# data[].attributes.headline
Módulo 2 – Ligações Químicas, soluções e dosagens

# data[].attributes.subject
Módulo 2 – Ligações Químicas, soluções e dosagens

# data[].attributes.headline
Módulo 1 – Estrutura atômica e classificação periódica

# data[].attributes.subject
Módulo 1 – Estrutura atômica e classificação periódica

# data[].attributes.attachment_caption
Símbolos, grandezas e unidades utilizadas nos cursos introdutórios de química

# data[].attributes.attachment_caption
Sobre o uso correto de certas grandezas em química

# data[].attributes.attachment_caption
O mito da substância, seção “Conceitos científicos em destaque”

# data[].attributes.attachment_caption
Prêmio Nobel de 97 e a decisão sobre os nomes dos elementos químicos

# data[].attributes.attachment_caption
Abordagem dos Conceitos Mistura, Substância Simples, Substância Composta e Elemento Químico numa Perspectiva de Ensino por Situação Problema

# data[].attributes.attachment_caption
Dificuldades de Ensino e Aprendizagem dos Modelos Atômicos em Química

# data[].attributes.attachment_caption
Controvérsias sobre o atomismo no século XIX

# data[].attributes.attachment_caption
A eterna busca do indivisível: do átomo filosófico aos quarks e léptons

# data[].attributes.attachment_caption
Constante de Avogadro é simples determiná-la em sala de aula

# data[].attributes.attachment_caption
Química Nova - Origens e consequências da tabela periódica, a mais concisa enciclopédia criada pelo ser humano

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Geraldo M. de Lima; Luiz C. A. Barbosa; Carlos A. L. Filgueiras *

Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901 Belo Horizonte - MG, Brasil

Recebido em 06/06/2019
Aceito em 05/07/2019
Publicado na web em 04/11/2019
Endereço para correspondência
*e-mail: calfilgueiras@gmail.com
RESUMO
The slow process of the discovery of the elements led to a need to investigate their relations with one another; this was the path, which ultimately produced Mendeleev's classification, the ancestor of the present Periodic Table. Once established, the Table, in its turn, became a guiding thread leading to the discovery of yet other new elements. This whole process can be likened to a two-way avenue, the first way leading to the establishment of the classification, whereas the latter, once established, inverted the traffic, completing our present 118-element Periodic Table. In this sesquicentennial year of its inception, it is appropriate to survey the fascinating history of the long and arduous path of the creation of what can be rightly called the most concise encyclopedia devised by the human mind.
Palavras-chave: Periodic Table; chemical elements; Dmitri Mendeleev. INTRODUÇÃO
O homem é um animal químico. O que quer dizer isso? Muitos animais usam instrumentos, como porretes, podem construir diques, como os castores, ou casas de barro, como os joões-de-barrro, ou ingerir folhas de plantas, para combater enfermidades.

Contudo, o homem é o único animal que domina a reação da combustão, que presidiu a origem da civilização. Por meio dela foi possível cozinhar alimentos, tornando-os mais facilmente assimiláveis, diminuindo o tempo da digestão. Todos os animais comem alimentos crus.

A combustão deu origem à metalurgia, que ampliou a capacidade humana num sem-número de atividades. Também começou aqui a saga da descoberta dos elementos.

A história da Tabela Periódica pode ser comparada a uma larga avenida de duas mãos. Num primeiro sentido, foram sendo lentamente descobertos diversos elementos químicos, pelas razões e métodos os mais distintos. Depois de se conhecerem algumas dezenas de elementos, passou-se a buscar correlações entre eles, para se entender suas peculiaridades, afinidades e reatividades. Logo se percebeu que a formulação de tais correlações poderia levar a um entendimento muito mais profundo de toda a Química. Finalmente, no início da segunda metade do século XIX, chegou-se à Tabela Periódica de Mendeleev, e sua extraordinária capacidade de prever a existência e várias propriedades de elementos desconhecidos, ainda por descobrir. Nesse ponto a avenida muda de sentido, e é agora a Tabela Periódica que vai conduzir a busca por novos elementos, de forma consistente e metódica. Dessa maneira se passou do conjunto de 63 elementos, conhecidos ao tempo de Mendeleev, aos 118 que constituem a Tabela Periódica moderna.

Quais foram os primeiros elementos descobertos?

Certamente aqueles que existem sob forma elementar na natureza: ouro, prata, às vezes cobre, carvão e enxofre, por exemplo.

Em seguida, vieram os metais que só necessitam de uma pequena intervenção química, por serem fáceis de reduzir de seus compostos naturais.

O homem primitivo deve ter verificado que em algumas situações as pedras colocadas para formar um suporte para sua fogueira derretiam e delas escorria um líquido prateado brilhante. Estava descoberto o princípio da metalurgia.

Um dos primeiros metais reduzidos quimicamente foi o estanho, que originaria o bronze, ao se ligar com o cobre. Se as pedras da fogueira do homem primitivo fossem de cassiterita (SnO ₂), o óxido de estanho comum na natureza, em presença de carvão e com um aquecimento não muito intenso seria produzido facilmente o estanho metálico, cuja temperatura de redução é bastante baixa e cujo ponto de fusão, quando o metal escorre sob forma líquida, é de apenas 232 ºC.

Figura 1. Pepita de ouro nativo, Museu das Minas e do Metal, Belo Horizonte

A revista Science publicou em 1982 um artigo que relata a descoberta de um recipiente de barro com mercúrio metálico de origem maia. Esse mercúrio se encontrava num achado arqueológico de D. M. Pendergast datado de antes da descoberta da América em Belize, na América Central. O mercúrio, obtido do cinábrio (HgS), era usado em cerimônias religiosas pelos maias. A amostra data do período maia, entre 600 AC e 900 AD. ¹

De forma também simples se obtiveram a partir de seus minerais o cobre, o mercúrio e o chumbo. O cobre, quando não encontrado em forma elementar, como mostrado acima, podia ser obtido de vários minerais, sobretudo a malaquita, Cu ₂CO ₃(OH) ₂. Os outros dois podiam ser facilmente reduzidos de seus sulfetos naturais, o cinábrio, HgS, e a galena, PbS, como já mencionado.

Figura 2. "A primeira Prata extrahida na Capitania de Minas Geraes no dia 18 de Maio de 1812", pelo metalurgista alemão Barão Wilhelm von Eschwege. Museu Histórico Nacional, Rio de Janeiro

Dos sete metais conhecidos na Antiguidade só faltava o ferro. Esse demorou muito mais tempo para ser obtido, pois necessitava de temperaturas muito altas, já que seu ponto de fusão é de 1535 ºC. Sua obtenção é atribuída aos hititas da Ásia Menor. No entanto, seu uso generalizado só ocorreu muito mais tarde, variando conforme as diferentes culturas.

Figura 3. Amostra de cobre nativo. Coleção particular

Figura 4. Bronzes antigos das coleções do Museu Nacional, em fotos de antes do incêndio de 2 de setembro de 2018: (A) conjunto egípcio com os deuses Osíris e Ísis, essa amamentando o infante Hórus; (B) família de lhamas da cultura inca. O bronze, uma liga de cobre e estanho em proporções variadas, é uma liga muito mais dura e resistente que qualquer dos metais componentes. Ele foi descoberto independentemente em várias culturas e deu origem a uma era da evolução cultural da humanidade

Uma das peças mais interessantes encontrada na tumba do faraó egípcio Tutancâmon, morto em 1324 AC, foi uma adaga em ferro. Todavia ela foi feita de ferro meteorítico, uma vez que naquela data os egípcios ainda não dominavam a metalurgia do ferro. O interessante é que a lâmina não se tenha corroído após 33 séculos, possivelmente pela presença de níquel. ²

O aparecimento da metalurgia do ferro em torno de 1300-1200 A.C. acabou por dar fim à Idade do Bronze. Esse imenso salto tecnológico é atribuído aos hititas, um povo relativamente pouco conhecido, cuja civilização floresceu na Anatólia. Os minerais magnetita (Fe ₃O ₄) e olivina [(Mg,Fe) ₂SiO ₄], encontrados na costa sul do Mar Negro, permitem a redução do ferro à temperatura relativamente branda de 900 ºC. O ferro esponjoso que se obtém precisa ser reaquecido e repetidamente martelado sobre o fogo para eliminar a escória. Durante esse processo forma-se um produto muito mais duro que o ferro puro. Este produto é o aço, que é um ferro com baixo teor de carbono. ³

Durante a Idade Média, e até além dela, conheciam-se apenas os sete metais herdados da Antiguidade. A partir do Renascimento, contudo, a situação começou a mudar.

Uma obra importante neste aspecto é o livro Aula Subterranea, do alemão Lazarus Ercker (1528/30-1594), cuja primeira edição data do século XVI. A Figura 5 mostra o frontispício da edição de 1673, no qual está representado alegoricamente como Deus envia por raios solares os metais às entranhas das montanhas, de onde os homens extraem os minérios e deles obtêm os metais

A exploração de novos continentes a partir do século XVI levou à intensa atividade manufatureira na Europa. Para a tarefa de colonização era necessária uma gigantesca produção dos bens mais diversos possíveis.

Entre esses bens havia demanda por metais e instrumentos, máquinas, armas, objetos de cerâmica, como telhas, tijolos, vasos e todo tipo de recipiente, papel em quantidades gigantescas, vidro e objetos feitos com ele, pigmentos e tinturas, tecidos, couros e materiais para curtume, medicamentos, etc.

Começou-se a produzir esses materiais e objetos nas colônias, mas o fornecimento pela Europa também cresceu exponencialmente. Isso conduziu a incremento significativo na produção de manufaturas, num processo pré-industrial de grande envergadura.

A partir daí começou-se a descobrir vários novos elementos, metálicos ou não.

Compostos de arsênio e antimônio já eram comuns no século XVI. O trióxido de arsênio - um veneno conhecido como arsênico - tem história folclórica, com nome popular de pó da sucessão, pois era usado por herdeiros em bolos ou vinhos presenteados a antecessores abastados.

Johannes Gutenberg (1400-1468) em 1454 usou tipos móveis de impressão feitos com liga de antimônio, estanho e chumbo, em sua pioneira tipografia com tipos móveis na cidade de Mogúncia. Gutenberg e seus colaboradores costumam ser apontados como os originadores de uma revolução na difusão do conhecimento, tão importante em seu tempo como a Internet a partir do final do século XX. Antes da invenção dos tipos móveis os livros eram escritos ou copiados a mão, mas a partir de meados do século XV eles podiam ser produzidos em larga escala. Esta digressão no presente texto tem a ver com o fato de que em meados do século XV já se produzia com facilidade a liga dos três metais - antimônio, estanho e chumbo - usados nos tipos de impressão, o primeiro deles desconhecido na Antiguidade. A liga formada por eles era de baixo ponto de fusão e suportava os esforços mecânicos inerentes à arte do tipógrafo. A Biblioteca Nacional do Rio de Janeiro possui uma edição preciosa, em dois volumes, de uma Bíblia impressa pelos sócios de Gutenberg em Mogúncia Johann Fust (1400-1466) e Peter Schöffer (1425-1503) em 1462. Essa Bíblia é o livro impresso mais antigo do Brasil. Como além de representar um marco na história da cultura, essa obra também demonstra o avanço na descoberta e utilização de novos metais, ela está aqui mostrada, na Figura 6.

Compostos de antimônio eram usados como medicamentos, e muito louvados como tal. Um livro com muitas edições no séc. XVII foi A Carruagem Triunfal do Antimônio, de autoria incerta. ⁶ A manteiga de antimônio, ou tricloreto de antimônio, foi medicamento muito usado no Brasil colonial, como purgante. ⁷

O bismuto é mencionado desde o século XV. Por volta de 1669 o alquimista alemão Hennig Brand (c. 1730 - c. 1692 ou c. 1710) obteve, a partir de grandes quantidades de urina, o elemento fósforo, que emite luz espontaneamente no escuro, no processo de transição do alótropo branco (fosforescente) para a forma vermelha, mais estável. ⁸ A descoberta do fósforo, contudo, foi cercada de muitos relatos conflitantes.

Ao longo do século XVIII descobriu-se que o ar atmosférico não era elementar, e sim uma mistura de "ares", ou gases. Foram descobertos sucessivamente o gás carbônico, o hidrogênio, o nitrogênio e o oxigênio, além de outros gases compostos, como o óxido nítrico.

A química do século XVIII foi essencialmente uma química pneumática, ou dos gases.

O número de novos elementos cresceu bastante e em 1789, em seu Tratado Elementar de Química (Figura 7), Antoine-Laurent Lavoisier (1743-1794) (Figura 8) listou 33 elementos, numa tentativa de classificá-los, embora dois de seus "elementos", a luz e o "calórico", fossem depois descartados como tais.

Entre os metais, Lavoisier acrescentou aos sete conhecidos desde a antiguidade o bismuto, o cobalto, o manganês, o molibdênio, o níquel, a platina, o tungstênio e o zinco. Acrescentou ainda substâncias que ele suspeitava contivessem metais, como os óxidos denominados cal, magnésia, barita, alumina e sílica.

Na tabela de Lavoisier, dois itens não são reconhecidos hoje como elementos (a luz e o calórico), três eram chamados por ele de "radicais" (muriático, fluórico e borácico), os quais ele supunha acertadamente que contivessem elementos ainda não isolados, e cinco eram denominados "bases" (cal, magnésia, barita, argila, sílica), que também deviam conter, segundo Lavoisier, elementos ainda não isolados na época.

Na tabela de Lavoisier, ou " Tabela das Substâncias Simples", que poderia ser chamada uma "pré-história" da Tabela Periódica, vê-se uma classificação de elementos em quatro grupos. Desses 33 "elementos", não reconhecemos, como já dito, a luz e o suposto "calórico" como elementos, restando 31. Dos 31, 23 eram conhecidos na forma elementar, e para os outros oito Lavoisier presumia sua existência em substâncias conhecidas, como ele descreveu em seu livro. Aqui estão os quatro grupos de elementos, segundo o químico francês:

Grupo 1: contém cinco elementos, "substâncias simples que pertencem aos três reinos e que podem ser vistos como elementos nos corpos". Estes 5 elementos são: luz, calórico, oxigênio, azoto e hidrogênio.

Grupo 2: contém seis elementos, definidos como "substâncias simples não-metálicas oxidáveis e acidificáveis". São eles: enxofre, fósforo, carbono, radical muriático, radical fluórico e radical borácico.

Grupo 3: este é o maior grupo, constando de 17 elementos, chamados " substâncias simples metálicas oxidáveis e acidificáveis": antimônio, prata, arsênio, bismuto, cobalto, cobre, estanho, ferro, manganês, mercúrio, molibdênio, níquel, ouro, platina, chumbo, tungstênio e zinco.

Grupo 4: este grupo, consta de cinco "elementos", nenhum dos quais propriamente elementar, como o próprio Lavoisier declara no texto. Estes cinco membros são descritos como " substâncias simples salificáveis": cal, magnésia, barita, alumina e sílica. Lavoisier estava correto em supor a existência de verdadeiros elementos nessas substâncias, assim como havia presumido quanto aos três radicais do grupo 2.

No século XVIII descobriram-se novos metais: tungstênio, molibdênio, urânio, cromo, telúrio e selênio. Destes, só os dois primeiros constam da tabela de Lavoisier.

Diversos elementos foram descobertos na Europa Oriental, região tradicionalmente importante no progresso da mineralogia e da metalurgia.

Os elementos nióbio, tântalo e vanádio foram descobertos no início do século XIX, embora sua redução à forma elementar tenha levado mais tempo.

Não se buscará aqui fazer uma discussão exaustiva da descoberta de todos os elementos químicos, uma vez que o objetivo deste artigo não é esse, mas sim mostrar como o acúmulo de elementos descobertos levou a uma necessidade classificatória que acabou dando origem à Tabela Periódica, e esta, por sua vez, veio a conduzir a mais descobertas de elementos. Todavia, a descoberta de alguns elementos será descrita, como ilustração, ou por alguns aspectos peculiares de interesse na evolução do conhecimento químico nesse aspecto. Para uma descrição exaustiva e abrangente da descoberta dos elementos químicos, recomenda-se ao leitor interessado consultar a obra citada na referência 8.

O vanádio foi o primeiro elemento descoberto no Novo Mundo, pelo mineralogista espanhol Andrés Manuel del Río y Fernández (1764-1849), professor de mineralogia no Real Seminario de Minería da Cidade do México. Em razão do pioneirismo de del Río é interessante mencionar as circunstâncias da descoberta. Andrés del Río nasceu em Madrid e estudou na Espanha e em vários países europeus. Em 1794 foi nomeado professor de mineralogia na Cidade do México, então capital da Nova Espanha, e lá desenvolveu longa e frutuosa carreira. Em 1801, ao examinar uma amostra de chumbo marrom de Zimapán ( plomo pardo de Zimapán), del Río mostrou que ela continha um novo metal semelhante ao cromo e ao urânio. Os sais desse metal apresentavam cores variadas, por isso ele o chamou inicialmente panchromium, mas depois, ao perceber que seus sais com álcalis ou terras ficavam vermelhos por aquecimento ou tratamento com ácidos, mudou o nome para erythronium, por causa da cor vermelha, eritros em grego. Em 1803 del Río deu a Alexander von Humboldt (1769-1859) várias amostras do mineral, que este enviou ao Institut de France. Todavia, uma descrição detalhada do novo metal, enviada ao químico francês Jean Antoine Chaptal (1756-1832), perdeu-se num naufrágio.

Na Europa fazia-se grande confusão entre o metal descoberto por del Río, de personalidade muito modesta, e um outro metal novo, o cromo. Por isso, acabou-se por relegar a descoberta de del Río a uma simples descrição de um mineral de cromo. Só em 1831 o químico sueco Nils Gabriel Sefström (1787-1845) voltou ao assunto, analisando um mineral de ferro de uma mina sueca. Ele conseguiu provar decididamente que se tratava de um novo metal e deu-lhe o nome da deusa nórdica da beleza Vanadis, em decorrência das belas cores das soluções dos sais de vanádio. É por isso que o nome oficial do metal é vanádio. ¹¹

Em 1800 Alessandro Volta inventou a pilha elétrica, possibilitando assim enorme passo rumo à descoberta e isolamento de muitos novos elementos. Nesta conta estão, por exemplo, os metais alcalinos e alcalinoterrosos, isolados por via eletroquímica a partir de seus sais fundidos, em ausência de água, nos primeiros anos do século XIX.

Também neste período foram descobertos vários metais nobres, completando o grupo da platina: platina, ródio, ósmio, irídio, paládio e rutênio.

A obtenção do sódio e do potássio permitiu seu uso na redução de metais. A dificuldade em obter certas substâncias elementares por meios convencionais foi vencida usando metais alcalinos como redutores. Assim foram isolados: zircônio, titânio, cério, tório, berílio, boro, silício e alumínio.

Os três primeiros halogênios descobertos também o foram no início do século XIX, época fértil neste campo.

Em 1774 Carl Scheele (1742-1786) obtivera um gás verde pela ação de HCl aquoso sobre MnO ₂, mas não reconheceu seu caráter elementar. ¹² Isso só ocorreu em 1810, quando Humphry Davy (1778-1829) mostrou a natureza elementar do cloro. No ano seguinte Bernard Courtois (1777-1838) isolou o iodo das cinzas de algas marinhas. Logo foi obtido o bromo, e começou-se a pensar na existência de uma relação entre esses três elementos, com propriedades semelhantes. O flúor demorou muito a ser obtido, só em 1886, por Henri Moissan (1852-1907), usando a eletroquímica.
A ESPECTROSCOPIA ATÔMICA E A DESCOBERTA DE NOVOS ELEMENTOS
Em 1859 um trabalho conjunto do químico RobertBunsen (1811-1899) e do físico Gustav Kirchhoff (1824-1887), ambos da Universidade de Heidelberg, levou a um novo patamar os estudos dos elementos e seus compostos, a espectroscopia atômica. Todos nós já vimos que quando um alimento na panela entorna, o fogo do gás fica amarelo (desde que se trate de alimento com sal), porque o sódio, ao ser excitado em alta temperatura emite luz, cujo comprimento de onda é característico. Isso ocorre com todos os elementos, e este é o princípio da espectroscopia de emissão. O que Bunsen e Kirchhoff descobriram foi que, ao passar a luz emitida por um elemento através de um prisma de cristal e depois incidi-la sobre um anteparo, o resultado é o aparecimento de várias raias coloridas, em comprimentos de onda muito bem definidos. Essas raias são uma impressão digital de cada elemento e permitem identificar quais estão contidos numa amostra excitada, que emita luz. Assim procedendo, eles logo descobriram, em águas minerais, dois novos elementos, o rubídio e o césio. Os nomes vêm justamente das cores produzidas no espectro, vermelho como o rubi (daí o nome rubídio) e azul para o césio (do latim caesius, ou azul celeste). Pouco depois também foram assim descobertos o tálio e o índio. A espectroscopia logo se mostrou uma técnica analítica poderosíssima, pois permitiu fazer até a análise química de estrelas distantes, por meio do estudo espectroscópico da luz emitida por elas. ¹³

A partir da análise da radiação da coroa solar observada quando do eclipse total do sol de 1868, Pierre Jules César Janssen (1824‑1907) na França e Joseph Norman Lockyer (1836-1920) na Inglaterra, descobriram independentemente uma nova linha amarela, desconhecida para qualquer elemento existente na Terra. Isso causou grande sensação e eles deram a este novo elemento o nome do deus grego do sol, Hélio. É claro que uma descoberta dessa natureza gerou muita controvérsia, e muitos cientistas na época recusaram-se a aceitar a existência do novo elemento, para o qual não havia um nicho na Tabela Periódica, que veio a ser proposta quase ao mesmo tempo, em 1869. ¹⁴

Só 27 anos depois, em 1895, foi o hélio descoberto na Terra, em minerais radioativos, por William Ramsay (1852-1916) na Inglaterra e Per Teodor Cleve (1840-1905) e Nils Abraham Langlet (1868-1936) na Suécia, independentemente. A controvérsia sobre a análise do espectro solar foi então terminada e a espectroscopia vindicada. ¹⁴
O SURGIMENTO DA TABELA PERIÓDICA
Muitas descobertas científicas necessitam de um tempo de gestação, surgindo apenas quando o conhecimento está maduro para seu aparecimento. Isso ocorreu com a Tabela Periódica. Foi preciso um acúmulo considerável de elementos conhecidos para que se pudessem descobrir relações entre eles e para que fosse possível ordená-los de modo racional e útil. Uma vez feito esse ordenamento, este, por sua vez, pôde levar a previsões e consequente busca por novos elementos, fenômeno de enorme interesse que foi uma consequência direta do surgimento da Tabela Periódica.

A partir da segunda década do século XIX começaram a surgir tentativas de relacionar os elementos químicos a partir de suas propriedades. Uma dessas tentativas se deveu ao químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner (1782-1849), ao perceber, em 1816, que o peso atômico do estrôncio, 50, era a média aproximada dos pesos atômicos do cálcio e do bário, e o mesmo ocorria com a gravidade específica (para o que hoje se diria densidade) dos sulfatos desses três elementos. ¹⁵ Sua ideia de tríades só surgiu de fato em 1829, após a publicação dos pesos atômicos mais acurados de Jöns Jacob Berzelius (1779-1848). Döbereiner pôde então mostrar para vários conjuntos de três elementos (suas tríades) que o peso atômico do elemento do meio era aproximadamente a média dos pesos atômicos dos outros dois membros da tríade. Entre suas tríades, contam-se:

Döbereiner também fez algumas suposições arbitrárias, ao desconsiderar o magnésio, como sendo um elemento isolado, e o flúor, que mesmo não tendo sido ainda isolado, era conhecido em compostos. Ele também desconsiderou o conjunto formado por carbono, nitrogênio e oxigênio, mesmo com o peso atômico do nitrogênio sendo a média dos pesos atômicos dos outros dois, pelo fato de eles não serem metais. ¹⁵

Várias outras ideias foram surgindo ao longo do século XIX. O químico francês Jean-Baptiste Dumas (1800-1884) propôs em 1859 uma conexão curiosa entre os pesos de uma sucessão de grupos orgânicos homólogos e séries de elementos. Aqui estão alguns de seus exemplos:

F = 19 = 19
Cl = 19 + 16,5 = 35,5
Br = 19 + (2 x 16,5) + 28 = 80
I = 19 + (2 x 16,5) + (2 x 19) + 19 = 127

Dumas apresentou vários outros conjuntos semelhantes e chegou a especular se isto não seria afinal uma indicação de que o velho sonho dos alquimistas, da transmutação de um elemento em outro, não poderia ocorrer? O peso atômico do selênio correspondia à média daquele do enxofre e do telúrio; algo semelhante ocorria entre cloro, bromo e iodo. Todavia, nem sempre era assim, de modo que a especulação de Dumas não prosperou. ¹⁶

O geólogo e mineralogista francês Alexandre Émile Béguyer de Chancourtois (1820-1886) organizou os elementos em 1862, segundo seus pesos atômicos crescentes, na superfície de um cilindro em que os elementos ocupavam uma linha que formava uma hélice com um ângulo de 45º em 16 seções. Seu esquema, embora ainda um pouco primitivo, passou a ser conhecido como cilindro ou parafuso telúrico ( vis tellurique, em que vis é parafuso em francês, e telus é a Terra em latim) (Figura 9). O trabalho de de Chancourtois não se tornou conhecido dos químicos em geral por ele ser um geólogo e o ter publicado num contexto geológico.
LEI DAS OITAVAS DE NEWLANDS
O inglês John Alexander Reina Newlands (1837-1898), bastante ligado à música, começou a publicar, a partir de 1863, uma série de artigos curtos na revista Chemical News, acerca das regularidades que ele percebia nos pesos atômicos dos elementos. Em 1865 ele sumarizou tudo e escreveu: "se os elementos forem arranjados na ordem de seus equivalentes, com algumas ligeiras transposições, como na tabela anexa, observar-se-á que elementos pertencentes ao mesmo grupo geralmente aparecem na mesma linha horizontal. Também se verá que os números de elementos análogos geralmente diferem entre si por 7 ou algum múltiplo de 7; em outras palavras, os membros do mesmo grupo estão em relação aos outros na mesma relação que as extremidades de uma ou mais oitavas na música." E mais adiante: "A esta relação peculiar proponho provisoriamente chamar 'Lei das Oitavas'". A tabela de Newlands, com 62 elementos, pode ser vista na Figura 10. ¹⁸

Figura 10. A Tabela das Oitavas de Newlands, por ele publicada em 1865, com 62 elementos, mostrando como após cada 7 elementos, dispostos nas colunas, iniciava-se uma nova oitava, como na música

É curioso que a numeração dos elementos poderia ser chamada de uma sequência de "números atômicos", décadas antes que essa expressão surgisse, mas em outro contexto. Newlands foi obrigado a fazer uma inversão na tabela, como entre Te (nº 43) e I (nº 42), por puro pragmatismo, para atender à necessidade de colocar juntos elementos de propriedades semelhantes, assim como mais tarde faria Mendeleev. Apesar de sua ideia conter a semente de algo que frutificaria no futuro, ele foi muito criticado, ainda mais que a periodicidade não funcionava bem quando entravam em cena os elementos de transição. Ao apresentar suas ideias numa reunião da Chemical Society, em Londres, ele foi ridicularizado pelo Prof. George Carey Foster (1835-1919), que lhe perguntou se ele não havia também experimentado arranjar os elementos na ordem de suas letras iniciais e daí tirar conclusões químicas. O resultado de tudo isso foi que a Chemical Society recusou publicar a comunicação de Newlands.

Muitos anos depois, após o triunfo da tabela de Mendeleev, em 1887, Newlands foi reconhecido e a Royal Society lhe concedeu a Medalha Davy por seu papel pioneiro. ¹⁹
DMITRI IVANOVICH MENDELEEV
Dmitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907) nasceu em Tobolsk, na Sibéria. ²⁰ Após um começo de vida difícil, ele estudou química e realizou um mestrado em São Petersburgo em 1856, sendo então nomeado para lecionar química orgânica e físico-química na universidade. ²¹

Em 1859 Mendeleev ganhou uma bolsa de estudos para se aperfeiçoar na Universidade de Heidelberg, então um centro de muita importância na química. Além dos professores Bunsen e Kirchhoff, lá estavam muitos químicos jovens da geração de Mendeleev, como Friedrich August Kekulé (1829-1896), Adolf von Baeyer (1835-1917), Emil Erlenmeyer (1825-1907), Henry Roscoe (1833-1915), Lothar Meyer (1830-1895), Konrad Beilstein (1838-1906), Alexander Butlerov (1828-1906) e Alexandre Borodin (1833-1887).

Mendeleev fora a Heidelberg com a intenção de trabalhar em química orgânica com Bunsen, mas percebeu que o professor alemão estava agora completamente entretido com seus estudos de espectroscopia, e pouco interessado na química orgânica. ²²

Por isso o russo montou um laboratório em casa, onde passou a determinar constantes físicas, que depois lhe foram úteis ao descrever as propriedades dos elementos, tanto conhecidos como por descobrir, em sua Classificação Periódica, que surgiria em 1869. Mendeleev passou dois anos em Heidelberg, de 1859 a 1861. Nesse tempo teve oportunidade de ir ao 1º congresso internacional de química, em Karlsruhe, convocado em 1860 pelos alemães Friedrich Kekulé e Karl Weltzien (1813-1870), e o francês Charles Adolphe Wurtz (1817-1884). ²²

O mérito do Congresso de Karlsruhe se deveu a iniciativa do professor italiano Stanislao Cannizzaro (1826-1910). Cannizzaro publicara em 1858 um livro na Universidade de Gênova, em que havia utilizado com vantagem a esquecida Hipótese de Avogadro, de 1811, e que era ignorada pela maioria dos químicos. Pela hipótese, hoje Princípio de Avogadro, ficava clara a distinção entre átomos e moléculas, e muitos dos problemas da época, sobretudo a respeito das fórmulas moleculares corretas dos compostos, simplesmente sumiam. A literatura da época registrava, por exemplo, mais de dez fórmulas moleculares diferentes para uma substância tão comum como o ácido acético. Ao final do congresso, Angelo Pavesi, colega de Cannizzaro em Pavia, distribuiu, aos participantes, cópias do trabalho de Cannizzaro. ²³ Esta publicação impressionou o químico alemão Lothar Meyer (1830-1895), que, em seu livro As Teorias Modernas da Química e seu Significado para a Estática Química (1864), incorporou as idéias de Cannizzaro e Avogadro, resolvendo as querelas sobre os conceitos de átomo e molécula. Este livro teve enorme sucesso e foi traduzido em várias línguas europeias. ²⁴

A partir de suas coleções de fichas com constantes físicas dos elementos, Mendeleev, já há muito de volta à Rússia, e estabelecido como professor universitário de Química em São Petersburgo, descobriu, após muitas tentativas e erros, uma forma de ordenar os elementos conhecidos segundo a ordem crescente de pesos atômicos, em períodos e famílias. Dentro de uma família ficavam elementos com propriedades químicas parecidas, de sorte que havia uma sequência lógica em famílias, com bastante coerência química.

Por duas vezes, ele teve que inverter a ordem de pesos atômicos crescentes, e o fez por puro pragmatismo, pois era assim que dava certo, embora ele não soubesse a razão disso. Essa inversão ocorria para os pares Co(58,9) e Ni(58,7), Te(127,6) e I(126,9). Após a descoberta dos gases nobres no final do século XIX o mesmo se verificou para o par Ar(39,9) e K(39,1).

Como na época não se conhecia o fenômeno da isotopia, nem o conceito de número atômico, a solução foi permitir as inversões quando isso se fazia necessário, sem qualquer justificativa racional.

