O que são pilhas e baterias e quais os principais tipos

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O princípio de funcionamento das pilhas e baterias é um troca-troca de elétrons entre dois compostos químicos que acaba por transformá-los em outras substâncias. Acompanhe:

Imagens: Freepik.

A diferença entre baterias e pilhas é que, no primeiro caso, a reação é reversível – isto é, os elementos podem voltar ao estado original. Nas pilhas comuns a metamorfose é definitiva.

As baterias de celular usam óxidos de níquel e de cádmio. O segundo tem uma tendência a arrancar elétrons do primeiro. Depois de algum tempo, tanto um quanto o outro viram substâncias diferentes – o cádmio metálico e o dióxido de níquel.

Quando a energia acaba, aplicando-se uma corrente elétrica no níquel, é possível forçá-lo a devolver os elétrons ao cádmio. Aí, as duas substâncias se recompõem e ficam prontas para reagir de novo.

Seria ótimo se toda pilha também pudesse ser assim. “Mas os metais usados nas baterias são caros demais”, explica o químico Atílio Vanin, da Universidade de São Paulo. As pilhas comuns são feitas com zinco metálico e dióxido de manganês, minerais mais baratos e abundantes.

Entretanto, o tipo de reação que ocorre entre eles é irreversível. A única solução é jogar a pilha fora. A bateria, por sua vez, é renovável porque seus componentes químicos são reversíveis, ao contrário da pilha.

Qual a composição de uma bateria?


Uma bateria de celular é composta de óxido de cádmio (CdO) e óxido de níquel (NiO). Os elétrons partem do cádmio para o aparelho e voltam para o níquel. Quando o vaivém termina, os dois óxidos viram novas substâncias: o cádmio metálico (Cd) e o dióxido de níquel (NiO2). Um dia, a bateria descarrega.

Para recarregá-la, aplica-se eletricidade no níquel. A corrente força o metal a devolver elétrons ao dióxido de cádmio. Assim, as substâncias se recompõem e reiniciam o processo.

Qual a composição da pilha?


A composição química da pilha é diferente. Nela, os elétrons saem do zinco metálico (Zn) e retornam para o dióxido de manganês (MnO2).

Quando o dióxido de manganês para de receber elétrons, ele se estabiliza e vira um óxido misto de zinco e manganês. Não há força capaz de fazê-lo devolver os elétrons ao zinco.

Conheça os vários padrões de pilhas e baterias


Existem diversos tipos de pilhas e baterias (que são armazenadores recarregáveis de energia). Conheça a seguir os principais:

Pilhas comuns
Também conhecidas como pilha seca ou Pilha de Leclanché (inventada em 1865 pelo engenheiro francês George Leclanché), é formada basicamente por invólucro externo de zinco (polo negativo), contendo uma “solução” eletrolítica, composta de uma pasta úmida de cloreto de amônio (NH4Cl), cloreto de zinco (ZnCl2) e dióxido de manganês (MnO2), e, ao centro, um bastão de grafite.

A pasta úmida serve como polo positivo da pilha. A diferença de potencial (ou ddp, que é a capacidade de gerar energia) produzida pela pilha comum é equivalente a 1,5 volts (V).

Pilhas de mercúrio
Trazendo em sua composição o mercúrio (Hg) e o zinco (Zn), podem ser miniaturizadas, e por isso têm aplicação em pequenos equipamentos eletrônicos, como relógios de pulso. Em razão da presença de mercúrio, um metal altamente tóxico, seu uso vem sendo banido. Sua recarga é impossível.

Pilhas de óxido de prata  
Utilizam como reagente o óxido de prata (Ag2O), sendo o zinco (Zn) usado na composição do ânodo. Tem preço de produção mais elevado que o dos demais tipos de pilha em razão da presença da prata, especialmente. Não podem ser recarregadas.

Acumuladores de chumbo (baterias veiculares)
O acumulador de chumbo é mais empregado no sistema elétrico de veículos, em função das suas características de capacidade, durabilidade e baixo valor de produção. Trata-se de um sistema de pilhas formado de eletrodos de chumbo, sendo este o ânodo, e de óxido de chumbo IV (PbO2) impregnado de chumbo (Pb), formando o cátodo, ambos inseridos em uma solução de 20% de ácido sulfúrico (H2SO4).

As pilhas estão dispostas em série para haver a somatória de seus ddp (que são de 2 V cada). Essas baterias são recarregáveis, pois um sistema elétrico que inclui gerador ou alternador movimentado pelo motor a combustão do veículo provê eletricidade à bateria.

