que podem se ligar desta maneira aos átomos de Carbono.

A característica mais importante do átomo de carbono, que o distingue de todos os demais elementos (exceto silício) e que explica seu papel fundamental na origem da evolução da vida, é sua capacidade de partilhar elétrons com outros átomos de carbono para formar ligações carbono-carbono. Este fenômeno simples éa base da Química Orgânica. É ele que permite a formação de estruturas lineares, ramificadas, cíclicas com a participação de hidrogênio, oxigênio e nitrogênio e outros átomos capazes de formar ligações covalentes. Apenas aqueles poucos elementos que contém quatro elétrons em sua camada de valência são capazes de formar ligações covalentes repetitivas com o mesmo elemento. Destes, silício é o único elemento, além do carbono, capaz de formar tais ligações de forma semelhante. Porém, compostos contendo ligações silício-silício não resistem a atmosfera oxigenada da Terra, oxidando-se para formar sílica (óxido de silício), o principal constituinte da areia e do quartzo, materiais incapazes de sustentar a vida. Assim, pelo menos em nosso planeta, apenas o carbono é capaz de fornecer a espinha dorsal dos compostos moleculares dos seres vivos.

Exemplos de alguns compostos orgânicos

Fonte: ALLINGER, N. L. Química Orgânica. LTC ed. 1976.

A Termodinâmica e a Revolução Industrial

Para muitos, o estudo da Revolução Industrial fica restrito as disciplinas de história ou geografia. Foi neste época, com o desenvolvimento das máquinas à vapor e seu entendimento, que surgiu o estudo da Termodinânica. Esta ciência está fortemente ligada ao desenvolvimento da mecânica clássica e quântica, do eletromagnetismo e da cinética química. 

Charles Chaplin: cena do filme Tempos Modernos

 Na área de Engenharia, principalmente a Engenharia Mecânica, a Termodinâmica é essencialmente importante, pois o desenvolvimento de motores à vapor, motores a combustão e até mesmo a geração de eletricidade mais eficientes dependem deste conhecimento.

Pode-se dizer que a termodinâmica sugiu no ano de 1650 com o desenvolvimento da primeira bomba à vácuo. Seu desenvolvedor, o alemão Otto Von Guerickle, um engenheiro, militar, político e diplomata que defendia a existência do vácuo. Sabendo dessa proeza, anos depois Robert Boyle e Robert Hook constroem uma bomba de ar. Foi com essa bomba que Robert Boyle estabeleceu a relação de que PV = constante, já discutido em outro post. Uma coisa curiosa, é que antes de Boyle formular sua Lei, um associado dele, Denis Papin construiu um digestor ósseo (marmita de Papin) , sendo este, um recipiente fechado com uma tampa hermética que libera o vapor quando uma alta pressão é alcançada. Projetos posteriores incorporaram uma válvula de liberação de vapor, evitando assim, a explosão do reservatório.  Poderiam perguntar: igual a uma panela de pressão!!? Exatamente!! Uma outra revolução na cozinha moderna é a panela de pressão que diminui o tempo de cozimento dos alimentos. 

Papin, ao observar o ritmo frenético da válvula subindo e descendo já imaginou um motor a pistão e cilindro, igual aos dos automóveis a combustão. Por não ter insistido em seu invento, Thomas Savery construiu o primeiro motor, um tanto quanto ineficientes, mas chamando a atenção de Sadi Carnot.

Máquina de bombear água de Newcoman

Já a máquina a vapor, criada por Thomas Newcomen, um Inventor, ferreiro e mecânico inglês nascido em Dartmouth, Devon, England, que a partir do aperfeiçoamento do modelo de Thomas Savery, de quem era sócio, criou (1712) uma nova máquina a vapor para drenagem de minas, denominada de pistão de Newcomen. Essa máquina possuía uma viga horizontal à semelhança de uma gangorra, da qual pendiam dois êmbolos, um em cada extremidade. Um êmbolo permanecia no interior de um cilindro e quando o vapor penetrava no cilindro, forçava o êmbolo para cima e acarretava a decida de outra extremidade. Borrifava-se água fria no cilindro, o vapor se condensava e o vácuo sugava o êmbolo de novo para baixo. Isto elevava o outro extremo da viga, que se ligava ao êmbolo de uma bomba na mina. Assim fez combinar o pistão como um meio de aproveitar tanto a expansão do vapor, na subida, com o vácuo repentino devido à condensação do vapor, na descida. 

Este seu invento foi um marco na Revolução Industrial e serviu de base histórica para a mecanização de toda a indústria. Com sua engenhosidade criou uma máquina a vapor como um engenho prático, suficientemente poderoso para garantir muitas minas inglesas contra inundações. Durante cinqüenta anos que se seguiram, sua máquina foi usada para bombeamento, sempre que não havia energia hidráulica à disposição. Porém sua principal inviabilização para outros propósitos era seu grande consumo de combustível. 

Com seu assistente bombeiro John Cawley, tornaram-se os precursores da máquina a vapor, ao pesquisarem sobre o assunto por mais de dez anos. Ambos desenvolveram um novo conceito: o uso de um conjunto cilindro-pistão para o bombeamento de água, constituindo a primeira máquina térmica, pois seu funcionamento era cíclico. Morreu em Londres deixando a idéia básica para os trabalhos do engenheiro civil John Smeaton (1724-1792), de James Watt (1736-1819), mecânico escocês que aperfeiçoou o modelo de Newcomen (1765). Um inglês, George Stephenson (1781-1848), revolucionou os transportes com a invenção da locomotiva a vapor (1814).