Mendeleev inicialmente publicou sua tabela na Rússia, em 1869, Figura 11 ²⁵, mas no mesmo ano voltou a publicá-la, desta vez em alemão, visando atingir uma audiência maior. ²⁶ A Figura 12 mostra esta Tabela Periódica original de Mendeleev em alemão, publicada na revista Zeitschrift für Chemie. Ela contém 63 elementos, o dobro dos elementos conhecidos por Lavoisier 80 anos antes. Notam-se lacunas para elementos desconhecidos, como o gálio, previsto com o nome provisório de eka-alumínio, com peso atômico 68, e descoberto por Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran (1838-1912) em 1875, com peso atômico 69,9. Mendeleev havia dado a elementos desconhecidos após um dado elemento conhecido o nome deste precedido da partícula eka, primeiro em sânscrito. Uma lacuna, duas posições após um elemento conhecido, era chamada pelo nome do elemento conhecido precedido da partícula sânscrita dvi, significando segundo. Por exemplo, os elementos que se seguem ao manganês, que só viriam a ser descobertos no século XX, como adiante se verá, foram chamados de eka-manganês (tecnécio) e dvi-manganês (rênio). A lacuna para o que Mendeleev chamava de eka-boro, de peso atômico previsto 44, levou ao descobrimento do escândio, por Lars Fredrik Nilson (1840-1899) em 1879, com peso atômico 44,1. Já a lacuna do eka-silício, com peso atômico previsto de 72, levou à descoberta do germânio, descoberto por Clemens Alexander Winkler (1838-1904) em 1886, com peso atômico 72,3. Os nomes desses novos elementos ilustram bastante o grau de exacerbação nacionalista que vigorava na época, e que eventualmente desaguaria na Grande Guerra de 1914.

Em 1871 Mendeleev preparou e enviou para publicação na Alemanha duas novas versões de sua tabela, com algumas alterações.

Essas duas versões, uma vertical e a outra horizontal, foram publicadas na mesma revista, Annalen der Chemie und Pharmazie. As Figuras 13 e 14 mostram estas duas novas versões da Tabela. Na segunda (Figura 14), os elementos cobre, prata e ouro aparecem duplicados, tanto no Grupo I como no VIII. Por isso aqui aparecem 66 elementos (3 repetidos), enquanto nas tabelas anteriores o número de elementos era 63.
A TABELA PERIÓDICA DE LOTHAR MEYER
Julius Lothar Meyer (1830-1895) nasceu em Varel, na Alemanha. Em 1854 recebeu diploma de médico pela Universidade de Würzburg e depois estudou química em Heidelberg, com Bunsen e Kirchhoff. Em 1858 recebeu um doutorado em química pela Universidade de Breslau, sobre os efeitos do monóxido de carbono no sangue. Por influência de Kirchhoff passou a estudar física matemática em Königsberg e tornou-se professor de física e química em Breslau. Foi depois professor em Karlsruhe e finalmente em Tübingen.

Em 1868 Meyer, que nunca assinou seu primeiro nome, Julius, desenvolveu ideias anteriores e criou em 1869 a Tabela mostrada na Figura 15, com 52 elementos, que foi publicada em 1870.

O artigo original de Meyer também apresenta uma curva de volume atômico contra peso atômico, que mostra claramente a periodicidade daquela variável para os diversos elementos (Figura 16).

O cálculo dos volumes atômicos foi feito por Lothar Meyer da seguinte maneira, descrita aqui em termos modernos: volume atômico = peso atômico/densidade (PA/d), ou g mol⁻¹/g cm⁻³ = cm 3 mol⁻¹

O gráfico de Meyer funciona bem, exceto quando os elementos admitem mais de um alótropo. Neste caso, o volume atômico pode diferir bastante de um alótropo para outro.

Exemplos:

Diamante: d = 3,51 g cm⁻³
Grafita: d = 2,2 g cm⁻³
Volume atômico do diamante = 12/3,51 = 3,42 cm 3 mol⁻¹
Volume atômico da grafita = 12/2,2 = 5,45 cm 3 mol⁻¹

Em virtude de incertezas na Tabela de Meyer, como a que foi apresentada, e em razão da melhor capacidade da Tabela Periódica de Mendeleev em fazer previsões, esta acabou superando aquela.
D. PEDRO II E A TABELA PERIÓDICA
Após a publicação da Tabela Periódica, isso é, após 1869, novos elementos previstos por Mendeleev foram sendo descobertos, começando pelo gálio em 1875, seguido pelo escândio em 1879 e pelo germânio em 1886. Um aspecto muito pouco conhecido de nossa história diz respeito ao interesse do Imperador D. Pedro II por essas novas descobertas químicas . ³²

A Fundação Maria Luísa e Oscar Americano, em São Paulo, possui um manuscrito do próprio punho de D. Pedro II, que é bastante revelador a respeito da atualidade, do grau e da profundidade do conhecimento químico do soberano (Figura 17).

Figura 17. Manuscrito de D. Pedro II, com sua tabela relativa aos novos elementos descobertos (1879). Fundação Maria Luísa e Oscar Americano, São Paulo

O manuscrito parece ser uma folha de caderno, escrito a lápis na difícil grafia do Imperador, que estava longe de ser um calígrafo. Trata-se de anotações para estudo a respeito de quatro novos elementos, com a data 1879 escrita pelo Imperador, o próprio ano da descoberta do escândio pelo químico sueco Lars Nilson. O documento está em forma de uma tabela, composta de sete colunas rotuladas Descobrimento, Quem, Onde, Como, Densidade, Peso atômico, e Aspecto, Propriedades, etc.

O primeiro elemento é o escândio, o qual vem assim descrito, mantendo-se a grafia do Imperador:

Os elementos seguintes na tabela de D. Pedro II são o norvégio, o túlio e o hólmio. O norvégio foi um equívoco científico, pois o que se supunha ser um novo elemento mostrou-se depois ser uma mistura de ítrio e háfnio. No entanto, sua "descoberta" e consequente relato pelo mineralogista norueguês Tellef Dahll ocorreu também no ano de 1879, o que novamente mostra a atualização do Imperador face às publicações científicas de seu tempo. ³³

Ao descrever como foi descoberto o túlio, o Imperador demonstra ter conhecimento de espectroscopia: "Observado em zona x da parte vermelha do spectro do antigo erbium."

Já ao tratar do hólmio, evidencia com minúcias sua familiaridade com a literatura corrente, que ele recebia como membro da Academia das Ciências de Paris. O interessante é que o Imperador lia, anotava e comentava os trabalhos científicos sobre o assunto publicados nos Comptes Rendus (dados neste caso nas referências 34 e 35), o periódico oficial da Academia, como se pode constatar aqui. Este é o texto de D. Pedro II:

"No último nº recebido dos Comptes Rendus (15 de jan) Lecoq de Boisbaudran diz: Ces résultats s'accordent avec les importantes recherches récemment publiées par M. de Cleve et Thielen, cependant ... je désire attendre de plus amples informations. Soret (mesmo Comptes Rendus) diz: Je ne vois aucun résultat établissant que l'holmium soit um corps différent. Acrescenta: Si ni moi ni M. Marignac ... nous n'avons pas tiré alors de conclusion positive de ces faits c'est qu'il nous a paru que ... il est peut-être prématuré d'affirmer l'existence d'um élément nouveau quand il est encore impossible de l'isoler et d'en determiner les caractères chimiques, en se basant seulement sur la présence d'une unique raie du spectre d'absorption."

Tradução do texto: " Estes resultados concordam com as importantes pesquisas publicadas recentemente por M. Cleve e Thielen, entretanto .... desejo esperar informações mais amplas. Soret (mesmo Comptes Rendus) diz: Não vejo qualquer resultado estabelecendo que o hólmio seja um corpo diferente. Acrescenta: Se nem eu nem M. Marignac ... tiramos então conclusão positiva destes fatos é porque pareceu-nos que ... é talvez prematuro afirmar a existência de um elemento novo quando é ainda impossível isolá-lo e determinar-lhe os caracteres químicos, baseando-se apenas na presença de uma única raia do espectro de absorção."

No caso do artigo de Lecoq de Boibaudran, o Imperador faz uma citação ligeiramente modificada, ao passo que quanto a Soret sua citação é literal, o que é notável em termos de sua acurácia em relatar uma publicação científica que havia lido. 34,35

Um outro pormenor interessante é a anotação de D. Pedro II ao dizer que ele havia lido os textos citados "no último nº recebido dos Comptes Rendus (15 de jan)". Ora, os dois artigos haviam sido publicados em 15 de setembro de 1879, logo a data anotada pelo Imperador deve ter sido aquela do recebimento da revista por ele no Rio de Janeiro, que deve referir-se a 15 de janeiro de 1880, o que dá uma ideia do tempo necessário para se receber uma revista científica europeia no Brasil.

Não se conhece outro governante no mundo, no século XIX, com esse interesse e familiaridade com a ciência. Desse modo, D. Pedro II estava absolutamente em dia com a Química de seu tempo, talvez até mais atualizado que muitos professores da disciplina no Brasil da época.
A DESCOBERTA DOS GASES NOBRES
Ao final do século XIX, só se conhecia um gás nobre, o hélio, e só no Sol. Como já foi mencionado acima, em 1895 ele foi identificado também na Terra, por William Ramsay e independentemente também por outros. No entanto, onde ficaria na Tabela Periódica? Isto só se resolveu com a descoberta de seus homólogos mais pesados.

A descoberta do próximo gás nobre tem um aspecto curioso, pois foi o único caso de uma descoberta científica importante feita em consequência do conhecimento da História da Ciência. Muitas vezes vemos alguém querer justificar a História da Ciência como possível fonte de inspiração para futuras descobertas científicas, mas essa justificativa é falsa. A História da Ciência é importante, mas por outras razões.

O maior protagonista da descoberta de uma nova coluna na Tabela Periódica foi o escocês William Ramsay (1852-1916), tornando-se por isso o primeiro britânico a receber o Prêmio Nobel de Química, em 1904.

Ramsay entrou para a Universidade de Glasgow aos 14 anos, mas deixou-a, completando os estudos na Alemanha. Inicialmente estudou sob Bunsen em Heidelberg. Em 1872, aos 20 anos, concluiu um doutorado em Química Orgânica, em Tübingen, sob Rudolf Fittig.

Retornando ao Reino Unido, Ramsay passou por Bristol, e em seguida Londres, iniciando colaboração com o físico Lord Rayleigh (John William Strutt, Lord Rayleigh, 1842-1919).

Rayleigh descobrira que o nitrogênio atmosférico é 0,5% mais denso que o nitrogênio obtido de compostos que o contêm. Henry Cavendish (1731-1810) havia descoberto o mesmo no século XVIII. Cavendish, um dos mais meticulosos cientistas de seu tempo, analisara o ar e descobrira que depois de eliminar toda a umidade e o gás carbônico do ar, e após reagir meticulosamente o oxigênio e o nitrogênio (este por ação de uma faísca elétrica), sempre restava um resíduo totalmente inerte, que correspondia a 1/120 do ar. Por mais que tentasse descobrir uma solução para o problema, Cavendish não conseguiu deslindá-lo. Ele apenas sabia que aquele resíduo parecia ser diferente do nitrogênio.

Conhecendo a observação de Cavendish de mais de um século antes, Rayleigh e Ramsay analisaram o espectro do resíduo e descobriram linhas espectrais novas. Sua conclusão foi então de que estavam diante de um novo elemento gasoso. Eles deram ao novo gás o nome de argônio, do grego para "preguiçoso", em virtude de sua inércia química. ³⁶

Apesar da evidência, eles tiveram forte oposição do químico James Dewar (1842-1923), que não aceitava a existência do argônio.

Ramsay, pesquisando os chamados "gases inertes", descobriu o resto da família. Seus teores volumétricos na atmosfera são: Ar = 0,93%, Ne = 20 ppm, Kr = 1 ppm, Xe = 0,1 ppm. Em 1903 Ramsay se associou a Frederick Soddy para estudar um gás produzido pelo Ra, que Rutherford denominava "emanação". Este gás era o radônio, altamente radioativo. ³⁷

Após a descoberta do argônio, Lecoq de Boisbaudran sugeriu que a Tabela Periódica devia ser ampliada, introduzindo-se uma coluna adicional, a coluna zero, ou dos gases nobres (ainda por descobrir).

A partir de 1962, outro químico britânico, Neil Bartlett (1932-2008), mostrou experimentalmente que alguns gases "inertes" podem reagir, formando compostos. 38 Por isso prefere-se hoje a expressão "gases nobres".

A Figura 18 é uma preciosidade, pois mostra juntas várias das personalidades descritas neste texto e ligadas à história da Tabela Periódica ou de novos elementos que se descobriram na segunda metade do século XIX.
A DESCOBERTA DAS TERRAS RARAS
Os elementos conhecidos genericamente como terras raras fazem parte do grupo três da tabela periódica e correspondem ao escândio (Sc, número atômico Z = 21), ítrio (Y, Z = 39) e os quinze elementos denominados lantanídeos, cujos números atômicos variam de Z = 57 a Z = 71. Os lantanídeos, em ordem crescente de número atômico são: lantânio (La) cério (Ce), praseodímio (Pr), neodímio (Nd), promécio (Pm), európio (Eu), gadolínio (Gd), térbio (Tb), disprósio (Dy), hólmio (Ho) érbio (Er), túlio (Tm), itérbio (Yb) e lutécio (Lu). As terras raras correspondem ao maior grupo de elementos naturais, representando 1/7 de todos os elementos naturais conhecidos.

O termo " terras" era utilizado nos séculos XVIII e XIX para descrever os óxidos de metais alcalinoterrosos. Assim como os lantanídeos, o Sc e o Y foram obtidos originalmente na forma de óxidos, a partir de seus minerais. Em função disso, todos passaram a ser denominados genericamente de terras. O emprego do adjetivo raras está associado ao fato de esses elementos terem sido, inicialmente, obtidos a partir de poucos minerais restritos em pedreiras da Escandinávia. Além disso, devido à grande dificuldade de isolamento dos óxidos de cada elemento, eles eram obtidos em quantidades muito reduzidas, reforçando a ideia de que se tratava de elementos raros. Embora saibamos hoje que vários desses elementos são muito abundantes na crosta terrestre, a expressão " terras raras" continua sendo utilizada.

A história desses elementos teve início em 1788, com a descoberta de um mineral de cor escura, pelo Tenente Carl Axel Arrhenius (1757-1824), nas redondezas da pequena cidade de Ytterby, próxima a Estocolmo. Esse mineral foi posteriormente estudado pelo químico e mineralogista finlandês Johan Gadolin (1760-1852) que dele isolou, em 1794, uma nova terra, ou melhor, um óxido de um novo metal, que ele chamou de ítrio. O elemento apenas veio a ser obtido na forma metálica em 1828 por Friedrich Wöhler (1800-1882) por meio da reação do cloreto de ítrio com potássio metálico. Gadolin mostrou que o mineral era formado por 38% do óxido de ítrio. ⁴⁰

O elemento Yt foi incluído na tabela de Mendeleev de 1869 (Figura 12), com esse símbolo e peso atômico 60, mas junto a este dado aparece uma interrogação, indicando dúvida sobre sua natureza. Este mesmo elemento aparece na tabela de 1872 (Figura 14) com o peso atômico 88. Posteriormente o mesmo mineral - inicialmente chamado de Iterbita e posteriormente rebatizado de gadolinita, em homenagem a Gadolin - foi investigado por muitos outros pesquisadores que mostraram tratar-se de uma mistura de diversos óxidos de metais com características muito parecidas. Esses compostos passaram a ser chamados de terras ítricas, tendo sido identificadas um total de dez.

O químico suíço Carl Gustav Mosander (1797-1858) estudou o ítrio de Gadolin e mostrou que ele era na verdade constituído por três elementos: o próprio ítrio, que ele obteve na forma pura em 1843, o térbio (Tb) e o érbio (Er). Dessa forma, foi Mosander, e não Gadolin, a obter o ítrio puro pela primeira vez.

A partir dos trabalhos de Mosander no início da década de 1840, até 1907, foram identificados a partir das terras ítricas mais nove elementos, sempre na forma de óxidos. Posteriormente mostrou-se que o térbio e o érbio de Mosander eram, na realidade, misturas de vários elementos. Essa confusão na identificação das terras raras prevaleceu por muito tempo, apesar do emprego - pelos pesquisadores - das análises espectroscópicas já disponíveis na época.

Em ordem cronológica, as terras ítricas foram descobertas pelos seguintes pesquisadores: 1794, ítrio, Gadolin; 1842, érbio, Mosander; 1843, térbio, Mosander; 1878, hólmio, Marc Delafontaine, Per Teodor Cleve e Soret; 1879, túlio, Cleve; 1879, escândio, Lars Nilson; gadolínio, Jean-Charles Galissard de Marignac; 1885, praseodímio e neodímio, Auer von Welsbach; 1886, disprósio, Lecoq de Boisbaudran; 1907, lutécio, Georges Urbain. 41,42

Foram precisos pouco mais de 100 anos para que todas as terras ítricas fossem identificadas. Nesse processo, muitas descobertas inicialmente relatadas como sendo de um novo elemento, na verdade eram misturas, sendo que a prioridade do descobrimento foi dada para o pesquisador que reportou a mistura inicial.

Como durante o século XIX ainda não existia o conceito de número atômico, não se sabia ao certo o número de terras raras existentes. O químico francês Georges Urbain (1872-1938), que por várias décadas se dedicou ao estudo desses elementos, mostrou que aproximadamente 20 elementos supostamente diferentes relatados na literatura, eram na verdade todos idênticos ao európio, gadolínio, térbio e disprósio. Segundo Urbain, muitos dos elementos reportados eram tão mal caracterizados que nem tinham lugar na tabela periódica. ⁴³

Um outro grupo de elementos do grupo dos lantanídeos foi obtido do mineral denominado cerita, também conhecido como "pedra pesada de Bastnas". O primeiro elemento deste grupo a ser identificado foi o cério, obtido em 1803 na forma de óxido por Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) e Wilhelm Hisinger (1776-1852). No mesmo ano, de forma independente, o químico Martin Heinrich Klaproth (1743-1817) isolou o mesmo óxido de um mineral então denominado terra ochroita. Nesse período esse óxido foi obtido de diversos outros minerais, sendo que alguns são constituídos quase que exclusivamente de sais de cério. ⁴²

Da cerita, além do cério, foram isolados, em ordem cronológica, os seguintes elementos: 1839, lantânio, Mosander; 1879, samário, de Boisbaudran; 1885, praseodímio e neodímio, von Welsbach; 1901, európio, Eugène Anatole Demarçay. ⁴²

Assim como no caso dos elementos isolados das terras ítricas, o estudo da cerita também resultou em muita confusão e diversos relatos de misturas de óxidos como se fossem compostos puros. O caso mais emblemático é do elemento denominado "didímio", que constava da primeira tabela de Mendeleev, tendo peso atômico 95 e símbolo Di (Figura 12). Na versão vertical dessa tabela, publicada em 1872 (Figura 15), o didímio (Di) aparece com peso atômico 138, com duas interrogações. Depois de muitos estudos, com o auxílio de análises espectroscópicas, o didímio não sobreviveu, tendo sido demonstrado que se tratava de uma mistura de praseodímio, neodímio, gadolínio, samário e európio. ⁴⁴

Outras terras raras tiveram os pesos atômicos e as posições alteradas na Tabela de 1872, aparecendo com muitas interrogações. Essas alterações indicam claramente que o próprio Mendeleev tinha dúvidas sobre a autenticidade dos dados referentes às terras raras.

O promécio (Pm, Z = 61) foi o último elemento pertencente ao grupo das terras raras a ser descoberto. Sua existência foi inicialmente proposta em 1902 pelo químico Bohuslav Brauner (1855-1935), natural da Tchecoslováquia e professor da Universidade de Praga. Em função da descontinuidade observada entre algumas propriedades do neodímio e do samário, Brauner propôs que deveria existir outro elemento entre esses dois. Isso foi confirmado em 1914 com o trabalho que Henry Moseley, ao determinar os números atômicos dos elementos, verificou que o correspondente a Z = 61 estava faltando na lista dos então conhecidos. A partir do trabalho de Moseley um grande número de pesquisadores, em várias partes do mundo, se concentrou na busca por esse elemento. Ao longo das décadas seguintes vários trabalhos foram feitos relatando a descoberta desse elemento, entretanto sem a devida confirmação experimental. Em 1938 um grupo de pesquisadores da Universidade do Estado de Ohio realizou experimentos, em um cíclotron, bombardeando praseodímio e neodímio com nêutrons e partículas alfa. Nos detritos resultantes desse experimento eles registraram sinais que correspondiam, segundo os pesquisadores, ao elemento Z = 61. O grupo chegou inclusive a propor o nome ciclônio para esse elemento, o que não foi aceito pela comunidade científica em função da falta de prova definitiva da existência desse elemento. ⁴¹

A descoberta do elemento 61 se deu, de forma inequívoca, em 1945, com o trabalho dos químicos americanos Jacob Akiba Marinsky (1918-2005) e Lawrence Elgin Glendenin (1918-2008). Esses pesquisadores trabalhavam no Laboratório Clinton, realizando pesquisas sobre espécies radioativas resultantes da fissão do urânio, para o projeto Manhattan. ⁴⁵ Os detalhes da pesquisa foram somente publicados em 1947, ⁴⁶ quando eles conseguiram, com o emprego de cromatografia de troca iônica, separar os isótopos do elemento 61 com massas atômicas 147 e 149. Nesse artigo os autores ainda não haviam nomeado o elemento 61, sempre se referindo a ele pelo seu número atômico. Originalmente o nome Prometeu (da mitologia grega) foi proposto pela esposa de um dos pesquisadores envolvidos na descoberta, entretanto a grafia foi posteriormente alterada para Promécio para harmonizar com a dos demais metais. ⁴⁷

Todos os isótopos do promécio são radioativos, sendo que o mais estável ( ¹⁴⁵Pm) apresenta tempo de meia-vida de 17,7 anos, enquanto para o ¹⁴⁹Pm esse valor é de apenas 41 horas, embora esse valor tenha sido alterado posteriormente. ⁴⁶ A instabilidade do promécio foi a causa da grande dificuldade na sua descoberta. Esse elemento ocorre na crosta terrestre em quantidades diminutas, sendo constantemente produzido pela fissão do urânio, e imediatamente decomposto.

A história das terras raras é complexa e difícil de ser contada. Sobre isso, o químico Georges Urbain, um dos que mais trabalhou para esclarecer o problema desse grupo de compostos chegou a dizer que as terras raras são " um mar de erros e a verdade está se afogando nele". ⁴⁸

Conforme comentamos, o posicionamento dos elementos terras raras na tabela periódica sempre foi um problema, mesmo para Mendeleev. ⁴⁹ Por quase um ano ele tentou posicionar as terras raras conhecidas em sua tabela, mas fracassou. Como ficou evidenciado depois, os elementos "didimium" e érbio eram de fato misturas, como já comentamos. Apesar das dificuldades, Mendeleev não sucumbiu à possibilidade de que seu "sistema periódico" pudesse acomodar exceções.

Em 1902, ainda antes da morte de Mendeleev - ocorrida em 1907 - Brauner apresentou uma versão da tabela periódica em que, pela primeira vez, os lantanídeos (parte das terras raras conhecidas) aparecem agrupados em bloco de quatro colunas e cinco linhas (Figura 19). ⁵⁰ Esse bloco foi posicionado logo após o lantânio (La), e terminado com o itérbio (Yb). Embora em 1902 apenas o lutécio e o promécio ainda não haviam sido descobertos, a tabela tinha espaço para acomodar 20 terras raras. Também deve ser notado que o escândio (Sc), ítrio (Y) e o lantânio (La), aparecem no grupo III, com o boro (B) e o alumínio (Al).

Durante muito tempo, várias outras propostas de posicionamento das terras raras na Tabela Periódica foram feitas, a sua maioria agrupando esses elementos em um bloco separado do corpo principal. Nas tabelas atuais o escândio e o ítrio aparecem na coluna 3. No espaço logo abaixo do ítrio é representado o símbolo La-Lu, indicando que do lantânio ao lutécio, todos têm propriedades muito parecidas que justifiquem o posicionamento na coluna 3. A tabela é então complementada listando-se os lantanídeos em uma linha separada do seu corpo. ⁵¹

É importante mencionar que as terras raras foram descobertas no Brasil ainda no século XIX, em areias monazíticas nas praias do Prado, no sul da Bahia. Grande quantidade dessa areia foi enviada para a Europa e Estados Unidos, no final do século XIX, supostamente como lastro de navios, sem que fosse paga qualquer quantia por esse material. ⁴⁴ Parte das pesquisas realizadas por von Welsbach sobre terras raras, foi conduzida com material obtido de praias brasileiras.

Embora as terras raras tenham sido finalmente posicionadas na Tabela Periódica, até as décadas de 1940-1950 elas tinham poucas aplicações. Esse cenário mudou a partir de 1947, com a criação do Laboratório Ames, nos Estados Unidos, sob a liderança de Frank Harold Spedding (1902-1984). A partir do desenvolvimento de métodos de separação pela equipe de Spedding esses elementos passaram a ser disponíveis em quantidades necessárias para estudos de suas propriedades químicas e físicas. As aplicações das terras raras são diversas e englobam a fabricação de materiais como: ligas para baterias, luminóforos, catalisadores para craqueamento de petróleo, vidros, polímeros, lasers, magnetos, fibras opticas etc. 44,52 Produtos que dependem das terras raras incluem telefones celulares, telas de televisão, carros elétricos, turbinas para geração de energia eólica, magnetos de alto desempenho, por exemplo. Em função da demanda crescente por esses elementos, a procura por novas fontes é uma prioridade em países como os Estados Unidos. ⁵³

Há alguns anos surgiu uma polêmica em português a respeito da melhor denominação dos elementos compreendidos do lantânio ao lutécio, que tradicionalmente eram denominados lantanídeos. Sugeriu-se, então, a mudança para lantanoides como designação genérica desses elementos. Todavia, em português não existe a hipótese de confusão da desinência ídeos com o que ocorre em inglês com a desinência ides, característica de alguns íons negativos naquela língua. Portanto, não se justifica a necessidade de mudar o nome dos lantanídeos para lantanoides.
OS ELEMENTOS RADIOATIVOS NATURAIS E OS NOVOS ELEMENTOS DESCOBERTOS NO SÉCULO XX
É bem conhecida a história da descoberta da radioatividade, a partir de sais de urânio e tório, que deu ao casal Pierre Curie (1859-1906) e Marie Curie (1867-1934), junto com Antoine Henri Becquerel (1852-1908), o Prêmio Nobel de Física de 1903. A palavra radioatividade foi cunhada por Marie Curie em 1898. Em seus estudos com a pechblenda, um resíduo da produção de urânio, ela conseguiu isolar dois novos elementos, o polônio e o rádio, no mesmo ano de 1898, ambos muito mais radioativos que o urânio. O rádio, mesmo em forma ainda impura, era um milhão de vezes mais ativo que o urânio. 54

Este trabalho abriu as portas para um enorme e fértil campo de pesquisa, a busca por novos elementos que apresentassem radioatividade. A partir daí se descobriram os isótopos e as chamadas "emanações", as emissões de partículas radioativas cujo estudo revolucionou tanto a química como a física nas décadas seguintes.

O número de elementos e isótopos conhecidos logo cresceu exponencialmente, a partir de exemplos como ²³⁵U e ²³⁸U. O tempo de meia-vida desses isótopos é muito variável, assim como sua radioatividade. O estanho é notável por ser o elemento com o maior número de isótopos estáveis (não-radioativos), 10 no total, além de mais dois isótopos radioativos. 55 A descoberta de elementos com o advento dos estudos com materiais radioativos cresceu enormemente no início do século XX, mas sua descoberta por meios puramente químicos cessou após 1925, com a descoberta do rênio.

Em 1923, o holandês Dirk Coster (1889-1950) e o húngaro George Charles de Hevesy (1885-1966), trabalhando na Dinamarca, descobriram um novo elemento, de número atômico 72, o háfnio, de exis, , tência prevista por Mendeleev. O nome do elemento foi dado em homenagem à cidade de Copenhagen, a partir de seu nome latinizado, Hafnia. Mendeleev, embora sugerisse que o novo elemento fosse um análogo do titânio e do zircônio, o havia colocado abaixo do zircônio, ignorando a existência dos lantanídeos, que ainda não eram conhecidos. ⁵⁶

A descoberta do rênio ocorreu em 1925, por Walter Noddack (1893-1960), Ida Tacke (1896-1978) e Otto Berg (1873-1939). ⁵⁵ O rênio é um metal raríssimo, obtido a partir de amostras de molibdênio, e sua concentração na crosta terrestre é da ordem de poucos ppb's. 57 O metal, cujo nome deriva do Rio Reno, havia sido previsto por Mendeleev como dvi-manganês.

O último elemento natural descoberto, embora altamente radioativo, foi o frâncio, por Marguerite Perey (1909-1975), uma ex-aluna de Marie Curie, em 1939. ⁵⁶ Antes ele já era referido como eka-césio, após as previsões originais de Mendeleev. Estima-se que existam na crosta terrestre entre 20 e 30 g de frâncio, e a maior quantidade já obtida foi de cerca de 300.000 átomos. Portanto, nunca se viu uma amostra macroscópica de frâncio, que se supõe altamente reativo, como seus homólogos alcalinos. ⁵⁸

Antes do háfnio (1923), do rênio (1925) e do frâncio (1939), haviam sido descobertos no século XX apenas dois outros elementos naturais, da nova classe dos lantanídeos: o európio, descoberto em 1901 por Eugène-Anatole Demarçay (1852-1903) a partir de amostras de samário, e o lutécio, descoberto em 1907 independentemente pelo francês Georges Urbain (1872-1938), o austríaco Carl Auer von Welsbach (1858-1929) e o inglês Charles James (1880-1928). O nome do elemento veio do nome latino da cidade de Paris, Lutécia. 59

Após 1925 todos os novos elementos eram radioativos, desde o mais leve, o raríssimo tecnécio, previsto por Mendeleev como eka-manganês, e descoberto pelos italianos Emilio Gino Segré (1905-1989) e Carlo Perrier (1886-1948) em 1937. Anteriormente, em 1925, os alemães Ida Tacke, Walter Noddack e Otto Berg, descobridores do rênio, haviam relatado a descoberta do elemento 43 a partir de estudos espectroscópicos de concentrados de rênio, e o denominaram masúrio, a partir da região chamada Masurenland, na Prússia Oriental. Contudo, seus resultados não foram considerados conclusivos, e a descoberta do elemento 43, renomeado tecnécio só veio a ser comprovada em 1937. ⁶⁰ Como se pode perceber, havia uma boa dose de nacionalismo em muitos dos nomes que se davam aos elementos descobertos na época. O tecnécio é o elemento mais leve existente em que todos os isótopos são radioativos. ⁶⁰
HENRY MOSELEY E O CONCEITO DE NÚMERO ATÔMICO
A Tabela de Mendeleev, não-obstante seus méritos, tinha um inconveniente, pois agrupava os elementos pela ordem crescente de pesos atômicos, hoje massas atômicas relativas. Havia aquelas inversões já mencionadas, como entre Co e Ni. Com a descoberta dos isótopos, a situação ficou pior: como ordenar os elementos na tabela e qual isótopo devia ser preferido? Pondo-se uma média ponderada dos pesos atômicos, como se fazia, o resultado refletia a situação relativa aos isótopos já conhecidos. Havia, porém, a possibilidade de se descobrirem mais isótopos, o que podia alterar a média.

Henry Gwyn Jeffreys Moseley (1887-1915), que havia trabalhado na Universidade de Manchester sob a orientação de Ernest Rutherford, executou, já em Oxford, em 1913, um experimento pelo qual bombardeou um grande número de elementos com elétrons de alta energia, o que produzia a emissão de raios X. Em seguida estabeleceu um gráfico, pondo a sequência dos elementos na Tabela Periódica contra a frequência dos raios X emitidos pelo bombardeio dos elementos com os elétrons.

As energias dos raios X emitidos pelos átomos bombardeados dependia de cada átomo, variando então com o elemento.