Baterias de níquel-cádmio
Também conhecidas como baterias alcalinas. O ânodo é composto de cádmio (Cd); o cátodo, de hidróxido de níquel III [Ni(OH)3]; e o eletrólito é formado por uma solução de hidróxido de potássio (KOH). São mais utilizadas em aparelhos eletrônicos que consomem mais energia, como câmeras digitais ou filmadoras. As reações são expressas da seguinte forma:

Cd + 2OH- à CdO + H2O + 2e-              ânodo
2 Ni(OH)3 + 2e- à 2 Ni(OH)2 + 2 OH-     cátodo
--------------------------------------------------------------------
Cd + 2 Ni(OH)3 CdO + 2 Ni(OH)2 + H2O

Apesar de sua eficiência e capacidade de receber inúmeras recargas, a presença do cádmio é prejudicial ao meio ambiente quando esse tipo de bateria é descartado. Por isso, vem sendo substituída por baterias de hidreto metálico de níquel (NiMH).

Baterias de íons de lítio (Li-Ion)
Trazendo em sua composição íons de lítio, essas baterias recarregáveis vêm sendo largamente utilizadas, especialmente em telefones celulares e notebooks.

Têm maior capacidade de armazenar energia do que as baterias de hidreto metálico de níquel e as baterias de níquel-cádmio, além de outras vantagens, como o fato de não possuírem efeito memória (ao contrário dos outros dois tipos, que perdem capacidade de recarga caso sejam recarregadas antes de esgotada sua carga).

A pilha mais velha do mundo

Fonte: Imagens públicas do Google.

Por Carlos Brazil

Escavações arqueológicas lideradas pelo alemão Wilhelm Konig, realizadas nos anos 1930, em Khujut Rabu, região próxima a Bagdá (Iraque), possibilitaram a descoberta de uma série de objetos que teriam sido utilizados por povos mesopotâmicos há cerca de 2.000 anos.

Entre esses aparatos, estava um pote de argila em formato cilíndrico de cerca de 13 centímetros de altura, com uma rolha no alto, vedando no seu interior uma barra de ferro dentro de um cilindro de cobre.

Inicialmente, os arqueólogos acreditavam tratar-se de um objeto dedicado ao uso religioso. No entanto, a curiosidade dos pesquisadores foi mais longe e permitiu que percebessem ali os elementos básicos de uma pilha moderna, desenvolvida somente nas primeiras décadas do século 19.

Reproduzindo um modelo semelhante à Pilha de Bagdá, com os mesmos elementos do objeto encontrado por Konig, a professora norte-americana Marjorie Senechal percebeu que, quando colocada uma solução ácida (como vinagre) dentro do pote, as barras de ferro e o tubo de cobre realizam uma reação química entre si, gerando corrente e produzindo uma carga elétrica que pode variar entre 0,8 volt e 2 volts (as pilhas atuais geram 1,5 volts).

Assim, é possível que os povos mesopotâmicos tenham inventado a pilha quase 2000 anos antes da descoberta moderna. No entanto, não se sabe ao certo se a capacidade de gerar eletricidade da Pilha de Bagdá tenha sido, de fato, empregada.

Fontes:
Ciências da Natureza – Química 2/Abril Coleções. – São Paulo: Abril, 2010.
SUPERINTERESSANTE, 7/2000, adaptado.

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Efeitos da altitude no corpo de um alpinista

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Quem vê um alpinista escalando uma montanha não imagina os efeitos que a altitude causa no corpo dele, podendo até mesmo levar à morte. É sobre esses efeitos que iremos falar agora. Acompanhe:

Imagem: Freepik.

Faltam apenas 300 metros para chegar à barraca. Caminhando com dificuldade sobre a neve, o homem dá dois, três passos e para de respirar. Inspira, mas tem impressão de que o ar não chega aos pulmões. Mais três passos, nova parada.

O frio de – 15 °C penetra até os ossos, enregela mãos e pés, resfria a garganta até doer, corta os lábios até sangrarem. Depois de longos minutos caminhando, ele enfim alcança a segurança de sua barraca, onde cai prostrado, esgotado pelo cansaço. O corpo humano não foi feito para sobreviver onde o ar é rarefeito e o frio, cruel.

Quando no corpo de uma pessoa existe apenas 30% do oxigênio que deveria, considera-se que ela está à beira da morte – ou seja, tanto pode estar na UTI de um hospital ou no topo do Monte Evereste, a 8.848 metros de altitude. Se alguém saísse diretamente do nível do mar para lá, desmaiaria em alguns segundos e morreria em poucos minutos.

