A química nos rodeia todos os dias. Desde cozinhar a nossa comida até conduzir os nossos carros e até ao nosso próprio metabolismo corporal, não podemos escapar ao constante rearranjo dos átomos e à troca de energia que é a química.
Embora esta constante mudança de átomos constitua um pano de fundo quase imperceptível na nossa vida quotidiana, existem algumas reacções que realmente mudaram, ou irão mudar, a forma como a humanidade tem vivido. Alguns por causa do que poderíamos fazer com eles. Outros por causa do que nos mostraram. Mas todos se tornaram marcos na jornada da humanidade.
Aqui estão 10 reações químicas que mudaram o mundo.
10 Síntese de Amônia
O nitrogênio é um dos elementos mais importantes para a vida, talvez atrás apenas do carbono. É um componente chave do DNA, RNA, proteínas e quitina (um polímero biológico semelhante à celulose encontrada em fungos, insetos, lagostas, camarões e alguns peixes). O nitrogênio também é um dos elementos mais abundantes na Terra, constituindo aproximadamente 78% da atmosfera terrestre. No entanto, o nitrogênio na atmosfera existe na forma de N2, que é altamente não reativo e não é útil para a maioria das formas de vida.
Portanto, o nitrogênio deve ser fixado convertendo-o em formas mais reativas, como amônia, nitratos e nitritos. Na natureza, isso geralmente é feito por bactérias especializadas . Essas bactérias formam uma relação simbiótica (o que significa que ambos os organismos se beneficiam) com muitas plantas, vivendo em nódulos nas raízes.
Porém, nem todas as plantas formam essa relação. Especialmente no caso da agricultura comercial, culturas como o milho não fixam o azoto, mas absorvem-no do solo. Se uma cultura que não fixa nitrogénio for cultivada durante várias épocas, será necessário adicionar fertilizante. No entanto, poucos materiais naturais possuem nitrogênio suficiente para atuar como fertilizante. Portanto, para atender à crescente demanda por alimentos, foi necessário encontrar uma forma melhor de produzir fertilizante nitrogenado.
O processo Haber-Bosch foi o primeiro passo. Desenvolvido por Fritz Haber e Carl Bosch em 1918, o processo usava altas temperaturas e altas pressões e um catalisador de ferro para produzir uma grande quantidade de amônia a partir de hidrogênio e nitrogênio gasosos. [1]
Como a produção da amônia era relativamente barata, tornou-se uma alternativa viável aos fertilizantes naturais. Hoje, a amônia é o segundo produto químico mais produzido em tonelagem, atrás apenas do ácido sulfúrico.
9 Polimerização de polietileno
O plástico revolucionou o mundo. Como são facilmente moldados, resistentes ao calor e ao ataque químico e são baratos de fabricar, os plásticos tornaram-se um material omnipresente na vida quotidiana – especialmente o polietileno. Disponível em diversas formas, como polietileno de alta densidade e polietileno de baixa densidade, é usado em sacolas plásticas, garrafas de leite e até mesmo em coletes à prova de balas.
O polietileno foi descoberto acidentalmente em 1933 por dois cientistas que trabalhavam para o Laboratório de Pesquisa Imperial Chemical Industries enquanto tentavam reagir o etileno e o benzaldeído. Em vez disso, foi descoberto um material ceroso, que se descobriu ser um polímero de etileno. Um polímero é uma substância composta por muitas unidades repetidas. Outros polímeros incluem celulose e DNA.
Em 1937, o material foi desenvolvido como filme e usado como isolamento para fios e componentes de radar pelos britânicos na Segunda Guerra Mundial. [2] Como fazia componentes elétricos leves o suficiente para serem colocados em aviões, sua estrutura e fabricação eram um segredo altamente guardado. Hoje, o polietileno é o plástico mais produzido no mundo, com 81,8 milhões de toneladas produzidas em 2015 e quase 100 milhões de toneladas estimadas em 2018.