Como se pode ver no gráfico mostrado na Figura 20, a ordem do elemento na Tabela contra a raiz quadrada da frequência dos raios-X emitidos resulta numa reta. Isto evidenciou que a sequência dos elementos na Tabela Periódica é uma propriedade muito mais fundamental que sua massa. Moseley chamou à sequência obtida de números atômicos.

Com a descoberta de Moseley, os elementos passaram a ser descritos na ordem de seus números atômicos, e não de seus pesos atômicos. Assim foram eliminadas as incongruências da Tabela de Mendeleev.

Como um post-scriptum, vale dizer que Henry Moseley apresentou-se como voluntário no exército britânico para lutar na Grande Guerra de 1914 e morreu em 1915 vitimado por uma bala turca na Batalha de Gallipoli, no Estreito de Dardanelos, aos 28 anos. ⁶¹
O SONHO DOS ALQUIMISTAS: A TRANSMUTAÇÃO DOS ELEMENTOS A transmutação natural por decaimento radioativo
No início de sua carreira, depois de trabalhar em Cambridge com Joseph John Thomson (1856-1940), Ernest Rutherford (1871-1937) passou 9 anos na Universidade McGill, em Montreal. Lá ele e Frederick Soddy (1877-1956), em 1900-1903 estudaram as "emanações" do tório. Soddy sugeriu que o tório originava um gás inerte (radônio). Em 1903 publicaram a "Lei de Transformação Radioativa", mostrando que a desintegração produzia átomos mais leves a partir de átomos pesados em consequência de emissão alfa. 63

Os elementos de Lavoisier caíam, e a busca dos alquimistas pela transmutação de um elemento em outro mostrava-se possível. Rutherford ganhou o Prêmio Nobel de Química (1908) pelo estudo da desintegração e da química de substâncias radioativas. Soddy o ganhou em 1921, pelos isótopos, termo por ele cunhado em 1913. Sua explicação para a existência de isótopos resolveu o problema de colocar na Tabela Periódica os inúmeros novos "elementos" (i.e., isótopos).
A transmutação artificial dos elementos
A primeira transmutação artificial foi conseguida em 1925 pelo assistente de Rutherford, Patrick Maynard Stuart Blackett (1897-1974), com a transmutação de nitrogênio em oxigênio, por meio da incidência de partículas alfa sobre o nitrogênio-14: 64

Em 1932, 2 colegas de Rutherford, John Douglas Cockcroft (1897-1967) e Ernest Thomas Sinton Walton (1903-1995) usaram prótons acelerados sobre ⁷Li para dividir este núcleo, com a formação de duas partículas α. 65

Esta reação, embora de natureza diferente, precedeu a fissão nuclear, a ser descoberta em 1938 por Otto Hahn (1879-1968), Lise Meitner (1878-1968) e seu assistente Friedrich Wilhelm "Fritz" Strassmann (1902-1980), com átomos pesados, que veio a constituir o processo que ocorre em reatores e explosões nucleares. ⁶⁵
ELEMENTOS TRANSURÂNICOS E SUPERPESADOS
Nem todos os elementos químicos discriminados na tabela periódica possuem núcleos estáveis. À medida que o número de prótons aumenta, cresce também a repulsão eletrostática e a possibilidade de ocorrer o fenômeno denominado desintegração radioativa. Essa degradação ocorrerá, por milênios ou milissegundos, dependendo da espécie, até que o elemento se transforme em outro que seja estável. Foi graças a essa instabilidade nuclear, detectada no final séc. XIX, que se descobriu o fenômeno de radioatividade em 1896, provando que átomos não são indivisíveis, como previa o modelo atômico de Dalton. Do hidrogênio ao urânio, poucos elementos são radioativos e parte deles é encontrada na natureza, tecnécio (Tc), polônio (Po), astato (At), radônio (Rn), frâncio (Fr), rádio (Ra), actínio (Ac), tório (Th), protactínio (Pa) e urânio (U). Desses elementos merecem destaque aqueles que foram inicialmente preparados e anos depois encontrados na natureza. O tecnécio foi o primeiro elemento preparado artificialmente e descoberto por obra do acaso. Como dito anteriormente, ele foi detectado por Carlo Perrier (1886-1948) e Emilio Segrè (1905-1989) da Universidade de Palermo em amostras de molibdênio irradiadas no cíclotron de Berkeley em 1937. Em 1982 ele foi detectado em amostras de pechblenda, como produto da fissão do ²³⁸U. O astato é outro elemento sintético, inicialmente preparado em 1940 no Lawrence National Radiation Laboratory (chamado Lawrence Berkeley National Laboratory nos dias atuais) ⁶⁶ da Universidade da Califórnia em Berkeley, e depois descoberto em minerais contendo urânio e tório. Ele é considerado um dos elementos mais raros na terra, cuja concentração é estimada em alguns poucos gramas na crosta terrestre. O radônio é originado do decaimento do rádio, portanto pode ser encontrado em determinados lugares onde existam minerais de Ra, a despeito de sua baixa meia-vida, menor que quatro dias.

Em 1896, o físico francês Antoine Henri Becquerel (1852-1908), trabalhando com materiais fosforescentes, suspeitou que o brilho provocado por eles poderia ser fosforescência. Becquerel colocou então vários materiais que exibiam essa propriedade nas proximidades de chapas fotográficas com um anteparo feito de papel preto. As chapas foram danificadas na presença de minerais contendo urânio. Suspeitou-se que esses materiais emitiam um certo tipo de radiação, chamada de raios de Becquerel. Pensou-se inicialmente que essas "emanações" eram raios-X, mas muito cedo percebeu-se tratar-se de uma forma diferente de radiação. Os trabalhos futuros de Rutherford, Paul Ulrich Villard (1860-1934), Kazimierz Fajans (1887-1975) e Soddy demonstraram ser um tipo de radiação mais energética que os raios-X, denominada radiação gama, no caso do rádio, ou de partículas, chamadas alfa e beta, oriundas do núcleo do urânio. Pesquisas posteriores levaram Rutherford e Soddy a entender várias propriedades interessantes desse processo, denominado radioatividade por Marie Curie (1867-1934) e Pierre Curie (1859-1906), descobridores dos elementos rádio e polônio. Observou-se que ocorria um fenômeno chamado decaimento radioativo nos núcleos desses elementos, que se transformavam em outros elementos. ⁶⁷ Nos anos seguintes concluiu-se que existem dois tipos de radioatividade, a natural, emanada de minerais contendo elementos radioativos, e a artificial, provocada ao se bombardearem átomos de alguns elementos com partículas alfa ou com elementos mais leves. Este fenômeno foi descoberto por Irène Joliot-Curie (1897-1956) ao bombardear alumínio com partículas alfa, produzindo um isótopo instável de fósforo, ³⁰ P. Essa pesquisa abriu caminho para a descoberta da fissão nuclear anos depois. Marie Curie faleceu pouco antes de sua filha e genro, Frédéric Joliot-Curie, serem agraciados com o prêmio Nobel de Química em 1935 por essa descoberta. Caso tivesse vivido por mais dois anos, é possível que ela teria compartilhado esse prêmio, tornando-se o cientista com o maior número de prêmios Nobel recebidos. Embora isso não tenha ocorrido, destacam-se os feitos importantes da família Curie.

Os elementos transurânicos são aqueles com mais de 92 prótons, e dentro desse grupo destacam-se os elementos superpesados, que não podem ser obtidos através de bombardeamento de outros elementos mais leves com nêutrons, normalmente com Z>104. ⁶⁸ Esses elementos são todos radioativos e foram preparados em laboratórios, seja em reatores nucleares ou em aceleradores de partículas. Alguns de seus isótopos apresentam meias-vidas longas, e podem ser observados em minerais contendo urânio ou detectados em locais onde ocorreram testes com bombas atômicas ou de hidrogênio.
Descobrimento dos elementos transurânicos
As pesquisas iniciais que culminaram com a descoberta dos primeiros transurânicos foram dominadas por cientistas americanos do Lawrence National Radiation Laboratory, mas anos depois iniciou-se uma grande disputa com o Joint Institute for Nuclear Research em Dubna, na Rússia. ⁶⁹ É interessante notar que embora a execução do projeto Manhattan tenha culminado com a construção das bombas atômicas que aniquilaram Hiroshima e Nagasaki em 1945, o esforço dos pesquisadores envolvidos contribuiu para a descoberta de novos elementos. Dentre os americanos destacou-se o grupo de pesquisa de Glenn Theodore Seaborg (1912-1999), dentre outros. Já os russos foram liderados inicialmente por Georgy Nikolayevich Flerov (1913-1990).

Os primeiros transurânicos, Np (Z=93) e Pu (Z=94), foram nomeados em referência aos planetas Netuno e Plutão, exteriores a Urano, nome do elemento com Z = 92. Aqueles dois elementos foram encontrados na natureza anos depois de suas preparações iniciais de 1940, sendo ²³⁷Np e ²⁴⁴Pu seus isótopos mais estáveis (Tabela I). O netúnio foi preparado no grupo de Edwin Mattison McMillan (1907-1991) ao se irradiar ²³⁸U com nêutrons, enquanto o plutônio foi produzido no grupo de Seaborg por bombardeamento do ²³⁸U com deutério. 70,71 Seaborg fez também uma exaustiva caracterização química do Pu, e seu grupo identificou em 1944 o amerício (Am, Z = 95) e o cúrio (Cm, Z= 96), oriundos do bombardeamento de ²³⁸U com nêutrons. ⁷² O cúrio pôde também ser produzido através do bombardeamento de ²³⁹Pu com partículas alfa. O nome amerício foi dado em homenagem à América, em analogia ao európio que se localiza acima na tabela periódica, cujo nome homenageou o continente europeu. Já o cúrio foi nomeado em honra de Pierre e Marie Curie. ⁷³ ²⁴¹Am e ²⁴³Am são os isótopos com maior tempo de vida do amerício, enquanto os do cúrio são ²⁴⁷Cm e ²⁴⁸ Cm (Tabela 1). É importante notar que os valores dos tempos de meia vida dos elementos da Tabela 1 costumam variar de acordo com as referências consultadas, de modo que os valores aqui apresentados devem ser considerados os mais prováveis para uma série de fontes consultadas, como aquelas citadas neste parágrafo.

A descoberta desses elementos sintéticos foi um passo importante para a preparação em Berkeley de novos transurânicos, oriundos de investigações dos grupos de pesquisa de Seaborg ou Albert Ghiorso (1915 - 2010). Todos esses elementos possuem meias-vidas de anos ou dias (Tabela I). O berquélio (Bk, Z= 97), obtido em 1949 pelo bombardeamento de ²⁴¹Am com partículas alfa, homenageou a cidade de Berkeley. ⁷⁴ Em seguida o estado americano da Califórnia foi a origem do nome do califórnio (Cf, Z=98), preparado em 1950, pelo bombardeamento de ²⁴² Cm com partículas alfa.

Antes de suas preparações, o einstênio (Es, Z=99) e o férmio (Fm, Z=100) foram detectados em 1952 em locais de testes com bombas de hidrogênio, sendo em seguida produzidos em quantidades pequenas em reatores nucleares; no caso do Es, através da reação nuclear entre ¹⁴N e ²³⁸U ou do decaimento do ²⁵³Cf, e do Fm pelo bombardeamento do ²³⁸U com nêutrons. Estes elementos renderam homenagem a Albert Einstein (1979-1955) e Enrico Fermi (1901-1954). ⁷⁵

O elemento 101, mendelévio (Md, Z=101) foi preparado em 1955 pelo bombardeamento do ²⁵³Es com partículas alfa no cíclotron de Berkeley. Devido à guerra fria, Seaborg teve de solicitar autorização ao governo americano para homenagear Dmitri Mendeleev, ao dar o nome de um russo a esse novo elemento. ⁷⁶

O férmio é o elemento mais pesado a ser obtido por bombardeamento de actinídeos com nêutrons. Para se obter elementos com Z>100 foi necessário efetuar o bombardeamento de elementos alvos com íons. Uma característica interessante é a existência fugaz desses elementos pesados, o que dificultou bastante a caracterização e validação dos resultados. Outra questão que envolveu as pesquisas da década de 1950 ao início da década de 1980, foi a acirrada disputa entre soviéticos e americanos, que precisou ser mediada pela IUPAC. A descoberta do nobélio, (No, Z=102), nome dado em referência a Alfred Nobel (1833-1896), foi creditada em 1997 pela IUPAC aos soviéticos, que efetuaram em 1966 a fusão nuclear do ²³⁸U com íons de neônio em Dubna. Os americanos, liderados por Seaborg, relataram em 1958 a preparação desse elemento usando um novo acelerador da Universidade da Califórnia em Berkeley, por bombardeamento de mistura de isótopos de cúrio, composta por 95% de ²⁴⁴Cm e 5% ²⁴⁶Cm) com íons de ¹³C e ¹²C. Entretanto, houve questões não apropriadamente respondidas por esses pesquisadores. A IUPAC acatou a sugestão de nome feita por suecos, que chegaram a descrever a preparação desse novo elemento na década de 1950. ⁷⁷

O laurêncio (Lr, Z=103) é o último dos actinídeos. Novamente, devido a sua curta existência e dificuldade em caracterizar seus decaimentos de forma segura, a acirrada disputa entre americanos e soviéticos continuou. Seus isótopos mais estáveis são ²⁶²Lr e ²⁶⁶Lr. A IUPAC inicialmente atribuiu sua descoberta aos americanos, tendo até aceitado o nome em honra de Ernest Orlando Lawrence (1901-1958), inventor do acelerador de partículas. Mas em 1997 o caso foi reavaliado e sua descoberta foi atribuída a ambos os grupos de pesquisadores, soviéticos e americanos. O grupo americano do Lawrence Berkeley National Laboratory, liderado por Ghiorso, obteve este elemento ao bombardear ²⁴⁸Cm com íons de ¹⁴N, ou ²⁵²Cf com diferentes isótopos de boro ( ¹⁰B ou ¹¹B). Já o grupo russo efetuou a fusão de ²⁴³Am com ¹⁸ O.

Os elementos de número atômico 104 a 118 completaram o sétimo período da tabela periódica, indo do eka-háfnio ao eka-radônio. Eles são denominados elementos artificiais superpesados, e são constituídos por vários isótopos, todos com meias-vidas bastante curtas. O primeiro deles, o rutherfórdio (Rf, Z=104), foi detectado em 1964 pelos soviéticos em Dubna, ao bombardearem ²⁴²Pu com ²²Ne. Em 1969, pesquisadores da Universidade da Califórnia sintetizaram esse mesmo elemento fazendo a fusão nuclear do ²⁴⁹Cf com ¹²C. Os soviéticos propuseram o nome de kurchatóvio em honra de Igor Vasilyevich Kurchatov (1903-1960), um dos fundadores do grupo soviético de pesquisa, enquanto os americanos chamaram-no de rutherfórdio em homenagem a Ernest Rutherford. Em 1997 ambos os grupos de pesquisa concordaram em chamá-lo de rutherfórdio (Rf). ⁷⁷

Os soviéticos coordenados por Flerov prepararam o elemento 105 pela primeira vez em 1968 por bombardeamento de ²⁴³Am com ²²Ne. Dois anos depois, pesquisadores da Universidade da Califórnia relataram sua obtenção pelo bombardeamento de ²⁴⁹Cf com ¹⁵N. A proposta de nome para este elemento fez parte da mesma controvérsia envolvendo a descoberta do Rf. Houve várias propostas de nomes, sendo ele inicialmente chamado de nielsbóhrio (Ns) pelos soviéticos, em homenagem a Niels Bohr (1885-1962), ou hahnium pelos americanos em honra de Otto Hahn. Em 1997 a IUPAC chegou a um consenso em relação aos elementos de número atômico 104 a 106. O novo elemento 105 recebeu o nome de dúbnio em referência à cidade russa onde se localiza o Joint Institute for Nuclear Research. ⁷⁸

A descoberta do seabórgio (Sg, Z=106) foi anunciada em 1970 por Ghiorso, sendo confirmada apenas em 1974, como produto da reação nuclear entre ²⁴⁹Cf e ¹⁸O. Nesse ano os soviéticos de Dubna, liderados por Yuri Tsolakovich Oganessian (1933- ), também anunciaram sua preparação, o que manteve a disputa com os americanos. A sugestão do nome searbórgio foi feita pelos americanos, em homenagem a Seaborg, sendo apenas ratificada pela IUPAC em 1997, que creditou sua descoberta a ambos os grupos. ⁷⁹ Até essa data adotou-se o padrão de nomenclatura de novos elementos químicos, chamando-o de unnilhexio. ⁸⁰

A preparação de novos elementos artificiais na década de 1980 foi marcada positivamente pelo surgimento de grupos de pesquisas em física ou química nuclear fora dos Estados Unidos da América ou da União Soviética. O bóhrio (Bh, Z = 107) havia sido anunciado pelo grupo de pesquisa de Dubna em 1976, liderado por Oganessian, como resultado da reação nuclear entre ²⁰⁹Bi e ⁵⁴Cr ou entre ²⁰⁸Pb com ⁵⁵Mn. O mesmo elemento foi anunciado em 1981 pela Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) (hoje Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung), em Darmstadt, na Alemanha, liderados por Peter Armbruster (1931- ) e Gottfried Münzenberg (1940- ). 81,82 Os alemães sugeriram o nome nielsbóhrio em 1992, em honra de Niels Bohr, nome aceito pelo grupo de Dubna. ⁸³ Em 1997 a IUPAC adotou o nome bóhrio.

Em 1978, o grupo de pesquisa de Oganessian tentou preparar o próximo elemento 108, pela fusão nuclear do ²²⁶Ra com ⁴⁸Ca, ou entre ²⁰⁸Pb com ⁵⁸Fe. Outras tentativas se seguiram em 1983 e 1984, entretanto os resultados obtidos não foram considerados conclusivos pelos próprios pesquisadores russos. ⁷⁷ Em 1984, o grupo de pesquisa alemão do GSI relatou a preparação do elemento 108, isolado ao se reproduzir a reação nuclear feita pelos soviéticos entre ²⁰⁸Pb com ⁵⁸Fe. Os resultados foram em seguida confirmados pelos pesquisadores de Dubna. ⁸⁴ Em 1994 a IUPAC recomendou o nome hahnio para esse novo elemento, em homenagem a Otto Hahn, mas em 1997 adotou-se o nome hássio (Hs), como sugerido pelos alemães, em referência à região de Hesse na Alemanha, local onde se localiza o GSI. ⁸⁵

Esse mesmo grupo de pesquisa sintetizou em 1982 o meitnério (Mt, Z=109), por reações nucleares de 209Bi com ⁵⁸Fe, cujos resultados foram confirmados três anos depois em Dubna. ⁸⁶ O nome oficial dado a este elemento foi uma merecida homenagem da IUPAC à física austríaca Lise Meitner, que descobriu, junto com Otto Hahn, a fissão nuclear e o elemento protactínio, sendo ignorada na concessão do prêmio Nobel de Química de 1944. ⁸⁷ O darmstádtio (Ds, Z=110) foi também produzido em 1994 no GSI na Alemanha por um grupo de pesquisa coordenado por Sigurd Hofmann (1944- ), a partir do bombardeamento ²⁰⁸Pb com núcleos de ⁶²Ni. Seu nome foi dado em referência à cidade alemã de Darmstadt. ⁸⁸ Experimentos semelhantes conduzidos na mesma época, mas usando núcleos de ⁶⁴Ni, levaram à formação de 9 átomos desse novo elemento. Resultados de experimentos anteriores em Dubna, com ²⁴⁴Pu e ³⁴S, e em Berkeley, com ²⁰⁹Bi e ⁵⁹Co, sugeriam a existência desse elemento (Ds), mas os resultados não foram conclusivos. A atuação de pesquisadores alemães foi fundamental para o progresso da pesquisa nuclear e para a descoberta de novos elementos químicos. Armbruster e Hoffmann realizaram em 1994 a fusão nuclear do ²⁰⁹Bi com núcleo de ⁶⁴Ni, levando à formação do roentgênio (Rg, Z=111). ⁸⁹ O nome roentgênio foi proposto pelos descobridores alemães em homenagem a Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923), pela descoberta dos raios-X, que lhe deu o primeiro prêmio Nobel de Física da História. ⁹⁰ O copernício (Cn, Z=111) foi preparado em 1996 no GSI pelo bombardeamento de ²⁰⁸Pb com ⁷⁰Zn. ⁹¹ De acordo com recomendações da IUPAC em 2009 recebeu o nome de copernício em honra a Nicolau Copérnico (1473-1543), o grande astrônomo polonês. ⁹²

Grupos de pesquisas do GSI contribuíram entre 1998-2003 com a descoberta do nihônio (Nh, Z=113), por fusão nuclear de ²⁰⁹Bi com ⁷⁰Zn. Nesse mesmo período grupo de pesquisa em Dubna, agora composto por americanos e russos, fez reação semelhante entre ²⁴⁴Pu e ⁴⁸Ca. Obteve-se nesse experimento o elemento de Z= 114, cujo decaimento imediato formou 1 átomo do elemento de Z = 113. Infelizmente, experimentos posteriores não reproduziram esses resultados. Em 2003 o mesmo grupo de Dubna relatou a formação desse novo elemento, fruto indireto da fusão nuclear de ²⁴³Am e ⁴⁸Ca. Finalmente, em 2004 pesquisadores japoneses do Riken, um centro de pesquisa na cidade de Wakõ, liderados por Kōsuke Morita (1957- ) e Hiroshi Matsumoto (1942- ), obtiveram-no diretamente da reação nuclear entre ²⁰⁹Bi e ⁷⁰Zn. Esses resultados foram confirmados por pesquisadores de diferentes países, EUA, Alemanha, Suécia e China. Pesquisas posteriores confirmaram a existência desse elemento, levando a IUPAC, em 2016, creditar aos japoneses o mérito da descoberta. O nome nihônio dado posteriormente, vem de Nihon, nome do Japão em japonês. ⁹³ No Ocidente o nome do país é às vezes grafado como Nipon, donde se ter observado também a grafia nipônio para o elemento 113. Como se pode verificar, a obtenção dos elementos mais pesados envolveu o esforço de vários laboratórios na preparação e na identificação dessas espécies bastante fugazes.

Os experimentos nucleares com vários elementos levaram não só à preparação do fleróvio (Fl, Z=114) mas dos elementos com Z=113 e 115. Tendo sido reconhecido em 1998, a descoberta do Fl foi atribuída ao grupo de pesquisa de Dubna, conduzido por Oganessian pelo bombardeamento de ²⁴⁴Pu e ⁴⁸Ca, resultados confirmados em 1999. O elemento 114 recebeu da IUPAC o nome fleróvio em homenagem a Flerov, um dos fundadores e coordenador do centro de pesquisa de Dubna durante muitos anos. ⁹⁴ Logo em seguida, a fusão nuclear entre ²⁴³Am e ⁴⁸Ca levou à preparação do moscóvio (Mc, Z=115). ⁹⁵ Os resultados anunciados foram confirmados pelos pesquisadores do GSI na Alemanha e da Universidade de Lund na Suécia. O nome moscóvio foi dado em homenagem à região de Moscou, onde se localiza o Joint Institute for Nuclear Research.

Apesar dos esforços de pesquisadores americanos, russos ou alemães, nas décadas de 1980 e 90 em preparar o elemento de número atômico de Z=116 (Lv, Z=116), ele foi finalmente obtido em Dubna em 2000 em colaboração com americanos do Lawrence Livermore National Laboratory, usando o bombardeamento de alvos de ²⁴⁸Cm com feixes de ⁴⁸Ca. ⁹⁶ Experimentos ocorridos entre 2000 e 2006, realizados por russos, americanos, alemães e japoneses confirmaram os resultados. O nome definitivo foi dado em 2011 em homenagem à cidade americana de Livermore, onde se localiza esse importante centro de pesquisas nucleares. ⁷⁷

A preparação do tennesso (Ts, Z = 117) foi anunciada no ano de 2010 em Dubna, como fruto de experimentos conjuntos de fusão nuclear entre ²⁴⁹Bk e ⁴⁸Ca, conduzidos por russos e americanos. ⁹⁷ Os dados experimentais obtidos foram reproduzidos anos mais tarde. Vários institutos de pesquisa estiveram envolvidos na descoberta desse novo elemento, Joint Institute of Nuclear Research (Dubna, Rússia), Research Institute for Advanced Reactors (Dimitrovgrad, Rússia), Lawrence Livermore National Laboratory (EUA), Oak Ridge National Laboratory da Universidade Vanderbilt (EUA), GSI (Alemanha), Universidade do Tennessee, Universidade de Nevada (EUA), e Universidade de Lund (Suécia). Destacou-se o trabalho de Joseph H. Hamilton, acadêmico da Universidade Vanderbilt, apontado por Oganessian como o verdadeiro descobridor desse novo elemento. Recebeu em 2016 o nome oficial de tennessine, em inglês, dado em homenagem ao estado americano do Tennessee, onde se localizam as Universidades do Tennessee e Vanderbilt, seguido da desinência típica em inglês para os halogênios, ine.

Existe certo mistério em relação à descoberta do eka-radônio, ou o elemento 118, por se localizar na família dos gases nobres e ser o seu exemplar mais pesado. Em 1922 Niels Bohr já acreditava na existência desse elemento. Anos depois algumas de suas propriedades foram previstas por Aristid von Grosse (1905-1985), químico nuclear alemão radicado nos EUA. ⁹⁸ Ele foi finalmente obtido em 2002, em Dubna, por pesquisadores russos e americanos. Seu nome oganessônio (Og, Z=118), foi dado em honra de Oganessian, cujas contribuições na descoberta dos elementos químicos superpesados foram indiscutíveis. É mais um exemplo de elemento bastante instável, tanto é que em 2005 apenas cinco átomos do isótopo ²⁹⁴Og foram detectados. Suspeitava-se que ele fosse um "gás" em condições normais, mas devido a efeitos relativísticos acredita-se na possibilidade de que se trate de um sólido. ⁹⁹
A TABELA PERIÓDICA ATUAL
A descoberta de novos elementos, a partir dos anos 1930, começou a deixar de ser uma atividade apenas de químicos para se tornar com o tempo uma atividade tanto de químicos como de físicos de altas energias, trabalhando com fusões de elementos mais leves para obter elementos cada vez mais pesados, até chegar ao número atual de elementos conhecidos, 118, como foi mostrado no texto e pode ser visto na Tabela Periódica moderna, dada na Figura 21.

Figura 21. Versão atual da Tabela Periódica IUPAC/SBQ, com 118 elementos

No dia 13 de julho de 2017, durante a Reunião da IUPAC que coincidiu com a 40 a Reunião da Sociedade Brasileira de Química, em São Paulo, a IUPAC ratificou os nomes em inglês de quatro novos elementos químicos, que já estavam em uso desde janeiro de 2016, que são, em português, o nipônio (Z=113), o moscóvio (Z=115), o tennesso (Z=117) e o oganessônio (Z=118). ¹⁰⁰ É curioso lembrar que o elemento 117 é um halogênio. Quanto ao elemento 118, trata-se de um homólogo dos gases nobres, mesmo que seja líquido ou sólido, como se especula. Em Portugal, a Academia das Ciências de Lisboa (ACL) recomendara o nome oganésson (sem a desinência io) em coerência com as terminações dos outros gases nobres naquele país, mas o nome acabou unificado como oganessônio por meio do Livro Verde da IUPAC, acordado pelos dois países.
CONCLUSÃO
Para finalizar, gostaríamos de enfatizar que aquilo que se sumarizou no Abstract apresentado no início deste texto foi exatamente o que foi perseguido ao longo de todo o artigo, isto é, a aventura da Tabela Periódica pode ser comparada aos dois sentidos de uma larga avenida. No primeiro sentido, a descoberta de elementos levou à necessidade de buscar as relações porventura existentes entre eles, o que foi conseguido depois de já ser conhecido um número razoável deles, ao tempo de Mendeleev. Uma vez estabelecida a Tabela Periódica, foi ela, por sua vez, que propiciou o tráfego no sentido oposto da avenida, isto é, a busca por preencher suas lacunas serviu de linha diretriz para a pesquisa por elementos ainda não conhecidos.
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem aos anônimos revisores deste artigo, que, de forma percuciente e detalhada, analisaram todos os aspectos envolvidos no texto e fizeram inúmeras sugestões valiosas que só o enriqueceram. Um agradecimento especial é devido ao Prof. Romeu Cardoso Rocha Filho por inúmeras sugestões importantes.
REFERÊNCIAS E NOTAS
2. Raymond, R.; Out of the Fiery Furnace - The Impact of Metals on the History of Mankind, The Pennsylvania State University Press, University Park, 1986, pp. 54-55.

3. Id, ibid., pp. 61-62.

4. Ercker, L.; Aula Subterranea, alias Probier Buch Herrn Lazari Erckers, Frankfurt, 1673.

5. Bíblia de Mogúncia; Fust, J., Schoeffer, P., eds.; 1462, 2 volumes, Fundação Biblioteca Nacional.

6. Basilius Valentinus, atrib., Triumphant Chariot of Antimony, London, 1678, edição moderna por Kelly, L. G., ed.; Garland Publishing: New York, 1990.

7. Mendes, J. A.; Governo de Mineiros mui necessário para os que vivem distantes de professores seis, oito, dez e mais léguas, padecendo por esta causa os seus domésticos e escravos queixas que pela dilação dos remédios se fazem incuráveis, e as mais das vezes mortais, Lisboa, 1770; transcrição anotada por Filgueiras, C. A. L., Arquivo Público Mineiro, 2012.

8. Weeks, M. E.; Leicester, H. M.; Discovery of the Elements, Journal of Chemical Education, 7 th ed., Easton, 1968, pp. 110-130.

9. Lavoisier, A. L.; Traité Élémentaire de Chimie, Paris, 1789, Tableau des Substances Simples, Tome Premier, p. 192.

10. Retrato de Lavoisier, desenhado por Jacques-Louis David e gravado por sua mulher Marie-Anne Pierrette Paulze Lavoisier. Oeuvres de Lavoisier, Imprimerie Impériale, Paris, tome premier, 1864.

11. Weeks, M. E.; Leicester, H. M.; Discovery of the Elements, Journal of Chemical Education, 7 th ed., Easton, 1968, pp. 351-369.

12. Partington, J. R.; A History of Chemistry, 4 vols, reimpressão, St. Martin's Press: New York, 2000, vol. 3, p. 213.

13. Ihde, A. J.; The Development of Modern Chemistry, Harper & Row: New York, 1970, pp. 231-235.

14. Ihde, A. J.; The Development of Modern Chemistry, Harper & Row: New York, 1970, p. 373.

15. Ihde, A. J.; The Development of Modern Chemistry, Harper & Row: New York, 1970, p. 236.

16. Ihde, A. J.; The Development of Modern Chemistry, Harper & Row: New York, 1970, pp. 238.

17. https://petiteshistoiresdessciences.wordpress.com/2015/04/17/la-classification-periodique, acessado em junho de 2019.

18. Partington, J. R.; op. cit., vol. 4, p.887.

19. Partington, J. R.; op. cit., p. 888.

20. Partington, J. R.; op. cit., p. 891, diz que, ao assinar o livro de visitas da Royal Society, ele escreveu seu nome como Mendeleeff.

21. Partington, J. R.; op. cit., p. 892.

23. Cannizzaro, S.; Sunto di um Corso di Filosofia Chimica, Genova, 1858.

24. Meyer, L.; Les Théories Modernes de la Chimie et Leur Application á la Mécanique Chimique, 2 vols., Georges Carré, Paris, 1887-1889.

25. Mendeleev, D. I.; Osnovy Khimii ( Princípios de Química), São Petersburgo, 1869.

27. Mendeleev, D.; Annalen der Chemie und Pharmazie, VIII Supplementband, Leipzig und Heidelberg, 1872, 133.

28. Partington, J. R.; op. cit., vol. 4., p. 891.

30. Partington, J. R.; op. cit., vol. 4., p. 895.

32. Filgueiras, C. A. L.; Origens da Química no Brasil, Editora da Unicamp: Campinas, 2015, pp. 360-362.

33. Fontani, M., Costa, M., Oma, M. V.; The Lost Elements: The Periodic Table's Shadow Side, Oxford University Press: Oxford, 2014, p. 136.