No entanto, se demorar algumas semanas para fazer o mesmo percurso, o corpo passa por um processo de aclimatação: uma série de mudanças que lhe permitem se adaptar na busca do equilíbrio químico entre a hemoglobina disponível no sangue (responsável pelo transporte do oxigênio para nossas células) e o próprio oxigênio para sobreviver. Mas não por muito tempo.

Os efeitos da redução do gás vital no organismo humano são devastadores. Um corpo humano começa a sofrer acima de 2.800 metros. É a partir daí que surgem os primeiros sinais de aclimatação, com a mais óbvia resposta do organismo: aumentar a ventilação pulmonar, ou seja, a pessoa passa a respirar mais rápido e mais profundamente. Ao mesmo tempo, para melhor distribuí-lo a todas as partes do corpo, a frequência cardíaca também aumenta.

Caso o indivíduo permaneça em altitude muito elevada por mais de dois ou três dias, entram em ação mecanismos mais duradouros. Um dos mais importantes é a produção acelerada de hemoglobina, a substância dentro dos glóbulos vermelhos responsável pelo transporte de oxigênio dos pulmões até as células.

É como se uma nova tropa de carregadores de gás chegasse para ajudar a atender a demanda. Essas mudanças, porém, não são imediatas. Levam até oito dias para apresentar respostas eficientes.

Quem não respeita os limites e sobe rápido demais, sem dar tempo ao corpo para se aclimatar, pode ser vítima de uma série de distúrbios, chamados de mal agudo da montanha. O mal agudo da montanha provoca dor de cabeça, perda de apetite, náusea e prostração, mas desaparece em dois ou três dias com boa alimentação, muito líquido e algum repouso.

A história começa a ficar mais complicada quando os sintomas perduram por mais tempo, sinal de que há risco de edema pulmonar (acúmulo de líquido nos pulmões) e edema cerebral (acúmulo de líquido no cérebro). Tudo por culpa da falta de oxigênio, ou hipóxia, o gatilho da cascata de mudanças fisiológicas no corpo.

É que o aumento de ventilação, ao mesmo tempo em que leva mais oxigênio para dentro dos pulmões, elimina muito gás carbônico, deixando o sangue mais alcalino. Essa é a senha para uma série de alterações no organismo que vão levar ao acúmulo de líquido nos alvéolos pulmonares.

Na maioria das pessoas, esse líquido é absorvido pelo corpo. Quando isso não acontece, o candidato a doente começa a tossir, sente falta de ar e torpor. O líquido acumula-se cada vez mais, encharcando os alvéolos, a falta de oxigênio fica cada vez mais grave e acontece enfim o edema pulmonar. Se o doente não for levado a altitudes mais baixas, pode morrer em cinco dias.

Mecanismo semelhante acontece no cérebro. Nesse caso, a série de alterações orgânicas resulta em maior permeabilidade dos vasos sanguíneos, provocando vazamento de fluidos para o tecido cerebral e o consequente edema.

O perigo é que um alpinista nessas condições nem sempre percebe que há algo errado. É que a falta de oxigênio no cérebro afeta o julgamento – a capacidade de raciocinar e de perceber perigos. Isso acontece porque o cérebro usa sozinho entre 15% a 20% do oxigênio consumido pelo corpo. Na escassez, as funções mais afetadas são as chamadas superiores, que incluem justamente a coordenação motora e o raciocínio.

Texto: Fátima Cardoso.

Fonte: SUPERINTERESSANTE, 10/1993, adaptado.

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História do Natal: do paganismo à feriado americano

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O natal é considerado tanto um feriado religioso sagrado quanto um fenômeno comercial. Por dois milênios, as pessoas ao redor do mundo têm enxergado essa data tanto como uma tradição como uma prática religiosa e de natureza secular ao mesmo tempo.

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Os cristãos celebram o natal como o aniversário do nascimento de Jesus de Nazaré, um líder cujos ensinamentos formam a base dessa religião. O costume popular inclui trocar presentes, decorar árvores de natal, ir à igreja, cear com a família e amigos e, é claro, esperar a visita do Papai Noel. O dia 25 de dezembro tem sido um feriado nacional nos Estados Unidos desde 1870.

Natal: um feriado antigo


O meio do inverno tem sido celebrado ao redor do mundo há muito tempo. Séculos antes do nascimento de Jesus, os europeus primitivos celebravam a luz e o nascimento nos dias mais escuros do inverno.

Muitos povos se alegravam durante o solstício de inverno, quando a parte mais severa do inverno ficava para trás e eles podiam esperar por dias mais longos, com mais horas de luz do sol.