8 Combustão de hidrogênio
No final dos anos 1700, a química era uma ciência subdesenvolvida. A maior parte da química estava enraizada nos elementos gregos ar, água , terra e fogo, com acréscimos feitos conforme necessário para explicar as observações.
Uma das adições mais notáveis foi o flogisto. Desenvolvido por Georg Stahl, o conceito afirmava que todas as substâncias inflamáveis continham um elemento fogo chamado flogisto. Após a combustão, esse flogisto seria perdido no ar. Isto parecia explicar por que o carvão queimado pesava menos que o carvão original. No entanto, esta teoria não conseguiu explicar porque é que algumas substâncias, como o fósforo e o enxofre, ganharam massa durante a combustão.
Entra em cena Antoine Lavoisier , um cientista francês que era muito cético em relação à teoria do flogisto. Talvez em seu experimento mais famoso, ele queimou o que era conhecido como ar inflamável (gás hidrogênio) com ar normal. O produto era água. Lavoisier acreditava que a água devia ser uma combinação de uma substância do ar (que ele chamou de oxigênio) e do ar inflamável.
Ele ainda apoiou sua hipótese decompondo a água em oxigênio e hidrogênio. Em 1789, o novo sistema de química de Lavoisier foi publicado integralmente em seu livro Traite elementaire de Chimie (“Elementos de Química”), que abandonou o sistema grego e lançou as bases para a química moderna. [3]
7 Redução e oxidação de zinco e prata
Quando Alessandro Volta nasceu em Como, Itália, em 1745, a eletricidade era um fenómeno pouco compreendido. Sabia-se que a eletricidade poderia ser conduzida e que ela se apresentava em duas formas (o que mais tarde seria conhecido como positivo e negativo).
Pouco depois do nascimento de Volta, Benjamin Franklin demonstrou que o raio era na verdade eletricidade. Embora Volta não tivesse formação de nível universitário, ele se tornou amplamente conhecido como cientista em sua época. Em 1775, ele desenvolveu o eletróforo perpétuo, uma melhoria nas versões anteriores do eletróforo. No entanto, outra invenção seria a mais importante.
Em 1780, o cientista Luigi Galvani afirmou que os músculos dos animais produziam eletricidade quando se contraíam. Ele chamou isso de “eletricidade animal” e acreditava que era diferente da eletricidade normal.
Volta discordou, observando que as pernas de sapo de Galvani foram conectadas a dois metais diferentes durante os experimentos. Volta prosseguiu demonstrando que empilhando discos metálicos alternados de prata e zinco, com panos embebidos em salmoura entre cada disco, ele poderia criar uma corrente elétrica constante sem animais.
No entanto, foi imediatamente reconhecido que a invenção de Volta era muito mais útil do que apenas resolver a sua disputa com Galvani. Todas as fontes anteriores de eletricidade só podiam gerá-la em rajadas. Ao gerar uma corrente constante, a invenção de Volta permitiu um estudo mais rigoroso, lançando as bases para o trabalho revolucionário de Faraday no eletromagnetismo. [4]
6 Síntese de Uréia
O vitalismo era uma teoria de que os sistemas vivos eram governados por princípios completamente diferentes dos sistemas não vivos. Além disso, acreditava-se que os componentes que constituíam os sistemas vivos não poderiam ser feitos de componentes inanimados. Esta crença foi amplamente difundida no século XIX e foi usada para explicar por que muitos sistemas vivos pareciam incompreensíveis em comparação com sistemas não vivos.
No entanto, o cientista alemão Friedrich Wohler mudou isso. Já conhecido por seu isolamento do alumínio puro em 1825, Wohler estava trabalhando na tentativa de sintetizar o cianato de amônio em 1828. No entanto, quando reagiu o cianato de prata e o cloreto de amônio na tentativa de produzir o cianato de amônio, ele produziu cristais brancos . Mais tarde, ele identificou a substância como uréia.