34. Lecoq de Boisbaudran, P.-É.; Comptes Rendus 1879, LXXXIX, 516.

35. Soret, J.-L.; Comptes Rendus 1879, LXXXIX, 521.

36. Ihde, A. J.; op. cit., p. 369-374.

37. Idem, p. 490.

38. Greenwood, N. N.; Earnshaw, A.; Chemistry of the Elements, Pergamon Press, Oxford, 1986, p. 1047.

39. Cohen, E.; Jacobus Henricus van'Hoff, sein Leben und Wirken, Akademische Verlagsgesellschaft m.b.H, Leipzig, 1912, p. 424.

41. Emsley, J.; Nature's Building Blocks - an A-Z guide to the elements, OUP: Oxford, 2001, pp. 343-346.

42. Weeks, M. E.; Leicester, H. M.; op. cit., pp. 667-699.

45. Marinsky, J. A., Glendenin, L. E.; Manhattan Project Report CN-2809 (abril 1945) e CC-2829 (junho 1945).

46. Marinsky, J. A., Glendenin, L. E., Coryell, C. D.; J. Am. Chem. Soc. 1947, 69, 2781. Mais tarde o tempo de meia-vida do promécio foi redeterminado como 53,1 horas: Heiserman, D. L.; Exploring Chemical Elements and their Compounds, TAB Books: New York, 1992, p. 223.

48. Trifonov, D. N., Trifonov, V. D.; Chemical Elements - How they were discovered, Mir Publishers: Moscow, 1982, p. 126.

51. Laing, M.; Found. Chem. 2005, 7, 203.

54. Partington, J. R.; op. cit., vol. 4., p. 938.

55. Emsley, J.; The Elements, Clarendon Press: Oxford, 1991, p. 199.

56. Partington, J. R.; op. cit., vol. 4., p. 951.

57. Emsley, J.; op. cit., pp. 160-161.

58. https://en.wikipedia.org/wiki/Francium, acessado em junho de 2019.

59. Ihde, A. J.; op. cit., pp. 374-379.

60. Ihde, A. J.; op. cit., pp. 590-591.

61. Ihde, A. J.; op. cit., p. 486.

63. Ihde, A. J.; op. cit., pp. 493-494.

64. Ihde, A. J.; op. cit., p. 509.

65. Ihde, A. J.; op. cit., pp. 517-518.

66. Laboratório fundado em 1931 por Ernest Lawrence, criador do importante equipamento cíclotron. Localiza-se na Universidade da Califórnia em Berkeley, EUA. Ao longo dos anos seus pesquisadores colaboraram direta ou indiretamente com a descoberta de vários elementos químicos transurânicos e superpesados. Doze de seus pesquisadores foram agraciados com o prêmio Nobel em Química ou em Física.

67. L'Annunziata, M. F.; Radioactivity: Introduction and History, Elsevier Science: Amsterdam, 2007, p. 2.

68. Wilson, S. Em Theoretical chemistry and physics of heavy and superheavy elements; Kaldor, U., Wilson, S., eds.; Springer: New York, 2003, cap. 1.

69. Esse instituto de pesquisa iniciou suas atividades em 1956 na ex-União Soviética, dois anos após a criação do CERN.

71. Emsley, J.; op. cit., pp. 324-329.

73. Seaborg, G. T.; US3156523A, 1946.

74. Thompson, S.; Ghiorso, A.; Seaborg, G.; Phys. Rev. 1950, 80, 781.

75. Ghiorso, A.; Chem. Eng. News. 2003, 81, 174.

95. Oganessian, Y. T.; Utyonkoy, V. K.; Lobanov, Y. V.; Abdullin, F. S.; Polyakov, A. N.; Shirokovsky, I. V.; Tsyganov, Y. S.; Gulbekian, G. G.; Bogomolov, S. L.; Mezentsev, A. N.; Iliev, S.; Subbotin, V. G.; Sukhov, A. M.; Voinov, A. A.; Buklanov, G. V.; Subotic, K.; Zagrebaev, V. I.; Itkis, M. G.; Patin, J. B.; Moody, K. J.; Wild, J. F.; Stoyer, M. A.; Stoyer, N. J.; Shaughnessy, D. A.; Kenneally, J. M.; Lougheed, R. W.; Phys. Rev. C., 2004, 69, 021601.

98. Grosse, A. V.; J. Inorg. Nucl. Chem. 1964, 26, 1801.

100. Connely, N. G.; Damhus, T.; Hartshorn, R. M.; Hutton, A. T.; Nomenclatura de Química Inorgânica - Recomendações da IUPAC de 2005, IST Press: Lisboa, 2017.

# data[].attributes.attachment_link.title
Química Nova- Origens e consequências da tabela periódica, a mais concisa enciclopédia criada pelo ser humanoOrigins and consequences of the periodic table, the most concise encyclopedia created by mankind

# data[].attributes.attachment_link.description
Geraldo M. de Lima; Luiz C. A. Barbosa; Carlos A. L. Filgueiras * Departamento de Química, Instituto de Ciências Exatas, Universidade Federal de Minas Gerais, 31270-901 Belo Horizonte - MG, Brasil Recebido em 06/06/2019 Aceito em 05/07/2019 Publicado na web em 04/11/2019 Endereço para correspondência *e-mail: calfilgueiras@gmail.com RESUMO The slow process of the discovery of the elements led to a need to investigate their relations with one another; this was the path, which ultimately produced Mendeleev's classification, the ancestor of the present Periodic Table.

# data[].attributes.attachment_caption
Química Nova na Escola. Vol. 41, Nº 2, Maio de 2019. Sesquicentenário da Tabela Periódica de Mendeleev.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Em 2019 são comemorados 150 anos da publicação da primeira Tabela Periódica dos elementos químicos por Dmitri Mendeleev (1834-1907). Para celebrar essa data, a ONU declarou 2019 como o Ano Internacional da Tabela Periódica (https://www.iypt2019.org/). Trata-se de uma ótima ocasião para se divulgar o conhecimento químico expresso pela Tabela e promover eventos que contribuam para popularizar a Química, como ocorreu no recente Ano Internacional da Química (2011). Embora o interesse seja motivado pelo número redondo do aniversário, é importante lembrar que a Tabela Periódica não foi criada em um dia específico. Um relato com características fantásticas, que pode ser encontrado em certas obras de divulgação da Química, conta que, em 17 de fevereiro de 1869, após um longo dia de trabalho tentando classificar os elementos químicos com o auxílio de cartões em que anotara seus símbolos e propriedades, Mendeleev adormeceu em sua mesa de trabalho. Sonhou então com a Tabela Periódica e, ao acordar, anotou-a imediatamente em um papel. Esse fantasioso relato não contribui para a compreensão do processo de construção da ciência. Em seu esforço para chegar a uma classificação, Mendeleev trabalhou durante anos na sistematização do conhecimento sobre os elementos químicos disponível em sua época, e seus esforços foram precedidos pelos de diversos outros estudiosos. É preciso também levar em consideração que a classificação periódica requer uma concepção de elemento químico que a torne possível - e isso passou pela definição de elemento como substância simples por Antoine Lavoisier (1743-1794) no final do século XVIII, e pela associação dessa ideia com o conceito de massas atômicas relativas, feita por John Dalton (1766-1844) no início do século seguinte. Também foi importante o desenvolvimento da pilha eletroquímica nessa época, o que possibilitou o isolamento de diversos elementos químicos. Já em 1820, Johannes Döbereiner (1780-1849) observou relações quantitativas entre as massas atômicas de tríades de elementos químicos com propriedades semelhantes (como cálcio, estrôncio e bário, por exemplo). Nas décadas seguintes, outros estudiosos propuseram formas de classificar os elementos químicos conhecidos levando em conta suas propriedades, entre os quais se pode citar Leopold Gmelin (1788-1853), William Odling (1829-1921), John Newlands (1837-1898), Alexandre Chancourtois (1820-1886) e Julius Lothar Meyer (1830-1895). Assim, a criação da Tabela Periódica pode constituir um bom exemplo para mostrar aos estudantes o caráter coletivo da ciência. Vale lembrar que Mendeleev desenvolveu seu trabalho na Universidade de São Petersburgo, o que exemplifica a fundamental importância das instituições universitárias para o desenvolvimento científico, tecnológico e cultural de uma nação.

Além disso, é relevante destacar, em contextos didáticos, que a história da Tabela Periódica não termina como um triunfo incontestável de Mendeleev. Diversas questões se apresentaram como desafios à classificação proposta, tais como as decorrentes da descoberta da radioatividade, de elementos que não se "encaixavam" na Tabela (como ocorreu com o argônio, até que fosse inserido um grupo inteiramente novo na Tabela), ou da dificuldade de classificar as então chamadas "terras raras". Tais desafios foram sendo superados com as contribuições de muitos outros cientistas. Um ponto marcante foram as contribuições teóricas de Antonius van den Broek (1870-1926) e experimentais de Henry Moseley (1887-1915), com as quais o número atômico passou a substituir a massa atômica como critério para o ordenamento dos elementos na Tabela Periódica. É possível ilustrar, assim, como o conhecimento científico não surge pronto e acabado como grandes feitos dos "gênios", mas está sujeito continuamente a críticas, elaborações e reformulações. Não resulta, portanto, de revelações em sonhos ou adivinhações inspiradas, mas do trabalho cotidiano, diligente e criativo de milhares de cientistas no mundo inteiro. Se compreenderem essa imagem, talvez nossos estudantes passem a ver a ciência como um campo de atuação profissional no qual eles também podem vir a atuar e a contribuir para o desenvolvimento da sociedade brasileira, ajudando a substituir a ignorância e a credulidade por pensamento crítico e autônomo.

Esperamos que o leitor encontre, nos artigos que constituem este número de Química Nova na Escola, outros motivos de inspiração para sua atuação profissional na educação básica ou superior. Reflexões sobre a necessária renovação na formação de professores de química podem ser encontradas em três artigos: "O Jornal da Química como etapa inicial de abordagem problematizadora: proposta para ensino e formação de professores" (p. 139); "Saberes docentes compartilhados durante o estágio supervisionado: uma experiência com licenciandos em Química" (p. 156); e "Interfaces disciplinares no ensino de ciências: uma perspectiva docente" (p. 200). Contribuições para a temática da educação inclusiva também estão presentes nos artigos "Ensino de Química e codocência: interdependência docente/tradutor e intérprete de Língua de Sinais" (p. 162) e "Compreensões sobre a cegueira e as atividades experimentais no ensino de Química: quais as relações possíveis?" (p. 190). Diferentes metodologias para o ensino de Química são propostas e analisadas nos artigos "Produção de sabão no assentamento rural Monte Alegre: aspectos didáticos, sociais e ambientais" (p. 124); "Construção de objetos de aprendizagem para o ensino de Química" (p. 133); e "O método de estudo de caso como alternativa para o ensino de Química: um olhar para o Ensino Médio noturno" (p. 171). O uso da linguagem científica por estudantes do Ensino Médio é investigado em "Aprendizagem dos conceitos de ácidos e bases em um estudo sobre a linguagem" (p. 179). A transposição do conhecimento científico para os livros didáticos de Química é o foco do artigo "O conhecimento escolar: um estudo do tema Diagrama de Linus Pauling em livros didáticos de Química - 1960/1970" (p. 148).

Que essa variedade de assuntos e abordagens seja proveitosa para todos nossos leitores!

# data[].attributes.attachment_link.description
Em 2019 são comemorados 150 anos da publicação da primeira Tabela Periódica dos elementos químicos por Dmitri Mendeleev (1834-1907). Para celebrar essa data, a ONU declarou 2019 como o Ano Internacional da Tabela Periódica (https://www.iypt2019.org/).

# data[].attributes.attachment_caption
Análise da abordagem histórica para a tabela periódica em livros de química geral para o ensino superior usados no Brasil no século XX

# data[].attributes.attachment_caption
Ligações Químicas: Ligação Iônica, Covalente e Metálica

# data[].attributes.attachment_caption
Concepções dos Estudantes sobre Ligação Química

# data[].attributes.attachment_caption
Química Nova -  Regra do Octeto e Teoria da Ligação Química no Ensino Médio: Dogma ou Ciência?

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Título: Desvendando um caso: Quando estudantes se tornam personagens de uma história na disciplina de química orgânica experimental

Autores: Amanda Silva de Miranda; Roberta Guimarães Corrêa; Ana Luiza de Quadros*
Clique para visualizar o artigo

Escolha do Editor - Outubro 2022

Desvendando um caso: Quando estudantes se tornam personagens de uma história na disciplina de química orgânica experimental
Clique aqui

Prêmio Química Nova para Jovens Autores 2023 - Prazo de Inscrições até 06/04/2023 . Mais informações clique aqui.

Educação

Regra do Octeto e Teoria da Ligação Química no Ensino Médio: Dogma ou Ciência?
Regra do Octeto e Teoria da Ligação Química no Ensino Médio: Dogma ou Ciência?

Eduardo F. Mortimer, Gerson Mol e Lucienir P. Duarte

On-line version ISSN 1678-7064 Printed version ISSN 0100-4042
Química Nova
Publicações da Sociedade Brasileira de Química
Caixa Postal: 26037 05513-970 São Paulo - SP
Tel/Fax: +55.11.3032.2299/+55.11.3814.3602
Free access

GN1

# data[].attributes.attachment_link.title
Química Nova- Regra do Octeto e Teoria da Ligação Química no Ensino Médio: Dogma ou Ciência?Regra do Octeto e Teoria da Ligação Química no Ensino Médio: Dogma ou Ciência?

# data[].attributes.attachment_link.description
Título: Desvendando um caso: Quando estudantes se tornam personagens de uma história na disciplina de química orgânica experimental Autores: Amanda Silva de Miranda; Roberta Guimarães Corrêa; Ana Luiza de Quadros* Clique para visualizar o artigo Escolha do Editor - Outubro 2022 Desvendando um caso: Quando estudantes se tornam personagens de uma história na disciplina de química orgânica experimental Clique aqui Prêmio Química Nova para Jovens Autores 2023 - Prazo de Inscrições até 06/04/2023 .

# data[].attributes.attachment_caption
Abordando soluções em sala de aula - uma experiência de ensino a partir das ideias dos alunos

# data[].attributes.attachment_caption
Dificuldades de aprendizagem do conteúdo de soluções: proposta de ensino contextualizada

# data[].attributes.attachment_caption
Pensando e Falando sobre Fenômenos Químicos

# data[].attributes.attachment_caption
Reações químicas: fenômeno, transformação e representação

# data[].attributes.attachment_caption
Transformações: concepções de estudantes sobre reações químicas

# data[].attributes.attachment_caption
Reações de oxi-redução e suas diferentes abordagens

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
acid-base theories; "good" theories; history and philosophy of chemistry

EDUCAÇÃO

O ensino de aspectos históricos e filosóficos da Química e as teorias ácido-base do século XX.

Aécio Pereira Chagas

Instituto de Química - Unicamp - CP 6154 - 13083-970 - Campinas - SP

e-mail: aecio@iqm.unicamp.br

Recebido em 4/12/98; aceito em 5/4/99

The teaching of historical and philosophical aspects of chemistry and the XX century's acid-base theories. In this paper, an overview about philosophy of science, the concept of "theory" and some characteristics of a"good"theory (1- ordination and explanation of the facts, 2- proposal of problems, and 3- simplicity and funcionality) are initialy introduced. Following, some historical landmarks of acidity and basicity and a summary of the main acid-base theories of the XX century (Arrhenius, solvent systems, protonic, electronic, Lux, Usanovich and ionotropic) are presented. Historical and conceptual relations between these theories are discussed and the three characteristics of a "good" theory are applied. The results showed that the protonic and eletronic theories are the "best". Some discussion of the implications to chemical education are presented too.

Keywords: acid-base theories; "good" theories; history and philosophy of chemistry.

INTRODUÇÃO

Uma tendência atual, no ensino da Química, tem sido a de enfatizar aos estudantes os aspectos sociais, num amplo sentido, associados ao desenvolvimento e aplicações desta Ciência. E aqui se inclui obviamente a História da Química. Independentemente de qualquer crítica que se possa fazer a esta tendência, não tem havido uma boa compreensão da mesma, e quando há, nem sempre a prática corresponde à proposta. Há por parte dos professores uma grande dificuldade em se lidar com a História da Química, o que é compreensível, pois, como se costuma dizer: "História da Química é mais difícil que Química". Entretanto, parte da dificuldade é devido aos assuntos que são escolhidos, muitas vezes relacionados com o desenvolvimento dos aspectos relativos à estrutura nuclear e eletrônica dos átomos, temas mais complexos do ponto de vista histórico.

Neste artigo pretende-se mostrar que há um outro tema histórico que pode ser apresentado aos estudantes sem grandes dificuldades: é o desenvolvimento das teorias ácido-base no século XX.

Além do lado histórico, é interessante que se discuta também alguns aspectos da disciplina denominada Filosofia da Ciência, que procura estudar as Ciências em seus aspectos filosóficos: lógico, epistemológico, estético, ético etc.. A Filosofia da Ciência procura também determinar se um dado conhecimento pode ser considerado científico ou não. Esta questão, que está longe de ser resolvida satisfatoriamente, é muito importante, face ao marcante impacto das ciências nas atividades humanas nos últimos duzentos anos. É comum ver na mídia expressões do tipo: "...foi cientificamente provado que o creme dental X combate as cáries..".. Da mesma forma como se apela aos recônditos desejos humanos do sexo, do poder etc., para se incrementar o consumo de alguma coisa, apela-se também para a Ciência, tendo em vista justamente sua importância adquirida nestes últimos tempos. Isto por si só já justifica o estudo da Filosofia da Ciência.

Para se procurar uma caraterização da Ciência, a Filosofia utilizou (e utiliza) muito da História da Ciência, procurando analisar a produção do conhecimento tido como científico e verificar o que ele tem de comum e no que ele difere de outros tipos de conhecimento. Esta análise, de caráter mais lógico e epistemológico, acabou por mostrar que não existe propriamente alguma coisa que se pode chamar de "método científico", comum às Ciências maduras (Física, Química e Biologia), e mostrou, por outro lado, a importância das teorias na gênese deste conhecimento.

Esta importância epistemológica das teorias é um dos raros pontos de consenso entre os filósofos da ciência. Por teoria entende-se aqui, em uma primeira aproximação, um conjunto de conhecimentos devidamente organizados que procura ordenar, unificar, explicar, interpretar etc., um certo domínio de fenômenos ou acontecimentos. Na realidade a teoria é alguma coisa nova, qualitativamente diferente do simples arranjar desses fatos.

Porém, os filósofos da Ciência ainda estão longe de um consenso na maioria dos outros pontos. De algumas décadas para cá, surgiu também uma abordagem diferente, denominada "sociológica", que procura caracterizar também a Ciência como uma atividade humana, estudando a gênese do conhecimento através das relações entre aqueles que são reconhecidamente considerados "cientistas" pela sociedade, a estrutura dos grupos que estes formam etc. Parece que a abordagem conjunta destes vários aspectos, filosóficos e sociológicos, tem sido a mais promissora, quando eles convergem, para a caracterização da Ciência.

Esta parte da caracterização da Ciência, em geral, não será desenvolvida neste artigo. Para mais detalhes o leitor pode consultar as referências citadas, que foram selecionadas menos pela sua abrangência, mais por ser, em sua maioria, em língua portuguesa e portanto mais fácil de ser encontradas em bibliotecas e livrarias ¹⁻⁴.

Voltando-se à questão do creme dental e partindo-se do princípio de que o mesmo foi realmente testado no combate às cáries, estes testes podem ser considerados científicos ou não. Que critérios se pode adotar para tal? A resposta a esta questão passa pela caracterização do que é um conhecimento científico. Como já foi dito isto não é uma tarefa fácil e no presente caso qualquer tentativa de resposta é inócua, uma vez que não sabemos realmente como foram feitos os testes. No entanto uma anedota serve para o leitor pensar no assunto: Um certo cientista realizava, em seu laboratório, experiências com aranhas. Tomou de uma delas, colocou-a sobre a mesa e disse em bom tom: "Anda". E a aranha saiu andando. Pegou-a, cortou uma de suas pernas e colocou-a de novo sobre a mesa e tornou a dizer: "Anda". E a aranha saiu andando, meio mancando. Procedeu da mesma maneira com a segunda perna, com a terceira, até a sétima, sendo que a aranha ainda conseguia mover-se. Após cortar a oitava disse mais uma vez: "Anda". E a aranha não andou. Concluiu então: " Aranha sem pernas não ouve". Os aracnologistas dizem que as pernas das aranhas são realmente sensores de vibrações muito sensíveis. Obviamente há alguma diferença entre sentir vibrações, e ouvir. Principalmente em ouvir um imperativo como "anda". Muitas "pesquisas científicas" são como esta, às vezes publicadas em revista de prestígio internacional, e até divulgadas pela mídia.

CARACTERÍSTICAS DE UMA "BOA TEORIA"

Mencionou-se acima a importância das teorias na Ciência. Como porém elas se comportam do ponto de vista do desenvolvimento histórico? A Ciência tem um caráter progressivo e as teorias vão se sucedendo, as "velhas" dando lugar às "novas". Costuma-se dizer que uma teoria ruim é suplantada por uma teoria boa. Como se realiza este processo? Quando uma teoria é aceita por uma comunidade de cientistas? Em outras palavras, quando uma teoria é "boa" ou "ruim"? As características de uma boa teoria é o que se pretende mostrar aqui, neste artigo, e obviamente a teoria que não satisfizer estes critérios será uma teoria ruim.

As idéias aqui apresentadas são uma síntese de várias visões sobre este assunto, existentes na literatura, e procurou-se realçar mais o aspecto didático, na História da Química, que propriamente o aspecto filosófico, apresentando-se uma visão esquemática e parcial do tema.

Pode-se considerar que uma teoria é "boa" quando satisfaz a três características:

C-1. Ordena e explica os fatos de seu domínio. Uma teoria tem dois aspectos. Um deles meio oculto, não explicitado, que considera um conjunto de fatos e não outros. É como se fosse um critério de classificação, separando de todos os acontecimentos que se sucedem, aqueles que vão interessar. Muitas concepções já estão na base deste aspecto, permitindo que um dado fato seja visto de uma determinada maneira e não de outras. O outro aspecto da teoria é o mais explícito, mais evidente, mais racional inclusive, que procura inicialmente classificar, ordenar os fatos de seu domínio (aqueles previamente selecionados), de acordo com critérios definidos, claros, e estes critérios muitas vezes se confundem com um corpo de princípios que compõe a própria teoria. Após deixar bem claro e mapeado o domínio dos fatos tratados, a teoria procura então explicar os fatos através de algum esquema, mecanismo, modelo, metáfora etc. Não vamos detalhar o significado disto, o que não importa no momento. O que importa é que a teoria possa explicar, mostrar racionalmente uma relação de causa e efeito entre as entidades ou conceitos relativos aos fatos que ela ordenou em seu próprio domínio.

C-2. Propõe problemas. Como a Ciência é progressiva, está sempre crescendo, uma boa teoria deve contribuir para isto, alimentando os cientistas com problemas que possam ser resolvidos em seu âmbito. Por exemplo, a teoria atômica proposta por Dalton, considerava que as relações entre as massas dos elementos encontradas na análise química eram também as relações entre os pesos atômicos. A determinação acurada destes foi um dos problema mais importantes na Química do século XIX. Dentre os problemas que uma teoria pode propor, um tipo muito importante são aqueles que estão prevendo fatos novos, no âmbito da própria teoria, é claro. São as chamadas previsões. Estes fatos, quando encontrados, não apenas contribuem para este lado progressivo, mas corroboram, testificam a teoria. Muitos acham que este poder de previsão é uma das maiores forças da Ciência. Por exemplo, quando Mendeleiev apresentou sua Classificação Periódica, ele previu, com base na mesma, a existência de três novos elementos e sua posterior descoberta mostrou a importância e a certeza da Classificação.

C-3. Ser prática, simples, funcional. As teorias são para serem usadas. Se elas não atenderem a estas características não serão usadas para explicar, para resolver problemas, para prever. Elas também devem utilizar conceitos condizentes com sua época. Explicações "avançadas" para o seu tempo não têm utilidade. Por outro lado, muitas teorias já foram abandonadas por não explicarem satisfatoriamente os fatos de seu domínio, porém sua linguagem, seu esquema de raciocínio ainda permanecem em uso devido a esta funcionalidade. Por exemplo, a teoria do calórico, ou seja, a teoria que considera o calor como um fluido imponderável que se transfere para os corpos com diferentes temperaturas, foi abandonada após a primeira metade do século XIX. No entanto as equações de Fourier, concebidas dentro desta teoria e que permitem cálculos de transferência de calor, estão em uso e, em Nutrição, a concepção das "calorias ingeridas nos alimentos, e que são queimadas", ainda é de uso corrente. No vocabulário químico há palavras da época medieval: pureza, sublimação etc. (ver o item Origem de Alguns Termos e Alguns Fatos Históricos Importantes).

Outras características podem ser acrescentadas, porém, como já foi mencionado, não é nosso intento fazer uma "teoria das teorias", mas apenas fornecer um esquema didático para ser utilizado por professores e estudantes.

Enquanto uma teoria for "boa", ou seja, satisfizer as características acima, ela permanece em uso, podendo ser deixada de lado quando estas características tendem a diminuir. A maneira como uma teoria é apresentada e divulgada é também importante, principalmente por sua presença nos textos didáticos. O "polimento" dado à mesma pelos professores, geralmente contribui para um aumento de C-3. Vale a pena lembrar uma afirmação de Einstein: "A marcha da Ciência é mais determinada pelos autores dos livros didáticos que pelo trabalho daqueles que ganharam o prêmio Nobel" ⁵.

AS TEORIAS ÁCIDO-BASE: O QUE SIGNIFICAM

Como será visto mais adiante, o que se pode chamar de comportamento ácido-base foi reconhecido há muito tempo. Desde que isto ocorreu os químicos têm elaborado teorias que procuram explicar este comportamento. Essas teorias procuram definir o que seja um ácido e uma base e como reagem, além de outros aspectos que podem ser considerados secundários. O interessante é que atualmente, segundo algumas teorias, grande parte das substâncias conhecidas apresentam este comportamento, o que torna o tema interessante e fundamental também para o estudo da Química. Do ponto de vista histórico este tema, a nosso ver, apresenta as seguintes vantagens:

As partes de seu desenvolvimento, que serão destacadas, ocorreram neste século, o que traz menos dificuldades no que se refere ao entendimento do contexto cultural da época.

Tem um desenvolvimento praticamente linear com o tempo (caso raro), o que facilita muito o seu entendimento.

Pode ser correlacionada facilmente com a parte química propriamente dita, inclusive na parte experimental.

Permite discutir, com certa facilidade, o desenvolvimento das teorias científicas, inclusive nos aspectos lógicos e filosóficos, se isto for o caso.

Permite mostrar que a Química é a associação de uma teoria e uma prática, ou seja, um pensar em termos moleculares e um proceder empírico, fenomenológico, pois um mesmo fato pode ser interpretado de vários pontos de vista.

Cabe aqui também um parêntese a respeito do que estamos chamando de teorias ácido-base. Alguns autores preferem dizer definição, ao invés de teoria, pois em alguns casos tem-se definições do que seja um ácido e uma base dentro de uma teoria mais geral, como as definições de Arrhenius dentro de sua Teoria da Dissociação Eletrolítica ⁶. Estes autores não deixam de ter razão, porém a nosso ver a simples definição tornou-se algo muito mais amplo com o passar do tempo, da mesma forma como determinadas hipóteses (como a hipótese de Avogadro) acabaram até por se tornar fatos, apesar de muitos ainda continuarem utilizando o nome de batismo. Utilizaremos a denominação de teoria para englobar a definição de ácido e base e o conjunto de idéias, conceitos, procedimentos, experimentais inclusive, etc., inerentes à própria teoria. Esta visão corresponde ao conceito de teoria apresentado na Introdução deste artigo.

Serão, a seguir, apresentados: origens de alguns termos e alguns fatos importantes antes do século XX, aspectos gerais do desenvolvimento das teorias ácido-base neste século, um breve sumário de cada uma das teorias, aspectos lógicos e filosóficos das mesmas.

ORIGENS DE ALGUNS TERMOS E ALGUNS FATOS HISTÓRICOS IMPORTANTES

Alguns dos termos que se utilizam ainda hoje têm sua origem na Antiguidade:

ÁCIDO: do latim acidus, a, um, significando azedo, ácido ⁷.

ÁLCALI: do árabe al qaliy, significando cinzas vegetais ⁶.

SAL: do latim sal, salis, significando sal marinho. Para Plínio, o Velho (sec. I DC), o sal é o sólido resultante da evaporação da água, o que obviamente inclui o sal marinho, e também outros materiais que podem ser assim obtidos.

BASE: termo mais recente, introduzido pelo francês Duhamel du Monceau em 1736, sendo depois adotado e popularizado por G. F. Rouelle (1754) ⁶.

Plínio, o Velho, o célebre naturalista romano supracitado, menciona, em seus escritos, a caustificação da soda, ou seja, a reação entre o carbonato de sódio natural (conhecido por natron, e hoje denominado vulgarmente de soda ou barrilha) e a cal (hidróxido de cálcio), em solução aquosa, precipitando carbonato de cálcio e ficando uma solução de hidróxido de sódio (a vulgar soda cáustica) ⁷. A equação representativa é:

Robert Boyle, em 1664, publica, na Inglaterra, o livro " Experimental History of Colours", onde relata seu trabalho com as substâncias coloridas, cujas cores se alteram com a presença de ácidos ou álcalis. Dentre as substâncias que ele estuda estão o tornassol e o corante vermelho extraído do pau-brasil ( Brazilwood). Interessante é que Boyle apresenta, também, resultados obtidos por estudiosos do século anterior ⁸.

No século XVII, já se conhecia a reação:

ácido + álcali = sal (2)

tendo sido utilizada, por exemplo, por Glauber para preparar vários compostos ⁹.

Em 1754, Rouelle, conforme mencionado acima, começa a utilizar o termo base, significando os álcalis (Na ₂CO ₃, K ₂CO ₃, NaOH), as terras (CaO, MgO) e os metais (Fe, Zn). As terras eram também denominadas cales ou cais ( cal no singular) ⁶. Conseqüentemente passou a se ter:

ácido + base = sal (3)

W. Homberg, em 1699, realiza as primeiras tentativas de medir as quantidades relativas de ácidos e bases, porém somente em 1729, C. Geoffroy realiza a primeira titulação (soda, Na ₂CO ₃, com vários tipos de vinagre). W. Lewis, em 1767, utiliza pela primeira vez um indicador em uma titulação 6,8.

Como parte de seu Sistema do Oxigênio, que englobava também uma teoria da combustão, A. Lavoisier, em 1789, afirmava que " o oxigênio é o princípio acidificante". Em outras palavras, dizia que todo ácido deveria ter oxigênio. Entretanto, já nesta época, C. Berthollet (1787), e depois H. Davy (1810), descreveram vários ácidos que não apresentavam o oxigênio: HCN, H ₂S, HCl etc. ⁶.

É interessante destacar aqui duas afirmações feitas no século XIX:

A. Ure, em 1823: "...não há um princípio [elemento] acidificador, nem critério absoluto da escala de força entre os diferentes ácidos ... [acidez e alcalinidade dependem mais] do modo como os constituintes estão combinados que da natureza dos constituintes em si"⁶.

J. Liebig, em 1838: " ácidos são compostos de hidrogênio, nos quais o hidrogênio pode ser substituído por metais"⁶.

Estas duas posições irão permear as discussões ácido-base no século XX, a de Ure, afirmando que o comportamento ácido-base é algo dependente do modo que os elementos estão combinados, da estrutura, como se diria hoje, e a de Liebig, atribuindo a um dado elemento, o hidrogênio, este comportamento ácido-base.