Fontes:

• http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/ThomaNew.html
• http://polemicascmm.blogspot.com.br/2012/08/termodinamica-e-revolucao-industrial.html
• http://pt.wikipedia.org/wiki/Hist%C3%B3ria_da_termodin%C3%A2mica

James Joule

James Prescott Joule (1818 - 1889) foi um grande físico inglês de Salford, Lancashire, hoje na grande Manchester, descobridor da teoria mecânica do calor e da primeira lei da termodinâmica.

James Prescott Joule (1818-1889)

Filho de um rico produtor de cerveja, foi incentivado pelo pai a estudar ciência, chegando a montar um laboratório em sua casa. Sendo um auto didata, Joule aprendeu tudo sozinho e chegou a assumir a fábrica de cerveja após a aposentadoria de seu pai em 1833. Resolveu estudar na Universidade de Manchester (1835) com o célebre químico inglês John Dalton e depois realizar experimentos com gases.



Da relação corrente elétrica e calor produzido descobriu o que seria chamado efeito Joule descrito na obra On the Production of Heat by Voltaic Electricity (1840).

Iniciou, então, sua mais famosa experiência (1843) estudando o trabalho realizado por um gás quando se expandia e o calor gerado na compressão. Escreveu assim sua experiência para determinação do equivalente mecânico do calor (1847): constava de um aparelho com um peso regulado para controlar pás em um líquido cuja temperatura podia ser medida por um termômetro, registrando-se, assim, as mudanças causadas por determinada quantidade de trabalho.

Determinou as leis da termodinâmica e os princípios da transformação de energia (1849), determinando a quantidade de trabalho mecânico necessária para produzir uma unidade de calor. Estabeleceu então que as várias formas de energia, mecânica, elétrica e térmica, são basicamente a mesma e podem ser transformadas uma na outra.

Essa é a base da lei da conservação de energia, primeira lei da termodinâmica.

Morreu em Sale, Cheshire, e sua obra completa foi publicada sob o título de Scientific Papers (1885-1887).

Joule (J), unidade de medida de energia elétrica, mecânica e térmica no Sistema Internacional, igual ao trabalho realizado por uma força constante de um Newton, cujo ponto de aplicação se desloca da distância de um metro na direção da força; a energia transportada por segundo em um condutor percorrido por uma corrente elétrica invariável de um ampère, sob uma diferença de potencial constante igual a um volt(V).

Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/JamePres.html

A Lei de Charles e o primeiro balão a Hidrogênio.

Jacques Alexandre César Charles (1746 - 1823), foi um físico, químico, matemático e inventor francês nascido em Beaugency, pioneiro do do uso do gás hidrogênio para encher balões aerostáticos, pois até então utilizava-se apenas ar quente. 

Jacques Alexandre Cesar Charles

Foi educado em matemática e ciências e, ainda jovem, mudou-se para Paris para trabalhar como funcionário público no ministério das finanças. Durante a passagem de Benjamin Franklin em Paris como embaixador dos United States of America (1779), impressionou-se com os experimentos científicos do estadunidense, e passou a se dedicar à física e logo começou a publicar no assunto (1781). 

Com o físico e aeronauta francês e seu irmão Nicolas Robert (1758-1820) como passageiro, foi o primeiro a usar hidrogênio e subir em balões enchidos com esse gás (1783), saindo do jardim das Tulherias e aterrissando nas proximidades de Gonesse e atingindo 1600 metros de altura. Entrou para a Académie des sciences (1785) e foi nomeado professor de física experimental do Conservatoire des Arts et Métiers. 

Formulou uma importante lei sobre a expansão térmica de gases (1787), uma lei física que afirma que um volume de gás a uma pressão constante varia diretamente com a temperatura absoluta. 

Esta reprodução de uma gravura colorida à mão retrata Jacques Alexandre Csar Charles partindo de Nesle, França, em 01 de dezembro, 1783 Charles tinha aterrisado em Nesle vindo de Paris, o primeiro vôo de balão de hidrogênio. No chão, à esquerda é Marie-Nel Robert, que acompanhou Charles no voo, tendo as declarações das testemunhas. Disponível em: http://vintagraph.com/products/globe-aerostatique.

Ele descobriu que todas as substâncias em estado gasoso obedecem a um mesmo principio: cada vez que sua temperatura é aumentada em 1 °C, todas elas sofrem um aumento de volume equivalente a 1/273 de seu volume a 0 °C. Isso o levou a concluir que, à temperatura de -273 °C, o volume de qualquer gás se anularia. Porém não publicou sua teoria que só foi dada a conhecer cinco anos depois (1802) por Joseph-Louis Gay-Lussac (1778-1850). 

Assim, a lei física que afirma que o volume de um gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta, quando a pressão é mantida constante, é conhecida tanto por lei de Gay-Lussac quanto por lei de Charles. A temperatura -273 °C é a mais baixa que um corpo pode atingir e que mais tarde seria denominada zero absoluto pelo inglês William Thomson, o famoso Lord Kelvin (1824-1907). 

Gay-Lussac também desenvolveu experimentos com eletricidade, tornou-se presidente do setor de experimental da Académie (1816) vindo a morrer em Paris.