A uréia foi isolada em 1773 pelo químico francês Hilaire-Marin Rouelle. Isto significava que Wohler tinha acabado de sintetizar um composto orgânico, que refutava um dos princípios básicos do vitalismo. O trabalho de Wohler estabeleceria as bases para o campo da química orgânica. [5]
5 PCR
A reação em cadeia da polimerase (PCR) é de longe a reação mais complicada desta lista, mas potencialmente a mais útil e emocionante. O PCR foi inventado em 1983 por Kary Mullis, que acabou ganhando o Prêmio Nobel por seu trabalho.
O processo funciona aquecendo o DNA para que ele se separe em duas fitas simples. (O DNA é de fita dupla.) Em seguida, os primers podem ser anexados às fitas individuais do DNA. Enzimas chamadas DNA polimerases se ligam aos locais dos primers e replicam o restante da fita de DNA. Este processo pode ser repetido muitas vezes, com cada iteração teoricamente duplicando o número de cópias exatas de DNA. [6]
A capacidade de replicar o DNA abriu portas em muitos campos. Permitiu que os cientistas forenses aplicassem técnicas genéticas mesmo que restasse apenas uma pequena quantidade de material genético na cena do crime. Na medicina, é útil para ajudar a identificar a causa das infecções. Na pesquisa, foi uma técnica essencial utilizada durante o sequenciamento do genoma humano.
Além destes, é agora uma técnica onipresente em laboratórios de biologia e bioquímica em todo o mundo.
4 Hidratação Gorda
Você tem um pote de Crisco na despensa? Você ficaria surpreso se eu lhe dissesse que o Crisco foi o resultado de um dos avanços mais revolucionários do mundo na tecnologia de alimentos ?
Tudo começa com a diferença entre gorduras animais e gorduras vegetais. As gorduras animais tendem a ser saturadas, o que significa que todo o carbono da gordura está ligado ao número máximo de átomos. As gorduras nas plantas tendem a ser insaturadas, o que significa que parte do carbono nessas gorduras não estava ligada ao número máximo de átomos.
Em 1902, Wilhelm Normann desenvolveu um processo que possibilitou adicionar hidrogênio às gorduras insaturadas, o que as transformaria em gorduras saturadas ou, pelo menos, em gorduras mais saturadas. Em 1909, a Procter & Gamble adquiriu a patente de Normann. Dois anos depois, lançaram o Crisco, uma gordura feita principalmente de óleo de algodão hidrogenado, mais barato que a banha comum.
No entanto, isso foi apenas o começo. Em 1979, aproximadamente 60% de todas as gorduras consumidas nos Estados Unidos eram hidrogenadas. Mas havia um lado negro na hidrogenação. Os ácidos graxos insaturados naturais ocorrem quase exclusivamente na configuração cis, o que faz com que as moléculas de gordura tenham uma curvatura ou torção e não sejam capazes de se encaixar também. Esta é a razão pela qual a maioria das gorduras insaturadas são líquidas. [7]
Contudo, durante a hidrogenação, alguns ácidos graxos insaturados assumem a configuração trans. A partir da década de 1990, pesquisas mostraram que o alto consumo de gorduras trans resultava em efeitos adversos à saúde. Pouco tempo depois, a FDA começou a regular a quantidade de gorduras trans nos alimentos e algumas localidades chegaram a proibir essas substâncias. Isso levou ao eventual declínio das gorduras hidrogenadas.
3 Destruição do Ozônio
A tecnologia de refrigeração mecânica era de uso comum pelo menos desde a década de 1870. Porém, havia um grande problema que limitava a tecnologia da época. A maioria dos refrigerantes (substâncias usadas para transferir o calor de dentro para fora dos refrigeradores) eram altamente tóxicos ou altamente inflamáveis. Infelizmente, era relativamente comum pessoas morrerem devido ao vazamento de refrigerante.
Para resolver este problema, Frigidaire, Dupont e General Motors uniram forças para encontrar um refrigerante que fosse muito mais seguro. O resultado foi Freon, uma mistura de uma classe de produtos químicos chamados clorofluorcarbonos (CFCs). Freon era tão seguro que seu inventor o inalou diretamente e depois o expirou em uma vela em frente à American Chemical Society. [8]
No entanto, os CFCs tinham um problema desconhecido na época. Com tantos refrigeradores utilizando CFCs, o produto químico atingiu rapidamente níveis significativos na atmosfera. Quando expostos à luz ultravioleta na alta atmosfera, os CFCs frequentemente emitem um átomo de cloro.