O séc. XIX marca também o desenvolvimento da Teoria Molecular e este conceito de Liebig é o que prevalece. Por que prevalece este conceito e não o de Ure? Estou certo que o leitor encontrará a resposta após a leitura deste artigo.

Estes aspectos da química ácido-base foram apenas para servir de preâmbulo ao que nos interessa. Muitos aspectos históricos e químicos interessantes foram deixados de lado.

ASPECTOS GERAIS DAS TEORIAS ÁCIDO-BASE NO SÉCULO XX

O desenvolvimento das teorias ácido-base, como o das outras teorias, se fez (e se faz) no sentido de procurar sistematizar e explicar o maior número possível de fatos químicos, bem como prever novos fatos e resolver outros problemas químicos b. A primeira teoria a ser considerada é a teoria de Arrhenius (de 1887) c, que surgiu como parte da Teoria da Dissociação Eletrolítica e que abrangeu um grande número de fatos conhecidos e possibilitou o surgimento de várias linhas de pesquisa. À medida que estes novos resultados foram se acumulando, a teoria foi se mostrando incapaz de dar conta dos mesmos. Da crítica teoria de Arrhenius surgiram outras duas novas: a teoria protônica (1923) e a teoria dos sistemas solventes (1920). Estas por sua vez se desenvolveram e passaram pela mesma situação. Em 1923, Lewis apresentou a primeira proposta de sua teoria ácido-base, como parte de sua teoria do par eletrônico, criada para explicar a ligação química, que apesar de mais geral não consegue, na época, cativar a maioria dos químicos. Isto só foi possível ao ser reapresentada novamente, pelo próprio Lewis em 1938. Nesta mesma época surge a teoria de Lux (1939), interessante para sistemas envolvendo óxidos e sais fundidos, e a teoria de Usanovich (1939), que pretendeu ser uma teoria bastante geral, porém fracassou por uma série de circunstâncias. Em 1954, Lindqvist e Gutmann apresentaram a teoria ionotrópica, em que generalizaram as teorias protônicas, a do sistema solvente e a de Lux. Vamos fazer um breve resumo de cada uma delas, pois não haveria espaço para um desenvolvimento maior. O leitor interessado em maiores detalhes poderá consultar o excelente livro de Jensen ⁶.

Teoria de Arrhenius

Segundo esta teoria ácido é toda substância que em água produz íons H⁺ e base é aquela que produz OH⁻. A neutralização seria a reação entre estas duas espécies iônicas produzindo água:

Note que esta definição de ácido é semelhante à de Liebig, apesar de estarem em um contexto um pouco diferente.

Esta teoria foi muito importante, pois além de dar conta de um grande número de fenômenos já conhecidos, provocou o desenvolvimento de várias linhas de pesquisa, inclusive contribuiu muito para se estabelecer as bases científicas da Química Analítica. Mencionemos alguns fatos: aplicação da lei de ação das massas a equilíbrios iônicos e a obtenção da lei de diluição de Ostwald (Ostwald, 1887); a equação de Nernst, que relaciona a força eletromotriz das pilhas com a concentração dos íons (Nernst, 1888-9); o eletrodo de hidrogênio e a determinação da concentração de íons H⁺ (Le Blanc, 1893); o efeito tampão (Fernbach, 1900); o primeiro estudo quantitativo de um indicador (Friedenthal, 1904); determinação da constante de dissociação da água (Heydweller, 1909); o conceito de pH (Sørensen, 1909); extensão da teoria para a amônia líquida (Franklin, 1905) etc.. Apesar de todos estes avanços, desde o início a teoria mostrou-se restrita à água, sendo que em alguns casos foi possível estendê-la a outros solventes (como a amônia líquida), porém em outros não. Em sistemas sólidos, como sílica, argilas, etc., não havia possibilidade de se aplicá-la 6,10,11.

As Críticas de Werner

No período de 1895 a 1911, Alfred Werner, o fundador da Química de Coordenação, teceu uma série de críticas às teorias ácido base: a de Liebig, ainda em uso corrente e a de Arrhenius. Esta última, fora do contexto da dissociação eletrolítica, poderia ser considerada igual à definição de Liebig. Werner chamava a atenção para a semelhança funcional da neutralização com outras reações:

Werner reinterpretou o processo de neutralização, não como uma simples reação de adição, mas como uma reação de transferência, levando à formação de espécies coordenadas. As reações acima poderiam ser equacionadas como ⁶:

Teoria dos sistemas solventes

Esta teoria começou a ser desenvolvida em 1905 por E. C. Franklin, principalmente para a NH ₃ líquida, e depois por vários outros pesquisadores, por generalização da teoria de Arrhenius. Pode-se dizer que é uma obra coletiva. Considera que todo solvente sofre uma auto-ionização, gerando um cátion (ácido) e uma base (ânion):

solvente = cátion + ânion (12)

Ácido é tudo que faz aumentar a concentração do cátion característico do solvente e base é o que aumenta a concentração do ânion característico. A neutralização é a formação do solvente a partir destes cátions e ânions característicos.

Dezenas de solventes foram estudados, principalmente visando obter novas reações e novos compostos 6,12.

Teoria protônica

Foi proposta em 1923, independentemente, por G. Lewis (E.U.A.), T. Lowry (Inglaterra) e J. Brønsted (Dinamarca), no entanto foi este último um dos que mais contribuíram para o desenvolvimento da mesma. Segundo esta teoria, ácido é um doador de prótons (seria o mesmo que o íon H⁺, o núcleo do hidrogênio, porém esta denominação é melhor, pois ajuda distinguir da teoria de Arrhenius) e base um receptor de prótons. A reação de neutralização seria uma transferência de prótons entre um ácido e uma base.

AH + B = BH + A (17)

Exemplos:

(Ac = acetato). Esta teoria permitiu o desenvolvimento de estudos em sistemas fortemente ácidos (ácido sulfúrico como solvente), em sistemas sólidos, o desenvolvimento de indicadores para estes meios (Hammett, 1928); estudos de catálise ácido-base, com a respectiva equação de Brønsted (Brønsted, 1924); estudos de próton-afinidade em fase gasosa (propostas de Sherman 1932 e medições iniciadas apenas nos anos 60), etc. Apesar de alguns problemas internos, é uma teoria bastante utilizada e atual 6, 13.

Teoria de Lux

Proposta por H. Lux em 1939, é, em sua forma, semelhante à teoria protônica, considerando o ânion óxido (O ²⁻) a entidade transferida, ao invés do próton. Segundo Lux, ácido é um receptor de O ²⁻ e base, um doador. Uma reação entre um óxido ácido (CO ₂) e um óxido básico (CaO) seria uma reação de neutralização:

Mostrou-se bastante útil para tratar de reações envolvendo líquidos iônicos (sais e óxidos fundidos), reações estas que ocorrem na metalurgia, na fabricação de vidros e cerâmicas, nos sistemas geoquímicos etc. 6,13.

Teoria ionotrópica

É uma generalização da teoria protônica, dos sistemas solventes e da de Lux, proposta por Lindqvst e Gutmann em 1954. As reações ácido-base podem ser formuladas como:

base + cátion característico = ácido (23)

base = ácido + ânion característico (24)

Exemplos de cátions característicos: H⁺ (Brønsted), NH ₄⁺ (em NH ₃ líquida), SO ²⁺ (em SO ₂ líquido) etc.

Exemplos de ânions característicos: OH⁻ (em água), O ²⁻ (Lux), SO ₃ ²⁻ (em SO ₂ líquido) etc. 6,15.

Esta teoria é um "passar a limpo" das teoria anteriores. Pouco inovou em termos de gerar alguma linha de pesquisa (problemas, previsões etc.). Seus próprios autores fizeram posteriormente contribuições valiosas para o desenvolvimento da teoria eletrônica 16,17.

Teoria eletrônica

Como conseqüência de sua teoria do par eletrônico para explicar as ligações químicas, G. N. Lewis, propõe uma teoria ácido base em 1923 (juntamente com a teoria protônica). Considerava que um ácido (A) é toda espécie química capaz de receber um par eletrônico e base (B), aquela capaz de doar um par eletrônico (representado por :). De uma maneira geral:

ácido base aduto, sal etc.

O composto A:B recebe nomes diversos, conforme a circunstância: aduto, sal, complexo, complexo ácido-base, complexo doador-aceitador, etc d. A eq. 25 representa uma reação genérica de neutralização.

Exemplos de reações de neutralização:

Note que os exemplos são todas as reações anteriormente citadas, exceto a última (eq. 35) que agora é considerada uma reação ácido-base, não englobada pela teorias anteriores. O produto formado pode ser também representado por H ₃N® BF ₃ (a seta, muitas vezes utilizada, indica o sentido da doação do par eletrônico) 6,11.

Lewis não se apoiava somente em sua teoria do par eletrônico, mas também nas considerações funcionais de Werner, que considerava como reações de neutralização as reações exemplificadas nas eqs. 4 a 7. Alguns aspectos históricos da teoria do par eletrônico podem ser encontrados em Davanzo e Chagas ¹⁸ e, principalmente, nas referências citadas.

Interessa destacar que a teoria ácido base foi aplicada inicialmente no estudo de reações orgânicas (Lowry, Robinson, Ingold, Lapworth, na Inglaterra) e na Química de Coordenação (Sidwick, na Inglaterra). Surgiram então os termos doador e aceitador (Sidwick, 1927) e reagentes eletrofílicos e nucleofílicos (Ingold, 1933) 6,19. Os termos cunhados por Ingold envolviam não apenas ácidos e bases, mas também oxidantes e redutores, generalizando assim os próprios conceitos de Lewis. Porém os diversos nomes e a generalidade excessiva não contribuíram para popularizar a teoria, ficando a forma generalizada por Ingold restrita ao estudo dos mecanismos de reações orgânicas e a denominação de Sidwick, ao campo da Química de Coordenação, não figurando em textos mais gerais ou introdutórios.

Em 1938, Lewis retorna ao tema ácido-base, apresentando uma conferência, depois publicada ²⁰, onde especifica os critérios fenomenológicos (ou macroscópicos) para o comportamento ácido base:

1) A reação entre um ácido e uma base (neutralização) é rápida.

2) Um ácido (ou uma base) pode deslocar um ácido (ou uma base) mais fraco de seus compostos.

3) Ácidos e bases podem ser titulados um com o outro por meio de indicadores.

4) Ácidos e bases são capazes de atuarem como catalisadores.

Na realidade estes critérios são uma síntese brilhante sobre a observação dos fenômenos até aquela época (e até hoje, talvez) conhecidos sobre o comportamento ácido-base. Ainda mais, neste artigo Lewis une estas observações fenomenológicas com a interpretação molecular (microscópica). Depois disto sua teoria "decolou", passou a ser vista em sua generalidade, como uma teoria unificadora, saindo do contexto restrito a que estava antes. Em 1940, nos E.U.A., já houve um grande simpósio reunindo pesquisadores e professores interessados ¹² e, a partir daí, muitos livros e artigos sobre o tema foram publicados; várias linhas de pesquisa se desenvolveram etc..

O desenvolvimento posterior da teoria eletrônica foi caracterizado principalmente pela sua quantificação. Vamos citar apenas alguns dos estudos desenvolvidos: o ácido etilenodiamintetraacético (EDTA), e outros agentes quelantes (G. Schwartzenbach, 1940-50), o estudo de efeitos estéricos em adutos (H. Brown, 1940), os conceitos de ácidos duros e moles (R. Pearson, 1963), as equações EC para prever as entalpias de formação de adutos ácido-base (R. Drago, a partir da década de 60), os conceitos de doabilidade ("donicidade") e aceitabilidade e suas medidas, bem como a correlação de fenômenos ácido-base e de óxido-redução (V. Gutmann, idem), a aplicação da Química Quântica às reações ácido-base (Klopman, idem), a Química Supramolecular (Lehn, a partir da década de 70) 6,17,21,22.

Teoria de Usanovich

Em 1939 o químico soviético M. Usanovich apresentou uma teoria muito geral através da qual pretendia generalizar todas as teorias existentes. Definia ácido como a espécie que reage com base para formar sais, doando cátions ou aceitando ânions ou elétrons, e base como a espécie que reage com ácidos para formar sais doando ânions ou elétrons, ou combinando com cátions ⁶. Estas definições são de um certo modo semelhantes aos conceitos de reagentes eletrofílicos e nucleofílicos de Ingold.

Apesar de constar por algum tempo em vários textos, e ser eventualmente mencionada, praticamente não gerou nenhuma linha de pesquisa.

RELAÇÕES CONCEITUAIS

Nota-se que as teorias ácido-base que foram surgindo, apresentam uma tendência de cada uma generalizar a precedente e, o que é interessante, de não se contrapor, de querer negar frontalmente. Cada uma delas abarca um universo próprio de reações químicas que vai se alargando, se ampliando, procurando abranger cada vez mais os fenômenos químicos conhecidos e cada uma das teorias antigas vai se tornando caso particular das novas. A Figura 1 apresenta um diagrama de Veen que mostra a abrangência conceitual de cada uma das teorias. Este diagrama foi baseado na Figura 2.2 do livro de Jensen ⁶.

Outro aspecto interessante é o formalismo químico associado a cada uma das definições de neutralização. Na teoria de Arrhenius e na dos sistemas solventes, a neutralização é uma reação de síntese ou adição (eqs. 3, 12 - 16). Na teoria protônica, na de Lux e na ionotrópica, a neutralização é uma reação de dupla troca ou de transferência de alguma espécie química (eqs. 17 - 24). Na teoria eletrônica inicialmente a neutralização pode ser vista como uma síntese (eq. 25), porém nos exemplos citados o par eletrônico pode ser compartilhado (síntese, eqs. 26, 35) ou transferido (eqs. 27 - 29), conforme a estrutura eletrônica (ligação química) do produto resultante, superando a aparente oposição entre os dois esquemas formais.

A estrutura de todas as teorias é semelhante: comporta uma definição de ácido e de base, que apresenta uma simetria inversa, uma definição de reação de neutralização (a reação tipo entre um ácido e uma base) e, evidentemente, uma heurística e uma casuística e próprias da aplicação destes conceitos aos fatos já conhecidos e por conhecer f. Sob este ponto de vista cada uma das teorias é bem diferente, mesmo quando uma é considerada um caso particular da outra. Além do formalismo das equações químicas, já mencionado, a aplicação das relações de equilíbrio (Lei de Ação das Massas) também se torna diferente. Da mesma forma, o papel do solvente em cada uma delas, uma vez que em umas ele é inerente (Arrhenius, sistemas solventes), ao passo que em outras o solvente pode ou não estar presente (protônica, eletrônica).

Algumas teorias apresentam algumas inconsistências lógicas internas, como por exemplo a definição de ácido na teoria protônica: ácido é um doador de prótons. O próton é também uma espécie química e cabe perguntar então se ele é um ácido ou uma base? A definição, como está, não pode responder, a não ser que se adicione uma ressalva à mesma. Entretanto isto não é um problema grave, uma vez que a experiência acaba por ressaltar que o próton é o ácido. Esta mesma inconsistência se manifesta nas outras teorias de transferência (Lux e ionotrópica) Também na teoria de Usanovich há uma tautologia (círculo vicioso) nas definições de ácido e base, quando diz que "ácido é a espécie que reage com bases, ..." e "base é a espécie que reage com ácido, ...". Esta tautologia pode ser também removida, melhorando-se os enunciados.

Estas falhas lógicas são comuns nas teorias químicas e não constituem um impedimento para que sejam "boas". Pelo contrário, torna-as mais flexíveis, permitindo ampliações e aplicações a situações novas. Este ponto já foi bem ressaltado por Theobald ²³ e Hoffmann ²⁴.

RELAÇÕES HISTÓRICAS

Como foi apontado anteriormente (item As Teorias Ácido-Base: O que Significam?), o desenvolvimento das teorias ácido-base é praticamente linear com o tempo. Isto pode ser melhor notado na Figura 2, baseada na Figura 2.3 do livro de Jensen ⁶, que mostra as relações históricas das teorias expostas ao longo do século XX. São apresentadas duas vertentes. A primeira vertente (lado esquerdo da figura) está associada às idéias de Liebig, mencionada anteriormente (item 4), em que acidez está associada a um elemento ou espécie química. A segunda vertente (lado direito), está associada às idéias de Ure, associando a acidez-basicidade a uma característica estrutural. Note também que há uma espécie de convergência das duas vertentes, abandonando progressivamente estas características extremas e se aproximando umas das outras. A teoria ionotrópica já não se prende mais a uma espécie exclusiva, e a eletrônica, por outro lado, sai de um certo relativismo inerente às idéias de Ure, considerando um certo "elemento estrutural"- o par eletrônico ou a sua vacância ou orbital - responsável pela acidez-basicidade.

Pode-se considerar a Química como uma associação entre um fazer e um pensar. O fazer é o manuseio todo especial que o químico realiza com a matéria, transformando-a, modificando-a. O pensar é a interpretação, o raciocínio, a imaginação das transformações da matéria em termos de átomos e moléculas, ou seja, em termos da Teoria Molecular. A Química sempre foi assim, a associação de uma teoria com uma prática ²⁵. Na evolução da Química nota-se que a teoria tem sofrido mudanças bruscas com o passar do tempo, verdadeiras revoluções, porém a prática tem se modificado de forma mais ou menos contínua, às vezes mais rápida ou mais lentamente, porém sem grandes saltos. Vale aqui ressaltar os critérios fenomenológicos de Lewis ²⁰, que resumem toda a prática ácido-base, desde, pelo menos, o sec. XVII, com Boyle, independentemente de sua própria teoria. Em seu artigo, a apresentação clara e explícita de todos esses critérios e a subseqüente demonstração de que a teoria eletrônica era capaz de dar conta de todos os fenômenos, talvez tenha sido um fator importante para chamar a atenção sobre a mesma, fazendo com que ela se tornasse "popular" entre os químicos.

AS "BOAS"CARACTERÍSTICAS DE CADA TEORIA

Analisando-se o desenvolvimento histórico de cada uma das teorias, através das características de uma "boa" teoria apresentadas no início, observa-se que, a menos da teoria de Usanovich, todas satisfizeram C-1, C-2 e/ou C-3, em uma dada época.

A teoria de Arrhenius foi apresentada dentro a Teoria da Dissociação Eletrolítica e, do seu lançamento até por volta de 1910, satisfazia plenamente as três características. Porém, dificuldades com solventes não-aquosos, sólidos e outras situações, fizeram que deixasse de satisfazer as C-1 e C-2, dando lugar ao surgimento de outras teorias, sendo a primeira a teoria dos sistemas solventes. Esta é uma generalização da teoria de Arrhenius para sistemas não aquosos, satisfazendo C-1 e C-3, sendo que C-2 foi função do solvente, pois determinados solventes mostraram-se mais interessantes que outros.

A teoria protônica foi apresentada também como uma generalização da teoria de Arrhenius, porém abrangendo aspectos não tratados pela teoria dos sistemas solventes, e satisfazendo C-1, C-2 e C-3.

A teoria eletrônica foi apresentada dentro da teoria do par eletrônico e esteve ligada, até 1938, aos aspectos estruturais e mecanísticos, principalmente dentro da Química Orgânica. Apresentava as três características, porém de maneira indireta. Após sua reapresentação tornou-se a teoria mais em evidência, satisfazendo plenamente C-1, C-2 e C-3.

A teoria do soviético Usanovich foi apresentada em uma ocasião infeliz, pouco antes da 2 a Guerra Mundial, não tendo a devida divulgação e aperfeiçoamento. Apesar de pretender ser a mais geral das teorias ácido-base, não satisfazia C-1 devido às inconsistências internas, já mencionadas, e portanto acabou por não satisfazer C-2. Um outro aspecto é sua semelhança com os conceitos de Ingold, que começaram a se popularizar e a rivalizar com os mesmos. Além do mais, considerações funcionais relacionando reações ácido-base (transferência de pares eletrônicos) com reações de óxido-redução (transferência de elétrons não emparelhados) mostraram-se mais interessantes para um tratamento quantitativo que as definições amplas.

A teoria ionotrópica, generalização da teoria dos sistemas solventes e protônica, interessante quanto às C-1 e C-3, porém não intensa quanto à C-2.

Atualmente, as três teorias mais destacadas são: Arrhenius, protônica e eletrônica, principalmente esta última. Esse destaque ainda para a de Arrhenius deve-se praticamente à C-3, justificando sua presença nos livros didáticos ou vice-versa. As teorias protônica e eletrônica continuam satisfazendo às três características.

A Tabela 1 resume estes resultados.

CONCLUSÃO

A respeito das teorias ácido-base, muitas considerações de caráter histórico e filosófico podem ainda ser feitas, porém destacaremos agora algumas de caráter mais pedagógico.

Por razões que no momento não vamos cuidar, muitos estudantes dos cursos médios trazem uma certa visão dualística, para não dizer maniqueísta, da realidade. Para eles as coisas " são" ou " não são", não há meio termo. Em algumas vezes isto funciona, porém na maioria sabemos que não. Muitos professores têm dificuldades em mudar um pouco a atitude destes alunos. O lado prático das teorias ácido-base auxilia o professor nesta tarefa, pois sua utilização inicial é dualística, sendo que depois o próprio aluno verifica que este dualismo não pode permanecer. Vejamos: inicialmente todas as substâncias ou são ácidos e bases ou não são nenhum dos dois. Isto pode ser testado com indicadores. Depois as substâncias podem ser classificadas em ácidos e bases, conforme seu comportamento perante os indicadores. E os produtos da reação? Uma teorias afirmam que são também ácidos e bases, outras não. E as substâncias anfóteras? Creio que isto pode ser bem aproveitado pelos professores 26, 27.

Por que se ensina a teoria de Arrhenius, se ela atualmente não satisfaz a C-1 e C-2? Ela é simples e funcional, satisfaz à C-3, conforme mencionado acima. No entanto, funcionalidade é algo também discutível, pois a teoria pode ser funcional, mas os cursos onde elas são ensinadas podem não ser, justamente pela sua presença. A teoria protônica, quando aplicada aos sistemas aquosos, envolvendo os íons usuais e suas respectivas reações, faz da teoria de Arrhenius um caso particular. Por que então não ensinar desta maneira? Será porque os livros são assim ou os livros são assim porque os professores assim ensinam? Felizmente o círculo vicioso está sendo quebrado, pois muitos livros editados recentemente trazem ainda a teoria de Arrhenius, porém como uma notícia histórica dentro de uma introdução ao tema, e o estudo dos ácidos e das bases em solução aquosa é feito de acordo com a teoria protônica. Oxalá a maioria dos textos passassem a seguir essa orientação.

AGRADECIMENTO

Agradeço ao Prof. Dr. Silvio S. Chibene, do Departamento de Filosofia, IFCH-Unicamp, pelas valiosas críticas e sugestões.

REFERÊNCIAS

1. Chalmers, A. F.; O que é Ciência Afinal? (2 a ed.); Ed. Brasiliense; São Paulo, 1993.

2. Idem; A Fabricação da Ciência; Ed. da Unesp; São Paulo, 1994.

3. Chrétien, C.; A Ciência em Ação; Papirus Ed.; Campinas, 1994.

4. Bachelard, G.; A Epistemologia; Edições 70; Lisboa, 1984.

6. Jensen, W. B.; The Lewis Acid-base Concepts; John Wiley & Sons; New York, 1980. Faria, E.; Dicionário Escolar Latino-português (6 a ed.); FAE-MEC; Rio de Janeiro, 1994.

7. Rancke-Madsen, E.; The History of Indicators. In Indicators; Bishop, E., Ed.; Pergamon Press; Oxford, 1972.

8. Rheinboldt, H.; Selecta Chimica 1945, 3, 1. Reimpresso in Rheinboldt, H.; História da Balança; Nova Stella e Edusp; São Paulo, 1988.

9. Rocchicioli, C.; Le pH et sa Mesure; Presses Universitaires de France; Paris, 1967.

10. Servos, J. W.; Physical Chemistry from Ostwald to Pauling; Princeton University Press; Princeton (NJ), 1990.

11. Luder, W. F.; Zuffanti, S.; The Eletronic Theory of Acids and Bases (2nd. ed.); Dover Publications; New York, 1961.

12. Bell, R. P.; Acids and Bases; Methuen and Co. Ltd.; London, 1969.

13. Paul, A.; Chemistry of Glasses, Chapman and Hall; London, 1982.

14. Gutmann, V.; Coordination Chemistry in Noaqueous Solvents; Springer-Verlag; Vienna, 1968.

15. Lindqvst, I.; Inorganic Adduct Molecules of Oxo-Compounds; Springer-Verlag; Berlin, 1963.

16. Gutmann, V.; The Donor-Acceptor Approach to Molecular Interactions; Plenun Press, New York, 1978.

17. Davanzo, C. U.; Chagas, A. P.; Quim. Nova 1993, 16, 152 e 262 (errata).

18. Nye, M. J.; From Chemical Philosophy to Theoretical chemistry; University of California Press, Berkeley (CA), 1993.

19. Lewis, G. N.; J. Franklin Inst. 1938, 226, 293.

20. Drago, R. S.; Matwiyoff, N. A.; Ácidos y Bases; Ed. Reverté; Barcelona, 1972.

21. Vögtle, F.; Supramolecular Chemistry; J. Wiley & Sons, Chichester (UK), 1991.

22. Theobald, D. W.; Chem. Soc. Rev. 1976, 203.

23. Hoffman, R.; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1987, 27, 1593. Há uma tradução portuguesa em Química 1993, 50, 44.

24. Chagas, A. P.; Como se Faz Química (2 a ed.); Editora da Unicamp; Campinas (1992).

26. Philips, P. S.; Pennington, M.; Hall, R.; Educ Chem. 1998, 35, 130.

# data[].attributes.attachment_link.title
O ensino de aspectos históricos e filosóficos da Química e as teorias ácido-base do século XX

# data[].attributes.attachment_link.description
acid-base theories; "good" theories; history and philosophy of chemistry EDUCAÇÃO O ensino de aspectos históricos e filosóficos da Química e as teorias ácido-base do século XX. Aécio Pereira Chagas Instituto de Química - Unicamp - CP 6154 - 13083-970 - Campinas - SP e-mail: aecio@iqm.unicamp.br Recebido em 4/12/98; aceito em 5/4/99 The teaching of historical and philosophical aspects of chemistry and the XX century's acid-base theories.

# data[].attributes.attachment_caption
Química Nova - Comparação dos níveis de poluentes emitidos pelos diferentes combustíveis utilizados para cocção e sua influência no aquecimento global

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Adriana Gioda *

Departamento de Química, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, 22451-900 Rio de Janeiro - RJ, Brasil

Recebido em: 19/01/2018
Aceito em: 0619/0607/20182018
Publicado em: 19/07/2018
Endereço para correspondência
*e-mail: agioda@hotmail.com
RESUMO
Global warming is one of the most worrying environmental problems nowadays. A joint effort has been made by many countries to minimize greenhouse gas (GHG) emissions, responsible for global warming. The evidences indicate that global warming is occurring due to anthropogenic activities, mainly caused by the using of fossil or biomass fuels. Although this effect is more directly associated with external emissions, domestic emissions also have their contributions. In this way, cooking activities can have an impact on global warming, since the main fuels used for these purposes are from fossil or biomass origin. This study aimed to evaluate the impact of the most common fuels used for cooking in Brazil on global warming. Among the fuels studied and the data available to date, biogas, followed by natural gas and liquefied petroleum gas were the least polluting, even the latter two being derived from petroleum and currently considered the great villain of air pollution. The results also show that although LPG is the most used fuel (> 90%) in Brazil for cooking, firewood, which accounts for only 3% of consumption, causes the highest emission rates of greenhouse gases. Therefore, more efficient stoves can have a significant impact on the GHG reductions in the country.
Palavras-chave: global warming; greenhouse gases; cooking fuels; indoor pollution; firewood. INTRODUÇAO
A biomassa foi uma das primeiras fontes de energia utilizadas pela humanidade, ¹ sendo empregada desde a sua descoberta na cocçao de alimentos, uma das atividades básicas do ser humano. Com o desenvolvimento tecnológico, novos combustíveis e fogoes foram introduzidos para esta finalidade. Atualmente, vários combustíveis sao usados para a cocçao e sao provenientes de biomassa ou fóssil. Biomassa é toda matéria orgânica produzida por fotossíntese, sendo esta considerada uma fonte renovável de energia. ² As plantas absorvem a energia do sol e, quando queimadas, a energia química da biomassa é liberada como calor. A biomassa pode ser queimada diretamente (p. ex., lenha, restos de plantaçoes e madeiras, palhas, etc.) ou convertida em biogás (p. ex., metano) ou biocombustíveis líquidos (p. ex., etanol) que podem ser queimados como combustíveis. ² A partir da biomassa também é obtido o carvao vegetal, muito usado na cocçao. Os combustíveis fósseis (petróleo, carvao mineral e gás natural, GN) sao hidrocarbonetos que foram formados a partir de restos de plantas (diatomáceas) e animais há milhoes de anos sob calor geotérmico e pressao. ² O petróleo bruto é extraído, refinado e transformado em diferentes produtos (p. ex., gasolina, óleo diesel, combustível de aviaçao, matérias primas petroquímicas, ceras, óleos lubrificantes e asfalto). ² O gás liquefeito de petróleo (GLP), também conhecido como gás de botijao ou gás de cozinha, composto por uma mistura dos hidrocarbonetos propano e butano, também é obtido durante o refino do petróleo ou extraído do GN. Os combustíveis fósseis mundialmente utilizados para cocçao sao o GLP, o GN, o carvao mineral e o querosene. O carvao mineral também é usado de forma indireta, quando a cocçao é realizada utilizando a energia elétrica e esta for proveniente de termelétricas. ² Estes combustíveis sao agrupados em três categorias: modernos (energia elétrica e GLP), intermediários (querosene e carvao) e tradicionais (biomassa). ³

Os fogoes podem ser do tipo tradicional a lenha (p. ex., fogao de três pedras com queima de todo tipo de combustível sólido); fogao a lenha melhorado ou aprimorado ou ecoeficiente (pode ser feito de forma barata a partir dos recursos locais, gerando menos fumaça, menos escurecimento dos utensílios com economia de combustível) e fogoes modernos ou eficientes (p. ex., fogao a gás ou a querosene, que consomem menos combustíveis e emitem menores quantidades de poluentes).

A cocçao de alimentos está associada ao processo de combustao (queima), uma reaçao química exotérmica que libera calor e luz. Esta reaçao se dá entre uma substância combustível (p. ex., lenha, metano, querosene, etc.) e um gás comburente, principalmente o oxigênio. ⁴ Em uma reaçao estequiométrica há formaçao apenas de dióxido de carbono (gás carbônico, CO ₂) e vapor de água. No entanto, a combustao completa e ideal nao é sempre possível pela falta de suprimento adequado de oxigênio, resultando na formaçao de outros gases e partículas. A falta de oxigênio, as impurezas presentes nos combustíveis (p. ex., S, N, Fe, V, Ni, As, Cr, Hg, Pb, Se, etc.) e os diferentes equipamentos e condiçoes usados nos processos de queima acarretam na formaçao de produtos de combustao incompleta (PCIs), tais como: monóxido de carbono (CO), metano (CH ₄), óxidos de nitrogênio, NO x (NO + NO ₂), óxidos de enxofre, SO x (SO ₂, SO ₄ ²⁻), compostos orgânicos voláteis (COV) e partículas variadas (fuligem ou carbono negro (do inglês, black carbon, BC), partículas grossas, finas e ultrafinas). ⁴ O NO x gerado durante a queima é resultante de dois processos: i) NOx atmosférico, formado a partir da oxidaçao do N ₂ do ar atmosférico e altas temperaturas, sendo predominante e o ii) NOx do combustível, formado a partir da quebra das ligaçoes do nitrogênio presente no combustível e reaçao com o O ₂.