Na Escandinávia, o povo nórdico celebrava o Yule, começando em 21 de dezembro, no solstício de inverno, e indo até o fim de janeiro. Em reconhecimento ao retorno do sol, pais e filhos traziam toras grossas de madeira para casa, para atear fogo em seguida.

O povo festejava até que o fogo consumisse as toras por completo, o que levava em torno de 12 dias. Os nórdicos acreditavam que cada faísca do fogo representava um novo porco ou bezerro que iria nascer durante o ano seguinte.

O final de dezembro era a época perfeita para se fazer uma celebração na maior parte da Europa. Nesse mês, a maior parte do rebanho era abatida para que não fosse preciso alimentá-los durante o inverno.

Para muitos, esse era o único período em que podiam contar com um estoque de carne fresca. Além disso, o vinho e a cerveja feitos durante o ano tinham finalmente fermentado e estavam prontos para o consumo.

Na Alemanha, as pessoas homenageavam o deus pagão Oden durante o feriado de meio de inverno. Eles tinham horror a esse deus, pois pensavam que ele fazia voos noturnos pelo céu para observar seu povo e decidir quem iria prosperar e quem iria perecer. Por causa disso, muitos decidiam permanecer dentro de suas casas nesse horário.

Saturnália


Em Roma, onde o inverno não era tão rigoroso quanto os do longínquo norte, celebrava-se a Saturnália – um feriado em homenagem a Saturno, o deus da agricultura. Começando na semana do solstício de inverno e continuando por um mês inteiro, a Saturnália era uma época hedonista, com fartura de comida e bebida e a ordem social tradicional romana ficava de pernas para o ar.

Por um mês, os escravos podiam se tornar mestres. Os camponeses estavam no comando da cidade. Os locais de trabalho e as escolas estavam fechados, então todos podiam se divertir.

Por volta da época do solstício de inverno, os romanos celebravam a Juvenália, uma festa exaltando as crianças de Roma. Além disso, membros das classes mais abastadas também celebravam no dia 25 de dezembro o nascimento de Mithra, o deus invencível do sol.

Acreditava-se que Mithra, um deus infantil, nasceu de uma rocha. Para alguns romanos, o aniversário de nascimento dele era o dia mais sagrado do ano.

Nos primeiros anos do cristianismo, a páscoa era o principal feriado, o nascimento de Jesus não era celebrado. No século IV, oficiais religiosos decidiram instituir o nascimento de Jesus como um feriado. Infelizmente, a Bíblia não menciona uma data para o seu nascimento (fato esse que os puritanos apontaram para negar a legitimidade dessa celebração).

Embora algumas evidências sugiram de que o nascimento de Cristo possa ter ocorrido na primavera (por que os pastores estariam vigiando o rebanho durante o inverno?), o Papa Julius I escolheu o dia 25 de dezembro. Acredita-se que a igreja escolheu essa data num esforço para adotar e absorver as tradições do festival pagão da Saturnália.

Inicialmente chamada de Festa do Nascimento, o costume chegou ao Egito por volta de 432 e à Inglaterra no fim do século VI. No final do século VIII, a celebração do Natal chegou à Escandinávia. Hoje, nas Igrejas Ortodoxas gregas e russas, o natal é celebrado 13 dias depois do dia 25, data que faz referência à Epifania ou Dia dos Três Reis. Acredita-se que foi nesse dia que os três reis finalmente encontraram Jesus na manjedoura.

Ao fixarem o natal na mesma época que os tradicionais festivais de inverno, os líderes religiosos aumentaram as chances de que esse dia se tornasse popular, mas abriram mão de ditar a forma como ele era celebrado. Por volta da Idade Média, o cristianismo tinha substituído a maior parte da religião pagã.

No natal, os cristãos iam à igreja e celebravam de forma barulhenta e regada à bebida, de uma maneira parecida com o carnaval, em uma atmosfera semelhante ao Mardi Gras (festa de carnaval que ocorre em Nova Orleans, nos Estados Unidos).   
   
Em cada ano, um mendigo ou estudante era coroado “o rei da confusão”, enquanto que os ávidos participantes faziam o papel de seus súditos. Os pobres podiam ir para as casas dos ricos e pedir as melhores comidas e bebidas do lugar. Se os donos da casa falhassem nessa tarefa, os visitantes poderiam aterrorizá-los com travessuras.

O natal se tornou a época do ano em que as classes mais abastadas poderiam recompensar seu “débito” – real ou imaginário – para a sociedade ao entreter os cidadãos menos afortunados.