O cloro é altamente reativo e catalisa a decomposição do ozônio (O3) em oxigênio molecular (O2). Como os catalisadores apenas aceleram a velocidade de uma reação e não são consumidos na reação, uma molécula de CFC pode levar à destruição de milhares ou mesmo milhões de moléculas de ozônio, causando destruição em grande escala da camada de ozônio .
Hoje, os CFCs são altamente regulamentados pelo Protocolo de Montreal e não são mais usados como refrigerante. Eles foram substituídos por uma classe semelhante de compostos conhecidos como hidrofluorocarbonetos (HFCs). Embora os HFCs também tenham desvantagens (são um gás de efeito estufa muito forte), não houve nenhum refrigerante recentemente desenvolvido que fosse ao mesmo tempo não tóxico e não inflamável.
2 Água com dióxido de carbono
O dióxido de carbono é talvez mais conhecido pelo seu papel como gás de efeito estufa. À medida que os níveis de dióxido de carbono na atmosfera aumentavam, também aumentavam as temperaturas globais médias. No entanto, existe um segundo lado negro no dióxido de carbono e isso acontece todos os dias quando bebemos um refrigerante.
O dióxido de carbono reage reversivelmente com a água para formar ácido carbônico. Parte desse ácido carbônico então se decompõe em íons bicarbonato e depois em íons carbonato enquanto libera H+ (liberar H+ é a característica definidora dos ácidos chamados ácidos de Bronsted-Lowry). Este ácido faz parte da sensação aguda de um refrigerante fresco.
No entanto, o dióxido de carbono na atmosfera pode reagir da mesma forma com a água do oceano . Na verdade, o oceano absorve aproximadamente um quarto do dióxido de carbono libertado todos os anos.
Como resultado, o pH das águas superficiais dos oceanos diminuiu aproximadamente 0,1 unidades de pH desde o início da revolução industrial, o que representa um aumento de quase 30% na acidez. Embora este aumento na acidez beneficie alguns organismos como algas e ervas marinhas, é prejudicial para muitos organismos como ostras, amêijoas, mariscos e corais. [9]
Um relatório da ONU estimou que a acidificação dos oceanos poderá custar até 1 bilião de dólares até 2100.
1 Saponificação
É do conhecimento geral que óleo e água não se misturam. A razão para isso tem a ver com um conceito chamado polaridade. Simplificando, as moléculas de água são polares e as moléculas de óleo não. Como as moléculas de água são polares, é mais favorável que estejam próximas umas das outras do que próximas a uma molécula de óleo apolar. Porém, como qualquer cozinheiro sabe, isso pode ser um problema na hora de limpar a louça. A gordura não se mistura com a água e fica no prato.
A resposta é sabão. As moléculas de sabão possuem partes polares e apolares. A parte polar se mistura com a água enquanto a parte apolar se mistura com o óleo, o que permite que o óleo forme pequenas gotículas na água que são mais facilmente removidas.
A reação usada para criar o sabão é a reação de saponificação. Originalmente, o sabão era feito aquecendo sal, cinzas e gorduras animais em água. Os primeiros sabonetes conhecidos foram feitos usando esse processo na Babilônia em 2.800 aC. Hoje, o sabão é feito pela reação de hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio com ácidos graxos (que são derivados de moléculas de gordura). [10]
No entanto, para outros fins que não a higiene pessoal, os sabões foram largamente substituídos pelos detergentes. Esses agentes de limpeza são semelhantes aos sabonetes, mas geralmente são derivados de produtos petroquímicos e apresentam diversas vantagens sobre os sabonetes. Eles tendem a durar mais tempo sem se decompor. Eles também tendem a ser mais solúveis em água fria ou dura (água com um teor de cálcio relativamente alto), o que significa que não é tão provável que vejamos aquela espuma desagradável de sabão.
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