As partículas, chamadas de material particulado (MP, do inglês, particulate matter), geradas no processo de combustao se destacam por serem as mais tóxicas para a saúde e ter grande influência no clima. As partículas produzidas por fontes de combustao podem variar muito de tamanho e composiçao química. Estas sao classificadas de acordo com seu diâmetro aerodinâmico em partículas totais em suspensao (PTS - até 100 µm), partículas inaláveis grossas (MP ₁₀ - até 10 µm) e partículas respiráveis finas (MP 2,5 - até 2,5 µm). Atualmente, diâmetros menores de partículas, chamados de partículas ultrafinas e nanopartículas (MP < 0,1 µm), estao sendo estudadas. Em geral, os componentes químicos predominantes do MP sao espécies inorgânicas (sulfatos, nitratos, amônia, sais marinhos), compostos orgânicos (carbono elementar (CE), black carbon (BC), ácidos carboxílicos, aminoácidos, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, HPA) e metais. ⁴ A lista da Agência Internacional para Pesquisa do Câncer ⁵ (do inglês, International Agency for Research Cancer, IARC) de carcinogênicos do Grupo 1 inclui vários componentes provenientes das atividades de cocçao, como COV (formaldeído e benzeno), benzo[a]pireno (BaP), um HPA, e alguns elementos (p. ex., As, Cr, Ni) presentes no MP e o próprio MP. Além disso, as emissoes de combustao doméstica de carvao e lenha sao consideradas misturas carcinogênicas. A categoria 1 da IARC é usada quando há evidência suficiente de carcinogenicidade em humanos. ⁵

Dentre os combustíveis usados com a finalidade de cocçao, a biomassa ainda é a mais empregada mundialmente. Cerca de 3 bilhoes de pessoas fazem uso de combustíveis sólidos e fogoes tradicionais para atender às necessidades diárias de cocçao e aquecimento. ⁶ Essa combinaçao de combustível e fogao resulta em uma combustao ineficiente com emissao significativa de PCIs. Essas substâncias contribuem diretamente para o aumento da morbidade e da mortalidade e dos poluentes climáticos de vida curta. ⁷ Estima-se que a poluiçao do ar doméstica (do inglês, household air pollution, HAP) representa o quarto fator de risco global para a saúde, responsável por 4,3 milhoes de mortes anualmente. ⁶ Em 2010, na América Latina e Caribe, foi estimado a ocorrência de 70.000 mortes prematuras relacionadas à exposiçao interna ao MP 2,5 devido ao uso de combustíveis sólidos na cocçao. ⁸ As partículas finas sao as mais diretamente associadas a mortes e doenças. No Brasil, cerca de 10 milhoes de domicílios ainda fazem uso de lenha, sendo que um percentual significativo usa fogoes tradicionais, mais poluentes. ⁹

Os produtos e subprodutos da queima de combustíveis residenciais, além de causar danos à saúde, fazem parte das substâncias responsáveis pelo aquecimento global e pelas mudanças climáticas. ¹⁰ O aquecimento global é o aumento da temperatura da superfície terrestre (terra e água) e da atmosfera. A causa do aquecimento global é a quantidade crescente de gases de efeito estufa (GEE) na atmosfera produzida por diversas atividades humanas. ¹¹ A cocçao é uma atividade que deve ser considerada no inventário dos GEE, uma vez que faz uso tanto de combustíveis fósseis quanto de biomassa e afeta diretamente nos níveis de desmatamento. Um GEE é aquele que absorve e emite radiaçao na faixa do infravermelho, comumente chamada de radiaçao térmica ou calor. O efeito do aquecimento global está sendo percebido de várias maneiras: pelo aumento da desertificaçao ¹² maior derretimento da neve e do gelo, ¹³ aumento do nível do mar, ¹⁴ além de furacoes e ciclones mais intensos. ¹⁵

Visando a reduçao dos GEE, em 1997 foi criado o Protocolo de Quioto, que entrou em vigor em 2005. Na primeira fase este Protocolo teve como objetivo reduzir as concentraçoes de GEE em, pelo menos, 5,2% em relaçao aos níveis de 1990 no período entre 2008 e 2012. ¹⁶ Na segunda fase, 2013-2020, os países signatários se comprometeram a reduzir as emissoes de GEE em, pelo menos, 18% abaixo dos níveis de 1990. ¹⁶ Em 12 de dezembro de 2015, em Paris, foi adotado um novo acordo global que busca combater os efeitos das mudanças climáticas, bem como reduzir as emissoes de GEE. ¹⁷ O documento, chamado de Acordo de Paris, foi ratificado pelas 195 partes da Convençao-Quadro das Naçoes Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC) e pela Uniao Europeia, durante a 21ª Conferência das Partes (COP21). Um dos objetivos do acordo é manter o aquecimento global muito abaixo de 2 ºC, buscando ainda esforços para limitar o aumento da temperatura a 1,5 °C acima dos níveis pré-industriais. ¹⁷ A Política Nacional sobre a Mudança do Clima (PNMC) no Brasil faz parte da Lei no. 12.187/2009 e busca reduzir as emissoes de GEE entre 36,1% e 38,9% em relaçao às emissoes projetadas até 2020. ¹⁸ O Decreto no 7.390/2010, que regulamenta a PNMC, projeta uma reduçao de até 1,259 Gt CO ₂e para 2020 para o somatório das emissoes de todos os setores. ¹⁸

O Protocolo de Quioto faz referência à reduçao das emissoes dos seis gases principais: CO ₂, CH ₄, N ₂O, hidrofluorocarbonos (HFC); perfluorocarbonos (PFCs) e hexafluoreto de enxofre (SF6). ¹⁶ Apesar da contribuiçao significativa das emissoes de black carbon (BC) para o aquecimento global, este poluente nao faz parte do protocolo de Quioto ou de outros regulamentos do clima e nao é avaliado em termos do potencial de aquecimento global. O BC é um componente do material particulado fino e consiste de carbono puro. Ele é formado através da combustao incompleta de combustíveis fósseis, biocombustíveis e biomassa. Uma fraçao considerável (18-42%) do BC presente na atmosfera é emitida pela queima de biocombustíveis (p. ex., lenha) residenciais em fogoes tradicionais. ¹⁹ Este tipo de carbono causa efeitos diretos e indiretos no clima. O efeito direto está relacionado com a absorçao da luz solar, resultando no aquecimento da atmosfera e reduzindo o albedo quando depositado em neve e gelo. Portanto, o BC aquece a atmosfera de forma diferente dos GEE. O efeito indireto está relacionado à interaçao com as nuvens. ¹⁹ O BC é considerado o segundo maior contribuinte para o aquecimento global e a reduçao destas emissoes pode ser a estratégia mais rápida para retardar as mudanças climáticas, uma vez que a vida útil do BC é de apenas alguns dias ou semanas, enquanto que a do CO ₂ é de mais de 100 anos. O uso do fogao é uma das maiores fontes antropogênicas nao reguladas de aerossóis carbonáceos primários. A reduçao das emissoes de BC, particularmente de fontes de combustao confinadas (como fogoes e motores), oferece benefícios combinados para a saúde e o clima, podendo retardar o impacto do aquecimento global em aproximadamente 10 anos. ²⁰ Em termos de benefícios para a saúde, é significativamente mais barato mudar as práticas de cocçao do que controlar as emissoes dos veículos, embora ambos os tipos de intervençoes produzam benefícios semelhantes de mitigaçao das mudanças climáticas. ²⁰ Mais de 60% das emissoes de BC na América Latina e Caribe sao originárias do Brasil e do México, sendo devidas principalmente ao transporte e a combustao residencial de combustíveis sólidos. ⁸

Para incentivar o uso de formas de energia mais limpas, esforços governamentais e nao governamentais mundiais buscam substituir combustíveis e fogoes tradicionais por tecnologias menos poluentes visando reduzir a emissao e, com isso, melhorar a qualidade do ar em ambientes residências, proteger a saúde e minimizar os efeitos climáticos. ²¹⁻²³ Atualmente, vários países estao fazendo a troca de combustíveis tradicionais, como lenha, carvao, carvao vegetal, resíduos animais para formas mais limpas de cocçao, como GLP e biogás. ²⁴⁻²⁷ De um modo geral, os programas conseguem atingir seus objetivos quando há introduçao de subsídios, regulamentaçoes eficientes e boas práticas comerciais.

Com base no exposto, este estudo visa estimar os níveis de GEE no país decorrentes da cocçao e as taxas de emissoes dos diferentes combustíveis utilizados para esta finalidade. Este estudo oferece informaçoes relevantes para avaliar e escolher o combustível para cocçao menos poluente, visando atingir as metas de reduçao dos GEE.
PARTE EXPERIMENTAL
Para estimar as emissoes de gases de efeito estufa relativos aos combustíveis usados na cocçao no país foram utilizados dados do último Balanço Energético Nacional (BEN, 2017), ²⁸ preparado pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE), vinculada ao Ministério de Minas e Energia (MME), e os cálculos sugeridos pelo Painel Intergovernamental sobre Mudança Climática (do inglês, Intergovernamental Panel on Climate Change, IPCC) 29,30 e usados pelo protocolo brasileiro. ³¹ O cálculo foi realizado da seguinte forma:

onde:

tCO ₂e = toneladas de CO ₂ equivalente

Consumo = consumo residencial do combustível (p. ex., GLP, lenha, etc) registrado no Brasil no ano de 2016 e publicado no Balanço Energético Nacional (BEN, 2017) ²⁸

Fator de conversao = conversao de toneladas para terajoule (TJ = 10 ¹² joules) de energia, usando os fatores citados no BEN, 2017 ²⁸

tonelada de gás emitida por TJ de energia = Valores padroes disponibilizados pelo IPCC 2006 30,31

PAG = potencial de aquecimento global para cada gás: onde o PAG do CO ₂ foi considerado 1, do CH ₄ 28 e do N ₂O 265, valores atualizados em 2013 ²⁹

Como no Brasil nao há estudos consistentes sobre poluiçao do ar doméstica causada pelos diferentes combustíveis utilizados na cocçao, assim como os efeitos à saúde, ⁹ para dar uma dimensao dos níveis de tais poluentes foi realizada uma busca de artigos científicos utilizando diferentes bases de dados: Web of Science, Scielo, PubMed, Google Scholar, Science Direct, entre outras, e os resultados mais relevantes foram apresentados no texto. Para isso, uma combinaçao de termos ou palavras foram escolhidas para obter o maior número de trabalhos publicados, dentre elas: indoor air pollution, household air pollution, firewood, biomass, cookstove, natural gas, liquefied petroleum gas, coal, cooking fuel, cooking emission, global warming e greenhouse gases.
RESULTADOS E DISCUSSAO Emissoes de gases de efeito estufa gerados pelo setor residencial no Brasil
As mudanças climáticas e o aquecimento global sao causados por gases e partículas emitidos, principalmente, pelos processos de combustao usados para geraçao de energia. Para avaliar a influência de um determinado produto no aquecimento global é usada a medida conhecida como Potencial de Aquecimento Global, comumente chamada de "Pegada de Carbono", (PAG, do inglês, Global Warming Potential, GWP). ¹¹ O PAG de um gás é o impacto que ele causa no aquecimento global em relaçao a uma unidade equivalente de dióxido de carbono (CO ₂e) durante um determinado período de tempo (normalmente, 20, 100 ou 500 anos). ¹¹ Valores negativos de PAG indicam reduçoes líquidas no potencial de retençao de calor atmosférico e valores positivos indicam aumentos líquidos no potencial de retençao de calor atmosférico. Por definiçao, ao CO ₂ é atribuído um PAG de 1 para qualquer unidade de tempo. ¹¹ Para outros gases, varia em funçao do tempo. No Quinto Relatório de Avaliaçao (AR5) do IPCC estao os valores atualizados e sao estes os recomendados para os cálculos. ²⁹ Os valores do PAG para 100 anos para o CH ₄ é 28 e para o N ₂O é 265. ²⁹ Por outro lado, o PAG do GLP é zero, ou seja, emissoes diretas de GLP nao contribuem para as alteraçoes climáticas, enquanto que as do GN, cujo principal componente é o metano, sao 28 vezes maiores. O GLP passa a ter efeito quando queimado, pois gera CO ₂ e outros gases. Outros poluentes nao têm seu PAG definido pelo IPCC, mas alguns pesquisadores sugerem valores, embora nao haja concordância entres os mesmos. Por exemplo, considerando um período de 100 anos o PAG do black carbon global, sugerido por Bond et al., ³² é de 900 (120 a 1800) e o de matéria orgânica -46; ³³ para COV global, Fuglestvedt et al. ³⁴ sugeriram 4,5 e para o CO global de 2 a 3,3. O PAG é, geralmente, expresso em kg ou toneladas de CO ₂ e.

No Brasil, de acordo com o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), ³⁵ os combustíveis utilizados para cocçao sao: gás de botijao (GLP, 93,2%), lenha (3,2%), gás canalizado (GN, 2,9%), carvao (0,7%), energia elétrica (0,05%) e outro tipo de combustível (p. ex., querosene e biogás, 0,004%). De uma forma mais abrangente, o Balanço Energético Nacional (BEN, 2017), ²⁸ ano base 2016, apontou que as três principais fontes de energia usadas com fins residenciais, porém com diferentes finalidades, sao a eletricidade (46,0%), seguida pelo GLP (26,5%) e a lenha (24,4%). As demais fontes representaram pouco na matriz energética residencial: carvao vegetal (1,7%), GN (1,4%) e querosene (0,0%). Com base nos fatores de emissao apresentados pelo IPCC e no consumo de combustível registrado no último Balanço Energético Nacional, 2016, foram calculadas as taxas de emissoes para os três principais gases de efeito estufa (Tabela 1).

Com base nos resultados, os combustíveis sólidos, como a lenha e o carvao vegetal, apresentaram as maiores taxas de emissao de GEE, como já observado em outros estudos. 36,37 Embora o consumo de lenha, em terajoule, seja da mesma magnitude ao do GLP, a emissao de GEE foi duas ordens de grandeza maior. Da mesma forma que o carvao vegetal, que teve seu consumo em uma ordem de grandeza menor que o GLP, mas emitiu a mesma proporçao de GEE. De acordo com a avaliaçao do governo, a predominância do uso do GLP no país (> 90%) tem influenciado na reduçao da emissao de GEE. ³⁸ Um dos fatores determinantes para o aumento da eficiência energética tem sido a substituiçao gradativa da lenha e do carvao vegetal pelo GLP no preparo de alimentos. ³⁸

Estudos têm mostrado que fogoes a lenha tradicionais emitem grandes quantidades de GEE, com valores de PAG que podem variar em até 10 vezes de acordo com as combinaçoes de fogao e combustíveis. ³⁶ Por outro lado, fogoes a GLP e querosene apresentaram os menores valores de PAG, sendo até mais limpos que fogoes a lenha eficientes que utilizam biomassa renovável. Com base nestes estudos, muitos pesquisadores acreditam que as opçoes de combustíveis fósseis podem ser as mais adequadas, tanto para a saúde, quanto para as mudanças climáticas. 36,37

O somatório anual das emissoes de lenha, carvao vegetal e querosene no Brasil correspondem a 2,54 x 10 ⁹ t de CO ₂e. Se estes combustíveis fossem substituídos por GLP o total das emissoes seria de 6,24 x 10 ⁷ t de CO ₂e, ou seja, haveria uma reduçao significativa na emissao de GEE. Considerando o preço médio por tCO ₂e de US$ 15 e apenas os GEE, a troca de fogao e combustível pode gerar receitas de US$ 15 a US$ 90 por fogao por ano. Os custos médios anuais relativos aos diferentes combustíveis foram estimados em US$ 20 - US$100 para GLP, US$ 10 - US$ 20 para o querosene, e US$ 3 a US$ 24 para fogoes a lenha. ³⁹ Há, portanto, grande potencial de financiamento de carbono para custear a transiçao de métodos de cocçao tradicionais, com alto potencial emissor, por métodos mais limpos. Se forem considerados outros poluentes, como BC, que tem impactos de curto prazo seria ainda mais evidente as benfeitorias da troca de fogoes. ³⁶

A Tabela 2 apresenta os valores das emissoes de GEE para outro estudo realizado com dados brasileiros de 2014. ¹⁸ Os resultados apontam uma diferença significativa quando se incluem as emissoes de biomassa. A Tabela 3 compara os diversos setores no país que usam biomassa e combustíveis fósseis como fontes de energia, as mesmas usadas na cocçao. Neste caso, nao foram incluídos gasolina, óleo diesel ou eletricidade por nao terem relaçao com as formas de cocçao. A lenha, mais uma vez, teve grande destaque, nao somente no setor residencial, como agropecuário e industrial.
Estimativas mundiais de gases de efeito estufa gerados pela cocçao
Muitas pesquisas têm sido realizadas para estimar os fatores de emissao dos combustíveis e assim avaliar seu impacto no aquecimento global. Por exemplo, Smith e colaboradores 39,40 estimaram os fatores de emissoes dos poluentes mais importantes em 28 combinaçoes de combustível utilizados em fogao comum. Os resultados do estudo mostraram que a maioria dos biocombustíveis conduz a maiores impactos no aquecimento global do que os combustíveis fósseis comuns (GLP e querosene), porque as características de má combustao levam a um aumento das emissoes de produtos de combustao incompleta. Bailis et al. ⁴¹ avaliaram os impactos das emissoes de GEE e partículas provenientes da queima de lenha, carvao vegetal, GLP e querosene utilizados com fins domésticos (Tabela 4).

De acordo com os resultados obtidos, cada refeiçao preparada com carvao vegetal tem um efeito de 2 a 10 vezes maior no aquecimento global do que quando preparadas com lenha; e de 5 a 16 vezes maior quando comparada com querosene ou GLP (Tabela 4). Estes resultados sao influenciados pelo número de gases incluídos na estimativa e o grau em que a lenha usada é de reflorestamento. Outro estudo incluiu, além dos gases, o BC, para diferentes combustíveis (Tabela 5). ⁴² De acordo com a Tabela 5, tanto o PAG do carvao quanto o da lenha sao alterados substancialmente quando o BC é incluído. Por outro lado, a contribuiçao do BC pelo GLP é insignificante.

Um estudo mais abrangente foi realizado por Singh e colaboradores, ⁴³ os quais investigaram o desempenho ambiental de vários combustíveis domésticos, tais como GLP (obtidos do GN e do petróleo), querosene, carvao, eletricidade, lenha, carvao vegetal e biogás desde a produçao até seu uso. A Figura 1 mostra as emissoes totais destes combustíveis.

Figura 1. Taxas de emissao total de poluentes desde a produçao até a combustao por energia gerada (kg GJ⁻¹) para os diferentes combustíveis usados na cocçao ⁴³

Considerando o total de gases e partículas emitidos por energia gerada, o GLP e o biogás foram os que apresentaram as menores taxas de emissao desde a produçao até seu uso e as menores emissoes de GEE (CO ₂ e CH ₄).

Todos os combustíveis utilizados para cocçao, disponíveis até o momento, emitem, por menor que seja, poluentes para o ar. A lenha, para fins de cocçao, é considerada uma fonte de energia renovável. Se a lenha for de reflorestamento, o PAG pode ser reduzido em até 88%. ⁴³ Porém, estudos mostram que a taxa de desmatamento, para esta finalidade, é maior que a taxa de reflorestamento. ⁴⁴ Atualmente, mais de 90% da lenha utilizada nas atividades domésticas mundiais é proveniente de fontes nao renováveis, portanto, o uso deste combustível nas atividades culinárias contribui significativamente para o impacto no aquecimento global. ⁴³

Por outro lado, o GN, considerado um combustível menos poluente, apresenta grandes problemas de vazamento durante o processo de extraçao, compressao e armazenamento. ⁴⁵⁻⁴⁷ Medidas de campo mostraram que as emissoes de metano "fugitivo" durante estes processos variam de 1 a 9% do total das emissoes do ciclo de vida. Em estaçoes de compressao e instalaçoes de armazenamento as taxas de vazamento variaram de 0,7 a 4,5 kg h⁻¹, ao passo que as perdas variaram de 4,3 a 23,8 kg h⁻¹. Usando uma estimativa de 100 anos, as emissoes de CO ₂e para estes locais resultarao em mais de 24.000 toneladas por ano. Há também emissoes de GN residencial causadas por vazamentos e uso de equipamentos. Nos EUA foi estimado que 500.000 toneladas métricas de CO ₂e vazam anualmente das residências. ⁴⁸ Estas fontes sao responsáveis por cerca de 2% das emissoes de metano doméstico. ⁴⁸ Esses vazamentos de metano podem diminuir boa parte dos benefícios climáticos do uso de GN em relaçao aos demais combustíveis.

A facilidade de acesso à energia elétrica, bem como as novas tecnologias, tem favorecido o aumento no uso de fogoes elétricos. No Brasil, o uso de eletricidade para a cocçao ainda é limitado (0,05%), ³³ sendo bem maior em países industrializados. Estudos mostram que a emissao de poluentes para os ambientes internos gerados pelo uso de eletricidade é menor que para muitos outros combustíveis usados para cocçao. ⁴⁹⁻⁵¹ Isto se deve pelo fato de que todos os impactos ambientais causados pela eletricidade resultam da fase de produçao, uma vez que o uso para cocçao nao envolve nenhuma combustao química. Como pode ser observado na Figura 1, os níveis de SO ₂ e NO x foram mais elevados para a eletricidade do que para todos os outros combustíveis usados na cocçao, além da emissao de quantidades significativas de GEE (CH ₄ e CO ₂). Estas emissoes se devem, principalmente, pelo fato da energia ser gerada utilizando combustíveis fósseis. Por outro lado, a produçao de energia elétrica gerada por hidrelétricas, embora considerada uma fonte limpa por nao emitir poluentes para a atmosfera, acarreta grandes danos ao meio ambiente. Para a construçao de hidrelétricas é necessário inundar imensas áreas, destruindo rios, matas, flora, fauna e interferindo na ocupaçao humana. 52,53 Com isso, a degradaçao da biomassa destruída libera grandes quantidades de metano e causa a rarefaçao da camada de ozônio. ⁵²

Na Indonésia, em torno de 46% dos domicílios usam GLP para cocçao, 39% lenha em fogoes tradicionais, 12% querosene e 3% carvao. ²⁶ Neste país houve um incentivo governamental para trocar o querosene pelo GLP. Esta troca resultou em uma reduçao significativa de GEE (31%) e de poluentes tóxicos (COV, SO ₂, NOx, CO e partículas) (40%), sendo esperada uma reduçao ainda maior até o final do programa. ²⁶

Em Gana, aproximadamente 73% da populaçao ainda faz uso de combustíveis sólidos para a cocçao, que resultam na morte prematura de aproximadamente 13 mil pessoas anualmente. ⁵⁴ Neste país, diferentes modelos de fogao sao usados para a queima de combustíveis sólidos, com diferentes taxas de emissoes. Os resultados do estudo mostraram que usando fogao a carvao Gyapa (fogao com revestimento cerâmico com eficiência de queima 50% maior) o impacto no aquecimento global poderia ser reduzido em cerca de 75% em comparaçao à lenha. ⁵⁴

Em países pobres, principalmente em áreas rurais, é comum o uso de esterco como combustível para a cocçao. 27,55 A queima de esterco gera o aumento dos níveis de poluentes, tais como N ₂O e MP, tendo impacto direto na saúde dos ocupantes, além de aumentar os níveis externos de GEE. O esterco pode ser melhor aproveitado se for usado para a produçao de biogás e o resíduo pode ser usado como fertilizante. Estudos realizados no interior da Etiópia mostraram que a substituiçao de esterco por sistemas de biogás reduziu significativamente os níveis de GEE. ²⁷ Em outro estudo realizado em Bangladesh utilizando esterco como fonte de biogás, o PAG global do digestor resultante foi zero e dos materiais de construçao foi inferior a 1%. ⁵⁵ Quando o biogás foi usado como combustível para cozinhar, o PAG foi reduzido em 83% em comparaçao com o uso de biomassa. ⁵⁵ No Brasil, um estudo realizado no Semiárido estimou as emissoes de GEE a partir da simulaçao de antes e depois da implantaçao de biodigestor em residências rurais da agricultura familiar. ⁵⁶ O uso de biodigestor apresentou uma reduçao significativa das emissoes de GEE quando comparado com outras fontes energéticas. Além disso, terá a longo prazo outros benefícios, como a reduçao do desmatamento da Caatinga, aliando a sustentabilidade econômica com a conservaçao dos recursos naturais. ⁵⁶

Embora haja um incentivo para substituir fogoes tradicionais por fogoes a GLP, devido à queima mais limpa, é importante que a produçao de fogoes tenha um protocolo bem definido que deve ser seguido por todos os fabricantes, pois produçoes inadequadas podem acarretar em emissoes indesejadas. ¹⁰ Além do modo de produçao e uso, a composiçao do GLP também influencia. Fogoes bem projetados podem mitigar de 1,5 a 3,6 toneladas de CO ₂e, reduzindo assim as emissoes de GEE. ⁵⁷
Comparaçao dos níveis de emissao dos combustíveis
Os tipos de fogoes e combustíveis usados para cocçao influenciam diretamente na qualidade do ar de uma residência e nas taxas de emissao de poluentes. O desempenho de um fogao é caracterizado pela eficiência de combustao, ou seja, a energia armazenada no combustível convertido a calor e a eficiência de transferência de calor para a panela que é influenciada pelo modelo do fogao. ⁴³ Em termos de eficiência energética, os fogoes a combustíveis sólidos apresentam uma eficiência entre 13 e 17%, o de querosene 47%, biogás 55%, GLP 57% e eletricidade 70%. ³⁹ Atualmente, além da alta eficiência térmica, um fogao adequado deve produzir menos gases poluentes e partículas durante sua utilizaçao. A Tabela 6 apresenta uma comparaçao entre o poder calorífico dos diferentes combustíveis usados na cocçao e faz uma comparaçao com o GLP.

De acordo com a Tabela 6, o GLP apresenta o maior poder calorífico quando comparado com os demais combustíveis usados para cocçao, o que significa que necessita de uma quantidade menor de combustível para atingir o mesmo resultado em termos energéticos.

Devido à queima incompleta dos combustíveis utilizados para cocçao, diferentes poluentes sao emitidos tanto para os ambientes internos quanto externos. Alguns estudos estimaram fatores de emissao por quantidade de energia útil produzida por combustível (Tabelas 7 e 8), enquanto outros fizeram medidas in loco dos níveis de poluentes gerados (Tabela 9). Os fatores de emissao (FE) sao uma métrica que quantifica a magnitude das emissoes normalizadas pelo combustível ou energia consumida. A massa indica a emissao de um poluente por unidade de combustível seco que é consumido (g poluente por kg de combustível) e a energia indica as emissoes de poluentes por unidade de energia combustível durante a combustao em base líquida calorífica (g MJ⁻¹ ou kg TJ⁻¹) de emissao. ⁵⁴

Com base nos estudos das Tabelas 7 e 8, é possível observar que os fatores de emissao variam muito de acordo com a tecnologia e combustíveis empregados, além do sistema de ventilaçao. De um modo geral, as emissoes de combustíveis considerados modernos (querosene e GLP) sao menores frente aos demais combustíveis (lenha e carvao) com relaçao a partículas (PTS, black carbon e MP 2,5) e alguns gases (CO, CH ₄, carbono orgânico). Por outro lado, a lenha e o carvao emitem menos CO ₂ e hidrocarbonetos excluindo o metano (HCNM).

Vários estudos in loco têm sido realizados para avaliar os níveis de poluentes emitidos pelos diferentes combustíveis usados na cocçao (Tabela 9). Muitos destes estudos fazem comparaçao entre os diferentes combustíveis e fogoes. A maioria das pesquisas tem sido realizada em países da Africa e da Asia, onde o uso de combustíveis sólidos é uma das principais causas de mortes prematuras. No Brasil, ainda nao há pesquisas consistentes. Os estudos mostram que níveis de PTS tao elevados quanto 18.300 µg m⁻³ foram obtidos durante a cocçao em fogoes que utilizavam combustíveis sólidos. 44,61,62 O fogao a lenha tradicional (3.764 µg m⁻³) emitiu mais PTS que o fogao a lenha eficiente (1.942 µg m⁻³). O mesmo comportamento foi observado para o fogao tradicional a carvao vegetal (823 µg m⁻³) e o fogao eficiente a carvao vegetal (316 µg m⁻³), como era esperado. 44,61,62 Embora ocorra uma reduçao, os níveis de PTS continuam elevados mesmo com os fogoes mais eficientes. Com relaçao às partículas inaláveis grossas (MP ₁₀), as maiores concentraçoes foram medidas para a lenha (3.764 µg m⁻³) e as menores para o GLP (133 µg m⁻³) e eletricidade ou GN (67 µg m⁻³). ⁵⁰ As concentraçoes de MP 2,5 foram maiores em fogoes que utilizavam casca de arroz (759 µg m⁻³) e fogoes a lenha (630 µg m⁻³) do que para fogoes elétricos (80 µg m⁻³), a GLP (101 µg m⁻³) ou a querosene (169 µg m⁻³). ⁵¹ Concentraçoes de MP 2,5 tao altas quanto 11.000 µg m⁻³ foram medidas em fogoes a lenha tradicionais enquanto que tao baixas quanto 4,69 µg m⁻³ para o GLP. ⁶³ Os níveis de MP 2,5 nas residências que usam combustíveis sólidos também foram influenciados pela estaçao do ano, sendo geralmente mais baixas no verao (80 µg m⁻³) do que no inverno (169 µg m⁻³) e também maiores na estaçao chuvosa que nas demais, ultrapassando 100 µg m⁻³. 64,65 Já para residências que usavam outro tipo de combustível, a qualidade do ar externo teve maior influência. Nos EUA, desde 1992, somente dispositivos à lenha certificados podem ser comercializados. Com isso, reduçoes médias de partículas finas superiores a 50% podem ser alcançadas. ⁶⁶ Os níveis de gases também sao influenciados pelo tipo de fogao e combustível. As concentraçoes de CO durante o cozimento variaram de 0,44 ppmv a 693 ppmv, sendo as mais baixas registradas para o GLP e GN. Com relaçao ao NO x as concentraçoes mais elevadas foram medidas para os combustíveis sólidos (10 ppmv).

No Brasil, estudos comparando as emissoes causadas por GLP e lenha sao escassos. Em um destes estudos foram avaliados os níveis de HPA, PTS e NO ₂ em cozinhas com fogoes a lenha e a GLP. ⁶⁷ As concentraçoes de HPA e PTS foram mais elevadas nas cozinhas que utilizavam lenha, porém, as concentraçoes de NO ₂ na cozinha, bem como a exposiçao pessoal, foram ligeiramente mais elevadas em casas com fogoes a GLP. ⁶⁷ Um outro estudo mostrou que a concentraçao média de MP 2,5 durante o período de cocçao nas residências que usavam GLP foi bem menor (3,0 ± 3,6 µg m⁻³) que nas residências que queimavam lenha na parte externa (151,1 ± 114,8 µg m⁻³) ou interna (230,0 ± 157,0 µg m⁻³) da casa. ⁶⁸ Os estudos realizados no país com fogoes melhorados (ecoeficientes) mostraram que os níveis de CO nao excederam 20 mg m⁻³, porém níveis tao altos quanto 3.000 µg m⁻³ para MP 2,5 e 1.400 µg m⁻³ para MP ₁₀ foram medidos. 69,70 Mesmo as soluçoes melhoradas de fogoes podem resultar em níveis altos, principalmente de partículas, sendo muito maiores que os valores sugeridos pela Organizaçao Mundial da Saúde (OMS). A OMS recomenda que os níveis de CO nao ultrapassem 10 mg m⁻³ para 8 h de exposiçao e para MP ₁₀ 50 µg m⁻³ e MP 2,5 25 µg m⁻³ para 24 h. ⁶

Os estudos apontam que o GLP e o GN sao menos poluentes que a biomassa. Os níveis de poluentes decorrentes da queima de biomassa dependem das suas características, assim como do tipo de fogao usado e da ventilaçao.
CONCLUSOES
A cocçao de alimentos está entre as principais atividades diárias do ser humano. O desenvolvimento tecnológico tem aperfeiçoado os fogoes (a gás, elétrico, micro-ondas, etc), e novos combustíveis têm sido usados. No Brasil, o combustível mais usado é o GLP (> 90%), seguido pela lenha (3%).

Como em todo processo de combustao, há geraçao de gases e partículas, como produto ou subprodutos, que sao lançadas no ar interno e externo. Os resultados deste estudo apontam que as emissoes e os níveis de exposiçao sao maiores para os fogoes tradicionais que usam combustíveis sólidos.

Quando estes fogoes sao aprimorados ou melhorados o nível de emissao diminui, mas ainda sao superiores as emissoes de combustíveis considerados modernos (querosene e GLP).

No que concerne ao impacto ambiental, os combustíveis usados para cocçao têm também impacto no aquecimento global. Comparando o desempenho ambiental de vários combustíveis domésticos, o combustível que apresentou o menor impacto ambiental em toda a cadeia foi o biogás, seguido do GLP, querosene e carvao vegetal.

Com base no consumo da populaçao brasileira, a lenha é a maior responsável pela emissao de gases de efeito estufa seguida pelo carvao vegetal.

Como a queima de combustível com fins residenciais, assim como o tipo de fogao utilizado, influencia tanto no bem estar dos ocupantes, quanto no meio ambiente (mudanças climáticas e aquecimento global), uma forma de mitigar as emissoes de carbono e os problemas de saúde é a substituiçao de fogoes tradicionais por fogoes mais eficientes. Fogoes com queima mais eficiente podem ser usados como base para projetos de reduçao de carbono, reduzindo a emissao de CO ₂ e de alguns produtos da combustao incompleta (BC, CH ₄ e N ₂ O).
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq pela Bolsa de Produtividade e à FAPERJ pela auxilio Cientista do Nosso Estado.
REFERENCIAS
2. Energy Explained, Your Guide To Understanding Energy - Energy Information Administration; www.eia.gov, acessada em junho 2018.

3. The challenge for rural energy poverty in developing countries, WEC/FAO: Londres, 1999, p. 199.

4. Russel, A. Em Air pollution and cancer; Straif, K., Cohen, A., Samet J., eds.; IARC Scientific Publications, 161, 2013, cap. 4.

5. International Agency for Research Cancer; List of IARC Group 1 carcinogens. http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/latest_classif.php, acessada em junho 2018.

6. World Health Organization; Burning Opportunity: Clean Household Energy for Health, Sustainable Development, and Wellbeing of Women and Children; WHO: Geneva, 2016.

7. Ramanathan, V.; Carmichael, G.; Nat. Geosci. 2008, 1, 221.

8. United Nations Environment Programme and Climate and Clean Air Coalition; Integrated assessment of Short-lived climate pollutants in Latin America and the Caribbean. DEW/1969/NA, 2016. ISBN: 978-92-807-3549-9.

9. Gioda, A.; Tonietto, G. B.; Ponce de Leon, A.; Ciências e Saúde Coletiva, 2017, disponível em http://www.cienciaesaudecoletiva.com.br/artigos/exposicao-ao-uso-da-lenha-para-coccao-no-brasil-e-sua-relacao-com-os-agravos-a-saude-da-populacao/16532?id=16532, acessada em junho 2018.

11. IPCC; Summary for Policymakers. Cambridge University Press: Cambridge, 2013.

12. DARA; Climate vulnerability monitor 2010 the state of the climate crisis, DARA/Climate Vulnerable Forum: Madrid, 2010.

16. United Nations Climage Change; Kyoto protocol, disponível em https://unfccc.int/process/the-kyoto-protocol, acessada em junho 2018.

17. Conferência das Naçoes Unidas sobre Mudanças Climáticas - COP-21 e CMP11; disponível em https://nacoesunidas.org/cop21, acessada em junho 2018.

18. Estimativas anuais de emissoes de gases de efeito estufa no Brasil, 3 a ed, Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovaçoes e Comunicaçoes, Secretaria de Políticas e Programas de Pesquisa e Desenvolvimento, Coordenaçao Geral do Clima, 2016.

19. Bond, T. C.; Testimony for the hearing on black carbon and climate change, disponível em http://dust.ess.uci.edu/ppr/ppr_Bon07_wrt.pdf, acessada em junho 2018.

20. Kandlikar, M.; Reynolds, C. C. O.; Grieshop, A. P.; Copenhagen Consensus Center report, 2010, disponível em http://fixtheclimate.com/component-1/the-solutions-new-research/black-carbon, acessada em junho 2018.

23. World Liquefied Petroleum Gas Association; Accelerating the LPG Transition: Global Lessons from Innovative Business and Distribution Models, http://www.wlpga.org/wp-content/uploads/2015/09/accelerating-the-lpg-transition-2015-light.pdf, acessada em junho 2018.

25. United States Agency for International Development; Evaluating sustained adoption of LPG stoves in rural Ghana, disponível em http://www.tractionproject.org/research-areas/evaluating-sustained-adoption-lpg-stoves-rural-ghana, acessada em junho 2018.

28. Empresa de Pesquisa Energética; Balanço Energético Nacional, ano base 2016, relatório 2017.

29. Myhre, G.; Shindell, D.; Bréon, F. M.; Collins, W.; Fuglestvedt, J.; Huang, J.; Koch, D.; Lamarque, J. F.; Lee, D.; Mendoza, B.; Nakajima, T.; Robock, A.; Stephens, G.; Takemura, T.; Zhang, T.; Anthropogenic and Natural Radiative Forcing, Cambridge University Press: Cambridge, 2013.

30. IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories - Vol. 3 - Industrial Processes and Product Use, disponível em http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/public/2006gl/vol3.html, acessada em junho 2018.

31. GHG Protocol, disponível em http://www.ghgprotocolbrasil.com.br/inventarios?locale=pt-br, acessada em junho 2018.

35. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística; Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios, http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/pesquisas/pesquisa_resultados.php?id_pesquisa=40, acessada em junho 2018.

38. Objetivos de desenvolvimento do Milênio, Relatório Nacional de Acompanhamento, Ipea: Brasília, 2010.

39. Smith, K. R.; Uma R.; Kishore, R. R.; Lata, K.; Joshi, V.; Zhang, J.; Rasmussen, R. A.; Khalil, M. A.; http://www.kirkrsmith.org/publications/2000/06/23/greenhouse-gases-from-small-scale-combustion-devices-in-developing-countries-phase-iia-household-stoves-in-india, acessada em junho 2018.

41. Bailis, R.; Pennise, D.; Ezzati, M.; Kammen, D. M.; Kituyi, E.; 2nd World Conference and Technology Exhibition on Biomass for Energy and Industry, Rome, Italy, 2004.

44. Sanga, G. A.; Dissertaçao de Mestrado, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, Brasil, 2004.

47. Johnson, D.; Covington, A.; Clark, N.; Energy Technol. 2014, 2, 1027.

48. Merrin, Z.; Gloss, S. L.; Francisco, P. W.; Proceedings of The 14th International Conference of Indoor Air Quality and Climate, Ghent, Belgium, 2016.

52. Inatomi, T. A. H.; Dissertaçao de Mestrado, Universidade de Sao Paulo, Sao Paulo, Brasil, 2000.

53. Leite, M. A.; II Semana do Meio Ambiente da Universidade Estadual Paulista, Ilha Solteira, 2005.

56. Santiago, F.; Jalfim, F.; Freitas, R.; Gomes-Silva, N.; Blackburn, R.; Azevedo, M. A.; Nanes, M. E Dias, I.; X Congresso Nacional de Meio Ambiente, Poços de Caldas, Brasil, 2013.

57. Ekouevi, K.; Freeman, K. K.; Soni, R.; Understanding the Differences Between Cookstoves, LiveWire, A Knowledge Note Series for the Energy and Extractive Global Practice, World Bank Group, Washington D. C. , 2014.

58. http://www.aneel.gov.br/ranking-das-tarifas, acessada em junho 2018.

59. http://www.anp.gov.br/?pg=80362&m=&t1=&t2=&t3=&t4=&ar=&ps=&1461165378852, acessada em junho 2018.

60. https://www.gasnaturalfenosa.com.br/br/rio+de+janeiro/grandes+clientes/distribuicao+de+gas+natural/tarifas/1297092073998/ceg+.html, acessada em junho 2018.

63. Joon, V.; Kumari, H.; Chandra, A.; Bhattacharya, M.; International Conference on Chemistry and Chemical Process, vol. 10, IACSIT Press, Singapore, 2011.

64. Ni, K.; Carter, E. M.; Schauer, J. J.; Ezzati, M.; Zhang, Y.; Niu, H.; Lai, A. M.; Shan, M.; Wang, Y.; Yang, X.; Baumgartner, J.; Proceedings of The 14th International Conference of Indoor Air Quality and Climate, Ghent, Belgium, 2016.

65. Bond, T. C.; Lam, N. L.; Thompson, R.; Upadhyay, B.; Proceedings of The 14th International Conference of Indoor Air Quality and Climate, Ghent, Belgium, 2016.

66. Houck, J. E.; Tiegs, P.; McCrillis, R.; Keithley, C.; Crouch, J.; The Proceedings of a U. S. EPA and Air Waste Management Association Conference, Washington, D. C., 1998.

69. Santiago, N. A.; de Carvalho, R. L. T.; da Silva, A. C.; de Sousa, K. P.; Congresso Técnico Científico da Engenharia e da Agronomia, Fortaleza, Brasil, 2015.

70. Carvalho, L. T.; Jensen, O. M.; Tarelho, L. A. C.; Cabral da Silva, A.; Proceedings Indoor Air, Hong Kong, 2014.

77. Mullen, N. A.; Li, J.; Singer, B. C.; Impact of Natural Gas Appliances on Pollutant Levels in California Homes, LBNL- 5970e, Lawrence Berkeley National Laboratory: Berkeley, 2012.

78. Zhang, J.; Smith, K. R.; Uma, R.; Ma, Y.; Kishore, V. V. N.; Lata, K.; Khalil, M. A. K.; Rasmussenand, R. A.; Thorneloe, S. T.; Chemosphere 1999, 1, 367.

# data[].attributes.attachment_link.title
Química Nova- Comparação dos níveis de poluentes emitidos pelos diferentes combustíveis utilizados para cocção e sua influência no aquecimento globalComparison of the pollutant levels emitted by different fuels used for cooking and their influences on global warming

# data[].attributes.attachment_link.description
Adriana Gioda * Departamento de Química, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, 22451-900 Rio de Janeiro - RJ, Brasil Recebido em: 19/01/2018 Aceito em: 0619/0607/20182018 Publicado em: 19/07/2018 Endereço para correspondência *e-mail: agioda@hotmail.com RESUMO Global warming is one of the most worrying environmental problems nowadays.

# data[].attributes.attachment_caption
Química Nova - A Química Ambiental no Brasil nos 40 anos da SBQ

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Maria C. Canela 1,*; Anne H. Fostier

¹Laboratório de Ciências Químicas, Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Av. Alberto Lamego 2000, 28013-602 Campos dos Goytacazes - RJ, Brasil.
²Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas, 13083-970 Campinas - SP, Brasil.
³ Departamento de Química, Universidade Federal do Paraná, 81531-980 Curitiba - PR, Brasil.

Recebido em 02/04/2016
aceito em 11/05/2017
²; Marco T. Grassi ³
This paper aims to present an overview of the ongoing of the Brazilian environmental chemistry over the last forty years inserted in the context of the Brazilian Chemical Society (SBQ). Initially, a brief history presents the main milestones and premise of its "birth" in the 1980s, as well as the set of major actions taken within the SBQ to consolidate and strengthen this area of research. Then, in a separated approach between atmosphere, hydrosphere and lithosphere, we present the evolution of the main topics covered in Environmental Chemistry in Brazil, as well as the contribution of the chemists in the interdisciplinary scenario that constitutes this area. Finally, an overview of the evolution of the teaching of Environmental Chemistry in Brazil is presented.
Endereço para correspondência RESUMO Palavras-chave: environmental chemistry, atmosphere, hydrosphere, lithosphere HISTORICO DA QUIMICA AMBIENTAL NO BRASIL
No Brasil, a Química Ambiental se desenvolveu a partir de um vínculo estreito com a Química Analítica, que se consolidou com base em uma escola consolidada e tradicional, com uma visao clássica sobre seu papel e voltada, em primeira instância, para o desenvolvimento de protocolos analíticos e elucidaçao de problemas estabelecidos dentro do laboratório. Portanto, boa parte dos primeiros químicos ambientais tinha uma forte ligaçao com a Química Analítica e eram poucos aqueles com experiência em trabalhos de campo e amostragem ambiental. Nos anos 1980, a pesquisa em Química Ambiental conduzida em nosso país tinha como base o monitoramento de espécies químicas presentes na hidrosfera, atmosfera e biota. ¹ Existem documentos evidenciando a escassez de atividades de pesquisa dedicadas ao estudo da reatividade química e comportamento de poluentes nao apenas nos três compartimentos mencionados anteriormente, mas igualmente em suas interfaces. ² Estas circunstâncias resultaram em um desenvolvimento mais lento da Química Ambiental brasileira, quando comparada com a de outros países, especialmente os desenvolvidos. Nao obstante estes aspectos, nos dias atuais a Química Ambiental ocupa posiçao de destaque no cenário científico nacional, tendo igualmente alcançado projeçao internacional. Vários eventos científicos também têm contribuído para isso, tais como as Reunioes Anuais da Sociedade Brasileira de Química, SBQ, os Encontros Nacionais de Química Analítica (ENQA), o Congresso Brasileiro de Química Ambiental, posteriormente denominado International Environmental Chemistry Congress in Brazil, além dos Encontros Nacionais de Química Ambiental (ENQAmb), entre outros. Estes eventos têm representado um importante fórum de discussao, inclusive relacionada aos desafios e perspectivas da Química Ambiental no Brasil. Outros fatores relevantes foram a criaçao da Divisao de Química Ambiental da SBQ em 1994 e a formaçao de um expressivo número de pesquisadores oriundos dos grupos que se consolidaram nos anos 80 e 90. Estes pesquisadores lideram hoje grupos atuantes distribuídos em todo o território nacional. Também deve ser citada a criaçao da disciplina Química Ambiental, que passou a integrar a grade curricular dos cursos de graduaçao em Química no Brasil a partir dos anos 1990 e 2000. ³ Programas governamentais como os Institutos do Milênio e, mais recentemente, o dos Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia (INCT) também têm contribuído para este desenvolvimento, especialmente em funçao da possibilidade concreta de financiamento para o estabelecimento de redes de pesquisa. Nesse contexto pelo menos três institutos podem ser destacados, sendo eles o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Energia e Ambiente (INCT-E&A), o Instituto Nacional de Ciências e Tecnologias Analíticas Avançadas (INCTAA) e o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Transferência de Materiais Continente-Oceano (INCT-TMOcean), com forte atuaçao de pesquisadores atuantes na área de química.
CENARIO DE ESTUDO DA QUIMICA AMBIENTAL NO BRASIL
Para contemplar o cenário das pesquisas em Química Ambiental no Brasil, decidimos dividir os estudos em hidrosfera, atmosfera e litosfera, embora estes compartimentos sejam integrados e nao haja um mais importante que o outro e tampouco podem ser vistos separadamente. Além disso, este texto nao tem a pretensao de fazer uma revisao exaustiva das publicaçoes nestas áreas dentro da Química Ambiental, mas sim de apresentar um panorama da evoluçao e dos temas que foram e estao sendo estudados nestes 40 anos da Sociedade Brasileira de Química, apresentando exemplos de alguns destes trabalhos.
Atmosfera
O estudo da química atmosférica no Brasil é muito mais antigo do que podemos imaginar. Segundo relatam Marques e Filgueiras, ⁴ ela começou a ser estudada no Brasil com uma perspectiva ambiental na metade do século XVIII e início do século XIX, por um médico chamado José Pinto de Azeredo. Azeredo estudou medicina na Universidade de Edimburgo em 1786, onde redigiu uma memória sobre os efeitos do CO ₂, chamado antigamente de ar fixo, sobre o sistema nervoso. Marques e Filgueiras ⁴ destacam que este trabalho foi pioneiro tanto no hemisfério ocidental, como no mundo, ao colocar a química à serviço da determinaçao da qualidade do ar e mostrar a preocupaçao ambiental com o ar que respiramos.

Dentro da mesma perspectiva de análises químicas para avaliaçao da qualidade do ar, a CETESB (Companhia Ambiental do Estado de Sao Paulo) iniciou o monitoramento da qualidade do ar em 1972, medindo diariamente os níveis de dióxido de enxofre (SO ₂) e fumaça preta, na regiao Metropolitana de Sao Paulo. No início da década de 1980, a companhia ampliou o número de parâmetros a serem medidos, automatizou as medidas e estudos específicos começaram a ser realizados com a Universidade de Sao Paulo (USP), iniciando estudos de fontes, mecanismos de formaçao e reaçoes na atmosfera. ⁵

Os trabalhos relacionados à química atmosférica, nao só da cidade de Sao Paulo, começaram a aparecer a partir da década de 1980 e sempre foram trabalhos interdisciplinares, onde estavam envolvidos tanto químicos, como físicos, biólogos, meteorologistas, agrônomos, engenheiros e médicos. Em 1981, Trindade e colaboradores ⁶ publicaram um estudo realizado na cidade do Rio de Janeiro sobre a presença de onze metais em material particulado em suspensao coletado em diferentes locais da cidade de 1975 a 1978. O Grupo para Estudos da Poluiçao do Ar da USP realizou estudos de 1980 a 1982, tanto em áreas naturais na Amazônia e Goiás, como também estudaram partículas finas e grossas de aerossóis naturais (na reserva da Juréia) e urbanos de várias capitais brasileiras (Vitória, Salvador, Porto Alegre, Sao Paulo e Belo Horizonte). 7,8 Muitos estudos estavam centrados na presença de metais tóxicos na atmosfera e que poderiam causar danos à saúde humana. Alguns trabalhos como os de Carvalho e colaboradores 9,10 foram realizados por químicos em parceria com pesquisadores de departamentos de medicina. Estudos de metais na atmosfera também foram realizados na Amazônia, principalmente devido a utilizaçao de mercúrio na extraçao de ouro. 11,12 Também foi na década de 1980 que foram publicados os primeiros trabalhos de aldeídos na atmosfera nas cidades brasileiras, principalmente devido ao aumento na utilizaçao de álcool como combustível após o Proálcool em 1975. 13,14 O trabalho de Tanner e colaboradores, ¹⁵ além de aldeídos, também estudou a presença de nitrato de peroxiacetila (PAN) e nitratos orgânicos na atmosfera urbana da cidade do Rio de Janeiro. Neste mesmo período aparecem os primeiros trabalhos com hidrocarbonetos policíclicos aromáticos no Brasil.

Finalmente em termos históricos, pesquisadores brasileiros juntamente com a NASA (U.S. National Aeronautics and Space Administration) realizaram o primeiro estudo de grandes dimensoes no Brasil chamado ABLE-2 (Amazon Boundary Layer Experiment) que tinha como objetivo analisar aerossóis e gases naturais biogênicos na atmosfera Amazônica durante as estaçoes de seca 16,17 e posteriormente foi criado o ABLE-2B (1987) para estaçoes úmidas. ¹⁸

Após 40 anos de Sociedade Brasileira de Química, o que pode ser visto é que os trabalhos em Química Atmosférica envolvem diferentes grupos de pesquisa, na maior parte das vezes interdisciplinares, e que mesmo antes da criaçao da Divisao de Química Ambiental vários pesquisadores destes grupos já atuavam dentro da Divisao de Química Analítica, contribuindo em um primeiro momento para que as ferramentas analíticas pudessem ser usadas a favor dos estudos ambientais da química atmosférica no Brasil. ¹⁹⁻²⁵

Os estudos de poluentes atmosféricos em ambientes externos realizados no Brasil estao centrados em gases inorgânicos, aerossóis, material particulado e reaçoes na atmosfera e sao realizados nas grandes cidades, evidentemente devido ao maior índice de contaminaçao por veículos automotores e maior concentraçao de indústrias. Regioes metropolitanas como Rio de Janeiro, Sao Paulo e Salvador têm sido as mais estudadas, embora outras cidades como Cubatao, Londrina, Sao José dos Campos, Araraquara, Belo Horizonte, Florianópolis, Manaus, etc. também tem sido objeto de estudo devido à baixa qualidade do ar e/ou localizaçao de grupos de pesquisa que trabalham próximos a estas cidades. A atmosfera de algumas cidades e sua vizinhança tem sido também estudada devido a poluiçao gerada pela queima de cana-de-açúcar ou mesmo pela atividade de mineraçao.

Nestes casos, os poluentes mais estudados sao SO ₂, NO X, O ₃, NH ₃, hidrocarbonetos e material particulado (PTS, MP ₁₀ e MP 2,5), além da análise química das precipitaçoes. A maior parte destes trabalhos visa identificar nao apenas a quantidade do poluente, mas suas fontes, especiaçao, efeitos que os mesmos causam, localizaçao geográfica e condiçoes climáticas, mostrando que só a presença ou nao de determinado poluente nao é o único fator que interfere na má qualidade do ar. ²⁶⁻³¹ Muitos desses trabalhos fazem uma análise ambiental de dados já coletados por estaçoes meteorológicas de órgaos ambientais estaduais ou mesmo municipais. ²⁶⁻²⁹ Estudos químicos de precipitaçoes em ambientes impactados também têm sido importantes para avaliar a contaminaçao atmosférica, reaçoes químicas e fontes de contaminaçao. ³²⁻³⁶ Em se tratando de regiao metropolitana, há muitos estudos que buscam relacionar a composiçao química do poluente aos efeitos tóxicos à saúde humana, embora poucos tem a participaçao de químicos. ³⁷⁻⁴¹

A utilizaçao de álcool como combustível, o aumento de emissoes veiculares e também queima de biomassa fizeram com que diversos grupos de pesquisa de química ambiental começassem a trabalhar nao só com compostos inorgânicos, mas também com compostos orgânicos voláteis (COV) e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos associados ou nao ao material particulado. 36,42-45 A presença dos COV na atmosfera, incentivou estudos fotoquímicos, especiaçao e reaçoes formadoras de compostos secundários. Os principais COV encontrados em atmosferas externas sao o formaldeído e o acetaldeído 43,46,47, seguido por hidrocarbonetos aromáticos, como BTEX (benzeno, tolueno, etil-benzeno e xilenos) e isoprenos. ⁴⁸⁻⁵⁰

Finalmente, a associaçao de compostos orgânicos ao material particulado é um tema bastante explorado, já que estes materiais funcionam como transportadores desses compostos, carregando-os para áreas remotas. Vários grupos têm caracterizado estes materiais, tanto em grandes cidades, ⁵¹⁻⁵³ como na regiao agrícola, uma vez que a liberaçao e composiçao do material particulado torna possível traçar fontes da queima de biomassa. 54,55

No que diz respeito à Amazônia, a partir de 1995, foi criado no Brasil, o Programa LBA (Experimento de Larga Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia), gerenciado pelo MCTI e coordenado pelo Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia/INPA, com a participaçao de 280 instituiçoes nacionais e estrangeiras, com a participaçao de vários pesquisadores brasileiros e estrangeiros (físicos, químicos, biólogos, meteorológicos, etc.). Na questao atmosférica, os pesquisadores têm estudado desde os principais gases do efeito estufa, a interferência na atmosfera das regioes alagadas, compostos orgânicos voláteis (COV) da floresta e interaçao com a poluiçao das cidades e a ciclagem de nitrogênio. ⁵⁶⁻⁵⁸ Ainda sobre a Amazônia, dentro do LBA, em 2014 foi lançado o programa de pesquisa GoAmazon (Green Ocean Amazon Experiment) que integra também a comunidade de química ambiental e tem como objetivo desenvolver as pesquisas relacionadas com a dinâmica da floresta e sua interaçao com a atmosfera através de experimentos e modelos climáticos. Observa-se, portanto, que os trabalhos em química ambiental desenvolvidos na Amazônia, devido à complexidade do espaço e interface, sao sempre realizados por uma rede de pesquisadores, na maior parte das vezes bastante interdisciplinar. ⁵⁸⁻⁶³

Finalmente, a química atmosférica de ambientes confinados vem também sendo explorada por químicos brasileiros, embora em menor intensidade que os ambientes externos. Segundo Brickus e Aquino Neto, ⁶⁴ o estudo da qualidade do ar em ambientes confinados começou no Brasil na década de 1990, com químicos, microbiologistas, engenheiros, arquitetos e toxicologistas. Os compostos mais analisados sao o CO ₂, CO, compostos orgânicos voláteis e semi-voláteis totais e alguns especiados, material particulado, radônio e microrganismos. Grosjean, Miguel e Tavares ⁶⁵ realizaram um estudo pioneiro no Brasil em que mediram a presença de compostos carbonilados dentro de ambientes internos e observaram que as concentraçoes destes compostos nestes ambientes eram tao altas quanto as externas, sendo influenciada pelo tráfego de veículos e utilizaçao de etanol como combustível. Mais tarde, outros trabalhos avaliaram a presença de poluentes orgânicos e inorgânicos na atmosfera de edifícios, escritórios, restaurantes e hotéis na regiao Sudeste do Brasil ⁶⁶⁻⁶⁸ e observaram a presença de vários destes poluentes acima do limite estabelecido internacionalmente. Vários estudos envolvendo a poluiçao atmosférica em ambientes confinados no Brasil, com apresentaçao em várias Reunioes Anuais da SBQ, também foram reportados por Gioda e Aquino Neto ⁶⁹ em uma revisao publicada em 2003. Estudos mais sistemáticos foram realizados posteriormente, incluindo a análise de formaldeído e acetaldeído, 70,71 além de compostos orgânicos voláteis totais e especiaçao (principalmente de benzeno, tolueno, etil-benzeno e xileno (BTEX)) e material particulado em diferentes espaços. ⁷²⁻⁷⁴ Os locais mais estudados têm sido escolas, 75,76 hospitais, ⁷¹ gráficas, ⁷⁷ residências para idosos, ⁷⁴ bancos e escritórios, ⁷⁸ estacionamentos e túneis. 79,80
Hidrosfera
Um dos primeiros trabalhos brasileiros associados à presença de espécies químicas em ambientes aquáticos data de 1972, onde resíduos de pesticidas clorados, especialmente de BHC e DDT foram encontrados em amostras de águas destinadas ao consumo humano no estado de Sao Paulo. ⁸¹ Mais adiante, em 1979, os níveis de mercúrio total foram determinados em amostras de água e peixes coletadas no Estuário de Sao Vicente, igualmente em Sao Paulo. ⁸² Nas duas décadas seguintes publicaçoes envolvendo o mercúrio cresceram em número no país, especialmente em funçao do seu uso indiscriminado no garimpo do ouro, nas regioes centro-oeste e norte do Brasil. Pfeiffer e colaboradores ⁸³ avaliaram a presença de mercúrio em águas, sedimentos e peixes em regioes de garimpo, em Rondônia, e encontraram concentraçoes elevadas deste elemento em algumas espécies de peixes, com valores superiores em até cinco vezes aos recomendados para consumo humano. Outras publicaçoes abordam a distribuiçao do Hg entre a coluna de água, o sedimento e a biota em uma área de garimpo em Poconé, ⁸⁴ Poconé e Alta Floresta ⁸⁵ (MT) e nos reservatórios de usinas hidrelétricas no Pará. ⁸⁶ Em 1997, Lacerda publica artigo de revisao avaliando a evoluçao da contaminaçao por mercúrio no Brasil, com ênfase para as fontes industriais e garimpo do ouro. ⁸⁷ Outros autores realizaram estudos no estado do Amapá, no extremo norte do Brasil, determinando os níveis de mercúrio na populaçao e em amostras ambientais e estudando os fluxos deste elemento em uma bacia localizada em área de floresta natural e em área utilizada na mineraçao de Mn. 88,89 Fadini e colaboradores ⁹⁰ avaliaram as fontes e o ciclo do mercúrio na bacia do Rio Negro e, a despeito das elevadas concentraçoes encontradas em rios, lagos, no solo e na precipitaçao total, concluíram que a principal contribuiçao para com o enriquecimento do Hg na regiao é a sua lixiviaçao a partir do solo. ⁹⁰ Lacerda e colaboradores haviam chegado a conclusoes similares a partir de estudos realizados na regiao do Rio Madeira. ⁹¹ Aspectos relacionados a fontes e ciclo do mercúrio, assim como aos processos envolvendo sua metilaçao, também foram e têm sido avaliados em outras regioes do país, com destaque para o Rio de Janeiro, além da própria regiao amazônica. 91,92

Ao longo dos últimos 40 anos, outras espécies metálicas tais como cádmio, cobre, chumbo, cromo e zinco, entre outros, também têm sido estudadas, em corpos de água doce e estuários, com especial destaque para suas respectivas fontes, 93,94 distribuiçao, biodisponibilidade e destino. ⁹⁵⁻¹⁰² Outro elemento de interesse do ponto de vista ambiental e de saúde pública é o arsênio, que tem sido estudado em águas doces, estuarinas, sedimentos, águas de abastecimento público e mesmo em humanos. ¹⁰³⁻¹¹²

Nao obstante o artigo de Lara e Barreto, ⁸¹ mencionado anteriormente como pioneiro no contexto ambiental, estudos envolvendo contaminantes orgânicos têm sido conduzidos em anos mais recentes, quando comparados àqueles envolvendo espécies metálicas, em ambientes aquáticos brasileiros. A presença de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) em amostras de chorume de um lixao em Niterói (RJ) foi registrada em 2002. ¹¹³ Hidrocarbonetos aromáticos (HPA) e alifáticos (n-alcanos) têm sido determinados frequentemente em ambientes aquáticos doces e estuarinos, em todo o território nacional, com a aplicaçao de estratégias voltadas para a determinaçao das fontes de contaminaçao. ¹¹⁴⁻¹³⁰ Em outros casos, as determinaçoes de HPA têm sido realizadas visando a avaliaçao de alteraçoes em ecossistemas aquáticos, em particular nos sedimentos. 129,131,132 Outras classes de contaminantes orgânicos, como os poluentes orgânicos persistentes (POP) também têm sido estudados em ambientes aquáticos. Entre os POP podem ser mencionados os compostos organoclorados, bifenilas policloradas (PCB), DDT e DDE, entre outros. ¹³³⁻¹⁴⁰ Em artigo de revisao publicado em 2007 em Química Nova, Almeida e colaboradores apresentaram uma avaliaçao relacionada à presença de inúmeros contaminantes orgânicos, denominados substâncias tóxicas persistentes, tanto em matrizes ambientais (solos, sedimentos, água, ar e biota), quanto em matrizes tais como leite, sangue e cabelo humanos. ¹⁴¹ Presentes até recentemente em tintas anti-incrustantes (de segunda geraçao) utilizadas em embarcaçoes, os compostos organoestânicos têm sido bastante avaliados em amostras de águas e sedimentos, principalmente em ambientes aquáticos estuarinos, por estarem inequivocamente relacionados ao imposex, fenômeno que consiste no surgimento de caracteres sexuais masculinos em fêmeas de neogastrópodes. ¹⁴²⁻¹⁵²

Nos anos mais recentes tem havido um crescimento dos estudos envolvendo os contaminantes químicos emergentes, ou simplesmente contaminantes emergentes, em ambientes aquáticos, dados que estas substâncias, frequentemente presentes em águas naturais e de abastecimento público, assim como de sedimentos, entre outros, nao sao determinadas nos programas oficiais de monitoramento da qualidade da água. Muitas destas substâncias sao suspeitas de provocar interferência no sistema endócrino de organismos intactos, incluindo os seres humanos. ¹⁵³⁻¹⁵⁸
Litosfera
A química do solo, nascida na segunda metade do século XIX, interessou-se tradicionalmente às reaçoes químicas que ocorrem em solos e afetam a nutriçao e o crescimento das plantas. ¹⁵⁹

Somente a partir da década de 1980, que a comunidade científica tomou ciência da dimensao dos problemas associados à poluiçao dos solos resultante de diversas atividades antrópicas (agrícolas, industriais e de mineraçao, deposiçao de resíduos sólidos, etc). Entre os principais poluentes de natureza orgânica ou inorgânica encontram-se nutrientes tais como nitrogênio e fósforo; metais e semi-metais tais como Cd, Cr, Hg, Pb e As; óleos e derivados; ácidos inorgânicos e elementos radioativos ¹⁵⁹. Além disso, um número cada vez maior de contaminantes emergentes incluindo pesticidas, fármacos, ou ainda nanopartículas manufaturadas vem aumentando esta lista ao longo dos anos.

Assim como em outros compartimentos, o entendimento das reaçoes químicas que sofrem estes contaminantes no solo constitui um ponto chave na previsao do seu destino e dos seus efeitos no ambiente. Entretanto, no caso do solo, devido à sua natureza trifásica (sólida/líquida/gasosa), a dinâmica e os mecanismos de contaminaçao, sao também intimamente ligados às condiçoes hidrológicas e pedo/geológicas. 159,160 E isso explica provavelmente a alta multidisciplinaridade dos estudos inicialmente desenvolvidos em relaçao à contaminaçao dos solos, embora assim como para qualquer outro compartimento, tratando-se de Química Ambiental, uma abordagem interdisciplinar seja desejável. ¹⁶¹

No Brasil, casos de poluiçao de solos e águas subterrâneas começaram a ser estudados a partir do meio da década de 1980 ¹⁶², mas é principalmente na década de 1990 que trabalhos começaram a ser publicados. Vários foram associados aos graves acidentes que resultaram em contaminaçao ambiental e humana tais como os casos de poluiçao por Cs-137 em Goiânia (GO), 163,164 por hexaclorociclohexano em Duque de Caxias (RJ), ¹⁶⁵ ou ainda por compostos orgânicos voláteis em Porto Feliz. ¹⁶⁶ Estudos foram também desenvolvidos sobre metais provenientes da deposiçao de lodo de estaçao de tratamento de efluentes 167,168 ou de resíduos sólidos industriais. ¹⁶⁹ Os riscos de poluiçao ambiental resultante da lixiviaçao dos rejeitos de mineraçao e da indústria de fundiçao começaram também a serem estudados neste período. Amaral e colaboradores ¹⁷⁰, por exemplo, estudaram os impactos ambientais dos rejeitos da mineraçao de Urânio iniciada em Poços de Caldas em 1982.

Como já ressaltado anteriormente, a corrida ao ouro na Amazônia, iniciada em 1975, começou a suscitar fortes preocupaçoes ambientais na década de 80, principalmente em relaçao à contaminaçao do ambiente por mercúrio. Entretanto, é somente na década de 90 que estudos ambientais começaram a reportar concentraçoes de Hg em solos da Amazônia ¹⁷¹⁻¹⁷³ e de outras regioes. ¹⁷⁴ Porém, a análise destes trabalhos revela que estes estudos foram principalmente desenvolvidos dentro da geociência, da agronomia ou mesmo da área da saúde, com baixa participaçao de químicos nos mesmos.

Por outro lado, no final dos anos 90, observa-se uma participaçao crescente dos Químicos em estudos sobre solos voltados para o estudo de processos que influem sobre a mobilidade dos poluentes (orgânicos e inorgânicos) neste compartimento ¹⁷⁵⁻¹⁷⁷, sua biodisponibilidade, ¹⁷⁸ sua especiaçao química ¹⁷⁹, entre outros. Primeiros estudos sobre o ciclo biogeoquímica do Hg na regiao amazônica, foram também publicados nesta época, ¹⁸⁰ embora outros grupos já estavam pesquisando sobre a mesma problemática. 90,181 Estudos sobre a caracterizaçao da matéria orgânica, em particular das substâncias húmicas, e sua importância no transporte de contaminantes em solos brasileiros começam também a serem desenvolvidos por ou em colaboraçao com químicos. 182,183

Qualquer que seja o compartimento considerado, estudos sobre poluentes (presença, transporte, reaçoes químicas, etc) necessitam na maioria dos casos que os mesmos possam ser quantificados na matriz considerada. Dada a complexidade do solo e a baixa concentraçao de vários poluentes (µg kg⁻¹, ng kg⁻¹), a quantificaçao de substâncias neste meio leva a uma forte demanda de desenvolvimento de métodos analíticos, tanto na parte instrumental, quanto de preparo das amostras. 184,185 Neste quesito a química ambiental como um todo, mais particularmente em relaçao ao estudo dos solos, deve um forte tributo à química analítica. De fato, ao longo dos últimos anos observa-se um número crescente de publicaçoes nas quais o desenvolvimento de métodos analíticos encontra-se perfeitamente integrado dentro do contexto ambiental. Embora longe de ser uma lista exaustiva, alguns trabalhos permitem exemplificar esta tendência internacional no contexto de estudos desenvolvidos sobre solos brasileiros 166,179,182,184,186-191

Paralelamente à academia, agências ambientais de diferentes estados (Rio de Janeiro (FEEMA, atual INEA), Sao Paulo (CETESB) e Rio Grande do Sul (FEPAM) se mobilizaram para estabelecer métodos de avaliaçao de risco de sítios contaminados e de remediaçao dos mesmos. ¹⁹² Este trabalho pioneiro por parte das agências teve continuaçao nos anos seguintes, ¹⁹³ e em conjunto com vários outros desenvolvidos por diferentes grupos de pesquisa, serviram de base para a elaboraçao, quase dez anos depois, da Resoluçao CONAMA 420/2009, ¹⁹⁴ a qual estabelece " critérios e valores orientadores de qualidade do solo quanto à presença de substâncias químicas e estabelece diretrizes para o gerenciamento ambiental de áreas contaminadas por essas substâncias em decorrência de atividades antrópicas". Esta resoluçao inclui atualmente uma lista de 20 contaminantes inorgânicos e 55 orgânicos, para os quais valores limites em solos e água subterrânea foram fixados, baseados em avaliaçoes de riscos à saúde humana e ao meio ambiente.

Sabe-se, entretanto, que esta lista está longe de contemplar a totalidade das substâncias potencialmente tóxicas e susceptíveis de serem depositadas em solos. Além disso, inúmeras novas substâncias, de natureza xenobiótica ou nao, vem sendo comercializadas anualmente sem que suas interaçoes com o meio ambiente, e particularmente os solos, nem sua toxicidade sobre os organismos (macro e micro) tenham sido avaliadas. ¹⁹⁵ Estes, frequentemente denominados micro e nanopoluentes (em razao das suas concentraçoes ng ou µg kg⁻¹ ou L⁻¹) incluem, pesticidas, nanopartículas manufaturadas e fármacos, entre outros. ¹⁹⁶

Muitos estudos vêm sendo desenvolvidos sobre estes contaminantes em solos de regioes temperadas sobre sua mobilidade e sua biodisponibilidade, destinados a modelar seu comportamento e prever a sua concentraçao e toxicidade em solos. Entretanto, em razao de diferenças fundamentais relativas à química dos solos de regioes tropicais e subtropicais (baixa atividade das argilas minerais, baixo teor de matéria orgânica, baixo pH, alto teor em óxido/hidróxidos de Fe) estes modelos sao raramente aplicáveis para solos destas regioes. ¹⁹⁷ Frente a este cenário, é, portanto, urgente que estudos sobre o comportamento de tais contaminantes sejam desenvolvidos em solos de regioes tropicais e subtropicais, tais como encontrados no Brasil. Tais estudos devem contemplar: 1) os mecanismos de interaçao entre o contaminante e o solo, os quais sao na maioria das vezes de natureza química, e dependem tanto das propriedades físico-químicas do contaminante, quanto das propriedades do solo; 2) sua degradabilidade, seja por processos biológicos, químicos, ou fotoquímicos. Por outro lado, como já ressaltado anteriormente, estudos desta natureza necessitam que métodos analíticos, os quais incluem métodos de extraçao e pré-concentraçao, sejam previamente desenvolvidos e devidamente validados.
A EVOLUÇAO NO ENSINO DE QUIMICA AMBIENTAL NO BRASIL NESTES 40 ANOS
O ensino de Química Ambiental no Brasil se iniciou nos fins da década de 1980 e o curso de Química do Instituto de Química da Unicamp foi o pioneiro ao oferecer uma disciplina chamada Química Ambiental, em 1987. ¹⁹⁸ A criaçao desta disciplina e uma ementa adequada para ela, já antecipava a Constituiçao de 1988, na qual institui que o Poder Público deve inserir na questao ambiental, a Educaçao Ambiental em todos os níveis de ensino. Embora fazer ou ensinar Educaçao Ambiental nao fosse o mesmo que ensinar Química Ambiental, neste momento há um impulso para que a comunidade química se volte aos processos químicos que ocorrem no ambiente, se ressalte a importância da química e os desequilíbrios que ele pode sofrer se nao houver um mínimo de cuidado e conhecimento deste ambiente. Conhecendo o ambiente quimicamente, seria muito natural ensinar Educaçao Ambiental e preparar profissionais capacitados para preservar o ambiente. Desde entao a Química Ambiental já era vista como uma disciplina Inter, Multidisciplinar e que deveria ser considerada de forma holística e integrada. ³ No entanto, neste período nao havia material em português para o ensino de Química Ambiental e muito menos artigos ou material digital para auxiliar o aluno a aprender ou o professor a ensinar. Após a criaçao da Divisao de Química Ambiental (DAmb) em 1994, houve um workshop em 2001 durante a 24ª. Reuniao da Sociedade Brasileira de Química, com a finalidade de discutir o Ensino de Química Ambiental no Brasil e ressaltar a necessidade destes materiais.

Nos anos que se seguiram, a disciplina de Química Ambiental passou a ser considerada quase que obrigatória nos cursos de Química e Licenciatura em Química, principalmente após o reconhecimento da importância da questao ambiental na Lei de Diretrizes e Bases da Educaçao Nacional (LDB 9394/96), onde se ressalta que o estudo do ambiente natural é fundamental para a educaçao básica, e a publicaçao dos Parâmetros Curriculares Nacionais do Ensino Médio em 1999 que incluía a temática ambiental como um dos temas transversais no ensino. ¹⁹⁹

A partir daí, surgem os primeiros livros de Química Ambiental traduzidos para o português, a Química Nova na Escola publicou inúmeros artigos relacionados à Química Ambiental que enriquecem o ensino tanto na Educaçao Básica como Superior, além dos Cadernos Temáticos versando especialmente sobre vários temas de Química Ambiental. Três Cadernos já foram publicados ²⁰⁰, sendo o primeiro chamado de Química Ambiental (no. 1, 2001), o segundo, Química, Vida e Ambiente (no.5, 2003) e finalmente o terceiro, Recursos Minerais, Agua e Meio Ambiente (no. 8, 2014). Materiais digitais também foram disponibilizados na forma de páginas de internet, jogos eletrônicos, objetos de aprendizagem, ressaltando a questao ambiental tanto para ensinar Química Ambiental, ou mesmo ensinar química através da Química Ambiental.

Com o avanço na formaçao de doutores e mestres na área de Química Ambiental, houve um aumento também dos cursos de graduaçao em Química Ambiental. Na graduaçao, o MEC mantém em atividade, 7 cursos de Química Ambiental no Brasil, sendo 2 de caráter tecnológico e os demais de bacharelado, sendo que dois deles sao de bacharel em Química com ênfase em Química Ambiental e sao oferecidos pela USP. Dos 7 cursos, 2 sao oferecidos por instituiçoes privadas. ²⁰¹ Embora os cursos de química ambiental sejam fruto dos próprios associados da Sociedade Brasileira de Química, a sua interdisciplinaridade fez com que houvesse um aumento de cursos de graduaçao em Ciências Ambientais, os quais muitas vezes estao ligados a outras áreas que nao a Química. No MEC, estao cadastrados 8 cursos em Ciências Ambientais e 1 em Ciências Biológicas com ênfase em Ciências Ambientais. Na pós-graduaçao, nao há programas denominados diretamente de Química Ambiental. Geralmente, a Química Ambiental encontra-se como disciplina integrada em programas de Química, sendo que o único que tem ao menos como área básica é a UNESP (campus Sao José do Rio Preto), cadastrado como Análise de traços e Química Ambiental. ²⁰² O número de mestrados na área de conhecimento de Ciências Ambientais em funcionamento em 2017 é de 84 e de doutorado é de 42, tendo também 37 cursos de mestrado profissional. Os inúmeros químicos com formaçao na área de Química Ambiental estao atuando nestes diversos cursos pelo Brasil.
CONSIDERAÇOES FINAIS
Falar da atuaçao dos Químicos no Ambiente nao é tarefa simples, pois o alcance é tao grande que ultrapassa muito a fronteira do que foi relatado neste artigo, no qual procurou-se dar ênfase aos processos químicos que ocorrem nos diferentes compartimentos ambientais, por meio de influências antrópicas ou nao. Porém, há que se ressaltar que muitos Químicos Ambientais têm tido papel importante na minimizaçao dos efeitos de diferentes espécies químicas presentes no ambiente, nao só com a identificaçao dos problemas ambientais, mas também na produçao de tecnologias para o tratamento de diferentes poluentes em águas, solos e atmosferas. A atuaçao dos Químicos Ambientais no Brasil também tem sido importante nas alteraçoes e mudanças de legislaçoes vigentes ou mesmo nos cuidados com o ambiente após a detecçao e avaliaçao ambiental envolvendo determinados contaminantes. Porém nao menos importante, é a atuaçao de químicos em temas relacionados à Energia, onde os estudos sobre impactos da matriz energética atual, os trabalhos de utilizaçao de energias renováveis, eficiência energética e a grande preocupaçao com as mudanças climáticas, nao se completa sem a atuaçao de químicos preparados para estes temas.

Cabe ainda ressaltar alguns dos desafios que a Química Ambiental no Brasil vem enfrentando. Observa-se, por exemplo, que um grande número de dados e de estudos já permite ter informaçoes consistentes sobre as fontes, as transformaçoes e o destino de vários poluentes em ambientes de regioes temperadas, pelo menos para alguns já estudados de longa data como metais, nutrientes e alguns pesticidas. Porém, no Brasil, informaçoes quantitativas sobre fontes sao ainda frequentemente escassas ou de difícil acesso. Além disso, o número de estudos sobre os impactos dos fatores ambientais específicos de regioes tropicais e subtropicais (temperatura, pluviometria, natureza dos solos, intensidade da radiaçao solar, etc.) sobre a transformaçao das substâncias químicas nos diferentes compartimentos é muitas vezes limitado. O desafio vem crescendo quando se consideram os contaminantes emergentes para os quais nem sempre se tem ainda conhecimento completo das suas propriedades físico-químicas e sobre sua reatividade, como no caso das nanopartículas manufaturadas. Como ressaltado anteriormente, a presença destas substâncias em concentraçoes na escala micro ou nano, constitui um outro amplo desafio para estudos ambientais. Neste contexto, acreditamos que a organizaçao de redes temáticas em escala nacional ou regionais incluindo químicos e pesquisadores de outras áreas com a finalidade de garantir a interdisciplinaridade necessária, deve permitir um avanço significativo da Química Ambiental no Brasil.

Na perspectiva do ensino e do estudo da Química Ambiental é importante ressaltar que esta disciplina nao tem como objetivo ensinar apenas o que é poluiçao antrópica e seus efeitos, mas fazer com que o estudante tenha conhecimento dos processos químicos que ocorrem no ambiente ao seu redor, e que os mesmos nao podem ser vistos de forma isolada e sem integraçao com o passado, presente e futuro.

Por fim, com base em todo o exposto neste artigo, é possível afirmar que a Química Ambiental brasileira vem sendo desenvolvida com suficiente abrangência e profundidade, com qualidade, e buscando cada vez a tao almejada internacionalizaçao, contribuindo decisiva e concretamente para a construçao do conhecimento e igualmente para a formaçao de recursos humanos, em uma área carente e frequentemente negligenciada pelo Estado, de maneira geral.
Referências
2. Mors, W. B.; Avaliaçao & Perspectivas, CNPq; 1982.

5. CETESB Histórico - http://ar.cetesb.sp.gov.br/ acessado em junho de 2017.

49 Corrêa, S. M.; Arbilla, G.; Marques, M. R. Da C.; Atmos. Pollut. Res. 2012, 3, 163. 2012.

56 Programa LBA (Experimento de Larga Escala da Biosfera-Atmosfera na Amazônia), http://lba2.inpa.gov.br/, acessado em junho de 2017.

58 Andreae, M. O.; Artaxo, P.; Brandao, C.; Carswell, F. E.; Ciccioli, P.; da Costa, A. L.; Culf, A. D.; Esteves, J. L.; Gash, J. H. C.; Grace, J.; Kabat, P.; Lelieveld, J.; Malhi, Y.; Manzi, A. O.; Meixner, F. X.; Nobre, A. D.; Nobre, C.; Ruivo, M. D. L. P.; Silva-Dias, M. A.; Stefani, P.; Valentini, R.; Jouanne, J. V.; Waterloo, M. J. J. Geophys. Res, 2002, 107,
8066.

73 Amador, I. R.; Pinto, J. P.; Solci, M. C.; Orbital: Electron. J. Chem. 2016, 8, 189.

83 Pfeiffer, W. C.; Lacerda, L. D.; Malm, O.; Souza, C. M. M.; da Silveira, E. G.; Bastos, W. R.; Sci. Total Environ. 1989, 87- 88, 233.

92 Kehrig, H. D. A.; Costa, M.; Moreira, I.; Malm, O.; Environ. Sci. Pollut. Res. 2001, 87, 275.

115 Meniconi, M. F. G.; Massone, C. G.; Scofield, A. L. In Environment Canada Arctic and Marine Oil Spill Program Technical Seminar (AMOP) Proceedings; 2003; 26, 1.

136 Barra, R.; Colombo, J. C.; Eguren, G.; Gamboa, N.; Jardim, W. F.; Mendoza, G.; Persistent organic pollutants (POPs) in eastern and western South American countries; 2006, 185.

159 Sparks, D.L.; Environmental Soil Chemistry, 2 nd ed., Academic Press: San Diego, 2003.

168 Juca, J. F. T.; Mariano, M. O. H.; Campello, E. M. B.; Environ. Geotech., Vol 1 1996, 91.

192 Adler, R. R.; Lopez, A. G.; Gloeden, E.; Marker, A.; Contaminated Soil '98 1998, 1-2, 163.

193 CETESB; Relatório de estabelecimento de valores orientadores para solos e águas subterrâneas no estado de Sao Paulo, CETESB: Sao Paulo, 2001.

194 CONAMA; Resoluçao nº 420, de 28 de dezembro de 2009, D, OU nº 249, Brazil, 2009.

195 Bernhardt, E. S.; Rosi, E. J.; Gessner, M. O.; Front Ecol Environ 2017, doi:10.1002/fee.1450

199 Brasil. Ministério da Educaçao. Secretaria de Educaçao Média e Tecnológica; Parâmetros curriculares nacionais: ensino médio, MEC/SEMTEC: Brasília, 1999.

200 Química Nova na Escola, Caderno Temático de Química Ambiental, 2001,1; Caderno Temático- Química Vida e Ambiente, 2003, 5, Caderno Temático- Recursos Minerais, Agua e Meio Ambiente, 2014, 8.

201 Brasil. Ministério da Educaçao. http://emec.mec.gov.br/ acesso em fevereiro de 2017.

202 CAPES, Plataforma Sucupira, https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/, acesso em junho de 2017.

# data[].attributes.attachment_link.title
Química Nova- A Química Ambiental no Brasil nos 40 anos da SBQEnvironmental Chemistry in Brazil in 40 years in the SBQ

# data[].attributes.attachment_link.description
Maria C. Canela 1,*; Anne H. Fostier1Laboratório de Ciências Químicas, Centro de Ciência e Tecnologia, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, Av. Alberto Lamego 2000, 28013-602 Campos dos Goytacazes - RJ, Brasil. 2Instituto de Química, Universidade Estadual de Campinas, 13083-970 Campinas - SP, Brasil.

# data[].attributes.attachment_caption
Química atmosférica: a química sobre nossas cabeças

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
CARTA AO EDITOR

Nanotecnologia e o meio ambiente: perspectivas e riscos

A editoria de Química Nova recebeu esta carta do Prof. Frank Quina, um dos diretores do CEPEMA (USP), onde é exposta uma reflexão sobre o desenvolvimento da nanotecnologia e seu impacto sobre o meio ambiente. A matéria é considerada de alta prioridade científica e merece a análise e reflexão de toda a comunidade Química.

A nanotecnologia estende a ciência de materiais para o domínio de partículas e interfaces com dimensões extremamente pequenas, da ordem de um a cem nanômetros. Partículas deste tamanho, ou "nanopartículas", apresentam uma grande área superficial e, freqüentemente, exibem propriedades mecânicas, ópticas, magnéticas ou químicas distintas de partículas e superfícies macroscópicas. O aproveitamento dessas propriedades em aplicações tecnológicas forma a base da nanotecnologia de materiais. Há, também, uma área ainda incipiente da nanotecnologia, denominada nanotecnologia molecular ou nano-fabricação ("nanomanufacturing"), que almeja o desenvolvimento de sistemas nanométricos auto-replicantes (nano-robôs ou "nano-bots") capazes de fabricar, sob medida, materiais ou objetos através da manipulação da matéria a nível molecular.

Não há dúvida de que a nanotecnologia oferece a perspectiva de grandes avanços que permitam melhorar a qualidade de vida e ajudar a preservar o meio ambiente. Entretanto, como qualquer área da tecnologia que faz uso intensivo de novos materiais e substâncias químicas, ela traz consigo alguns riscos ao meio ambiente e à saúde humana. Nos próximos parágrafos, analisaremos resumidamente os possíveis benefícios e perigos da nanotecnologia.

As três principais áreas nas quais podemos esperar grandes benefícios provenientes da nanotecnologia são ¹⁻³:

1. na prevenção de poluição ou dos danos indiretos ao meio ambiente. Por exemplo, o uso de nanomateriais catalíticos que aumentam a eficiência e a seletividade de processos industriais resultaria num aproveitamento mais eficiente de matérias primas, com consumo menor de energia e produção de quantidades menores de resíduos indesejáveis. A nanotecnologia vem contribuindo para o desenvolvimento de sistemas de iluminação de baixo consumo energético. Na área da informática, o uso de nanoestruturas de origem biológica pode oferecer uma estratégia alternativa para a fabricação de dispositivos microeletrônicos. A nanotecnologia também vem aprimorando o desenvolvimento de displays (como, por exemplo, monitores de computador ou displays dobráveis de plástico que podem ser lidos como uma folha de papel) que, além de serem mais leves e possuirem melhor definição, apresentam as vantagens da ausência de metais tóxicos na sua fabricação e de terem um consumo menor de energia.

2. no tratamento ou remediação de poluição. A grande área superficial das nanopartículas lhes confere, em muitos casos, excelentes propriedades de adsorção de metais e substâncias orgânicas. A etapa subseqüente de coleta das partículas e remoção de poluentes pode ser facilitada pelo uso, por exemplo, de nanopartículas magnéticas. As propriedades redox e/ou de semicondutor de nanopartículas podem ser aproveitadas em processos de tratamento de efluentes industriais e de águas e solos contaminados baseados na degradação química ou fotoquímica de poluentes orgânicos. Num cenário futurístico, um exército de nano-bots poderia ser utilizado para descontaminar microscopicamente sítios de derrame de produtos químicos.

3. na detecção e monitoramento de poluição. A nanotecnologia vem permitindo a fabricação de sensores cada vez menores, mais seletivos e mais sensíveis para a detecção e monitoramento de poluentes orgânicos e inorgânicos no meio ambiente. Avanços em sensores para a detecção de poluentes implicam diretamente num melhor controle de processos industriais; na detecção mais precoce e precisa da existência de problemas de contaminação; no acompanhamento, em tempo real, do progresso dos procedimentos de tratamento e remediação de poluentes; num monitoramento mais efetivo dos níveis de poluentes em alimentos e outros produtos de consumo humano; na capacidade técnica de implementar normas ambientais mais rígidas, etc.

Não obstante estas perspectivas animadoras dos benefícios da nanotecnologia para a melhoria do meio ambiente, não se deve subestimar o potencial para danos ao meio ambiente ²⁻¹⁰. As mesmas características que tornam as nanopartículas interessantes do ponto de vista de aplicação tecnológica, podem ser indesejáveis quando essas são liberadas ao meio ambiente. O pequeno tamanho das nanopartículas facilita sua difusão e transporte na atmosfera, em águas e em solos, ao passo que dificulta sua remoção por técnicas usuais de filtração. Pode facilitar também a entrada e o acúmulo de nanopartículas em células vivas. De modo geral, sabe-se muito pouco ou nada sobre a biodisponibilidade, biodegradabilidade e toxicidade de novos nanomateriais. A contaminação do meio ambiente por nanomateriais com grande área superficial, boa resistência mecânica e atividade catalítica pode resultar na concentração de compostos tóxicos na superfície das nanopartículas, com posterior transporte no meio ambiente ou acúmulo ao longo da cadeia alimentar; na adsorção de biomoléculas, com conseqüente interferência em processos biológicos in vivo; numa maior resistência à degradação (portanto, maior persistência no meio ambiente) e em catálise de reações químicas indesejáveis no meio ambiente.

Apesar da crescente preocupação em relação às potencialidades negativas da nanotecnologia para o meio ambiente e/ou para a saúde humana, ela ainda não enfrenta nenhuma oposição tecnofóbica sistemática (algumas exceções isoladas incluem um pedido de moratória na pesquisa em nanotecnologia molecular, feito pelo ETC Group ¹² do Canadá, e uma obra de ficção sobre as conseqüências de liberação de nano-bots auto-replicantes ao meio ambiente ¹³). Aliás, quase todos os simpósios e estudos recentes 2,4-11 que avaliaram os riscos da nanotecnologia para o meio ambiente tratam a questão com equilíbrio e em termos predominantemente científicos. Três desses estudos, todos disponíveis pela Internet, merecem destaque:

1. A. H. Arnall, "Future Technologies, Today's Choices: Nanotechnology, Artificial Intelligence and Robotics; A technical, political and institutional map of emerging technologies" ⁸, de 2003, da conhecida organização ecológica Greenpeace Environmental Trust, que trata de forma bastante equilibrada a questão;

2. "Nanotechnology: small matter, many unknowns" ⁹, de 2004, da resseguradora internacional Swiss Re, que alerta para o estado de desconhecimento dos riscos associados à nanotecnologia e enfatiza a necessidade de normas e pesquisa que delineiem e minimizem esses riscos para as companhias de seguros;

3. "Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties" ¹⁰, da Academia Real de Engenharia e da Sociedade Real do UK, de julho de 2004, que recomenda, entre outras coisas, cuidado na manipulação ou aplicação de nanopartículas artificiais em forma livre (e.g., em processos voltados para a remediação do meio ambiente) e o tratamento de nanopartículas e nanotubos como substâncias químicas novas para fins regulatórios. Aponta ainda a necessidade de pesquisa interdisciplinar voltada para as questões de toxicidade, epidemiologia, persistência e bioacumulação de nanopartículas.

Evidentemente, cabe à nossa comunidade avaliar continuamente as tecnologias em desenvolvimento nos laboratórios do ponto de vista do seu potencial de risco, buscando conscientemente soluções e alternativas que eliminem ou minimizem os possíveis danos ao meio ambiente ou à saúde, principalmente daqueles que manipulam nanopartículas em nossos laboratórios. Neste contexto, são da mais alta relevância iniciativas como o Edital MCT/CNPq 13/2004, vinculado ao Programa de Desenvolvimento da Nanociência e da Nanotecnologia, que contemplou "apoio a atividades de pesquisa voltadas para o estudo de aspectos éticos ou impactos ambientais da nanotecnologia e nanobiotecnologia".

Frank H. Quina

Instituto de Química, Universidade de São Paulo, CP 26077, 05513-970 São Paulo - SP e Centro de Capacitação e Pesquisa em Meio Ambiente (CEPEMA-USP), Depto. de Engenharia Química, Escola Politécnica, USP, Cubatão - SP (em fase de implantação) e-mail: quina@usp.br

REFERÊNCIAS

1. U. S. Environmental Protection Agency (EPA), STAR Progress Review Workshop, "Nanotechnology and the Environment: Applications and Implications", 2002: http://es.epa.gov/ncer/publications/workshop/nano_proceed.pdf, acessada em setembro, 2004.

2. Masciangioli, T.; Zhang, W.-T. Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 102A.

3. A. Keiper, The New Atlantis, 2003, No. 2 (Summer), p. 17-34: http://www.thenewatlantis.com/archive/2/keiperprint.htm, acessada em setembro, 2004.

4. Potential Risks of Nanotechnologies on the Environment and the Food Chain: www.azonano.com/details.asp?ArticleID=1007, acessada em setembro, 2004.

5. Oberdörster, E.; Environ. Health Perspect. 2004, 112, 1058.

7. Dagani, R. "Nanomaterials: Safe or Unsafe?", Chem. Eng. News 2003, 81, 30.

8. http://www.greenpeace.org.uk/MultimediaFiles/Live/FullReport/5886.pdf, acessada em setembro, 2004.

9. http://www.swissre.com/INTERNET/pwsfilpr.nsf/vwFilebyIDKEYLu /ULUR-5YNGET/$FILE/Publ04_Nanotech_en.pdf, acessada em setembro, 2004.

10. http://www.nanotec.org.uk/finalReport.htm, acessada em setembro , 2004. Um estudo semelhante da Academia Nacional de Ciências dos EUA deve ser concluído em 2005. O relatório do UK descarta como improvável uma das nanofobias mais populares, a catástrofe "gray goo", em que uma gosma cinza formada pela multiplicação desenfreada de nanorobôs auto-replicantes cresce até o ponto de asfixiar a vida do planeta.

11. Mais informação está disponível nos Websites de organizações como: o Center for Responsible Nanotechnology ( http://crnano.org): o Center for Biological and Environmental Nanotechnology (CBEN) ( http://www.ruf.rice.edu/~cben/), associado ao Environmental & Energy Systems Institute da Rice University ( http://eesi.rice.edu/nanotech.cfm), mantido pela Fundação Nacional de Ciência (NSF) dos EUA; e o Foresight Institute ( http://www.foresight.org/).

12. Action Group on Erosion, Technology and Concentration: http://www.etcgroup.org/search.asp?theme=11, acessada em setembro, 2004. Vide também: Águas Turbulentas da Nanotecnologia ("Nano's Troubled Waters") http://www.etcgroup.org/documents/GT_TroubledWater_April1.pdf, acessada em setembro, 2004.

13. Crichton, M.; Prey, HarperCollins Publishers: New York, 2002; publicado no Brasil com o título Presa, Editora Rocco: São Paulo, 2003.

# data[].attributes.attachment_link.title
Nanotecnologia e o meio ambiente: perspectivas e riscos

# data[].attributes.attachment_link.description
CARTA AO EDITOR Nanotecnologia e o meio ambiente: perspectivas e riscos A editoria de Química Nova recebeu esta carta do Prof. Frank Quina, um dos diretores do CEPEMA (USP), onde é exposta uma reflexão sobre o desenvolvimento da nanotecnologia e seu impacto sobre o meio ambiente.

# data[].attributes.attachment_caption
Tratando nossos esgotos: processos que emitem a natureza

# data[].attributes.attachment_caption
Por que o meio ambiente precisa dos Químicos

# data[].attributes.attachment_caption
Aplicação de princípios de Química Verde em experimentos didáticos: um reagente de baixo custo e ambientalmente seguro para detecção de íons ferro em água