Um natal fora da lei


No início do século XVII, uma reforma religiosa mudou a maneira que o natal era celebrado na Europa. Quando Oliver Cromwell e suas forças puritanas assumiram a Inglaterra em 1645, eles juraram que iriam livrar a Inglaterra da decadência e, como parte desse esforço, cancelaram o natal. Por exigência popular, Charles II foi restaurado ao trono e, com ele, veio a volta do feriado popular.

Os peregrinos, separatistas ingleses que vieram para a América em 1620, eram ainda mais ortodoxos em suas crenças puritanas do que Cromwell. Como resultado, o natal não era um feriado na América primitiva.

De 1659 a 1681, a celebração do natal era ilegal em Boston. Qualquer um que demonstrasse o espírito natalino seria multado em cinco xelins. Ao contrário, na colônia de Jamestown, o capitão John Smith relatou que o natal era apreciado por todos e acontecia sem nenhum incidente.

Depois da Revolução Americana, os costumes ingleses caíram em desuso, incluindo o natal. De fato, o natal não era considerado feriado nacional até 26 de junho de 1870.

Irving reinventa o natal


Foi somente no século XIX que os americanos começaram a abraçar o natal. Os americanos reinventaram esse dia, mudando-o de um barulhento carnaval para um dia de paz e nostalgia com a família. Mas o que aconteceu com o grande interesse americano dos anos de 1800 por esse feriado?

O início do século XIX foi um período de conflito de classes e tumulto. Durante esse tempo, o desemprego estava alto e os conflitos de gangues oriundas das classes menos favorecidas ocorriam com frequência durante as festividades natalinas.

Em 1828, o conselho da cidade de Nova Iorque instituiu a primeira força policial da cidade incumbida de lidar com os tumultos do natal. Esse fato motivou os membros das classes mais abastadas a começar a modificar a forma que o natal era comemorado na América.

Em 1819, o autor best-seller Washington Irving escreveu “O Caderno de Desenhos do Cavalheiro Geoffrey Crayon” (The Sketchbook of Geoffrey Crayon, Gent., no original), uma série de histórias sobre a celebração do natal em uma casa senhorial. Os desenhos mostram um fidalgo que convidou os camponeses para sua casa no feriado. Contrastando com os problemas enfrentados pela sociedade americana, os dois grupos se deram muito bem.

Na mente de Irving, o natal deveria ser um feriado pacífico e reconfortante, unindo os mais diversificados grupos, independentemente de riqueza ou status. Os celebradores fictícios de Irving se alegravam com os “costumes antigos”, incluindo a coroação do rei da confusão.

Entretanto, o livro de Irving não foi baseado em nenhuma celebração à qual ele tenha comparecido – de fato, muitos historiadores dizem que o conto de Irving na verdade “inventou” a tradição ao sugerir que sua obra descrevia os verdadeiros da época.

Um cântico de natal

     
Mais ou menos nessa época, o autor inglês Charles Dickens criou o clássico conto natalino: Um cântico de natal. A mensagem expressa nele é sobre a importância da caridade e da boa vontade em relação à humanidade.

Esse cântico atingiu um acorde poderoso nos Estados Unidos e na Inglaterra e mostrou aos membros da sociedade vitoriana os benefícios de celebrar o feriado.

As famílias, por sua vez, estavam tornando-se menos punitivas e mais sensíveis às necessidades emocionais das crianças durante o início dos anos de 1800. O natal deu às famílias um dia em que poderiam ser mais atenciosas e dar presentes aos seus filhos sem “estragá-los”.

Os americanos, então, abraçaram o natal como o perfeito feriado da família, trazendo os costumes antigos à tona. O povo buscou pelos imigrantes recentes e pelas igrejas católicas e episcopais para se inteirarem sobre como esse dia deveria ser celebrado.

Nos 100 anos seguintes, os americanos construíram uma tradição natalina própria que incluía fragmentos de outros costumes, como decorar árvores, mandar cartões e dar presentes.

Embora muitas famílias tenham comprado rapidamente a ideia de que estavam comemorando o natal como vinha sendo feito há séculos, os americanos realmente reinventaram o feriado para preencher as necessidades culturais de uma nação em crescimento. 


Texto: History.

Tradução e adaptação: Professora Manuka.  

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Alimentos, peso, energia e o conceito de entalpia

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Os alimentos consumidos pelas pessoas e pelos animais possuem em sua composição variadas proporções de energia armazenada em sua estrutura química. Quando comemos, eles são fracionados, absorvidos pelas células e passam por reações e transformações. Acompanhe:

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A partir dessas mudanças, a energia é liberada e assimilada pelo organismo. Essa energia é usada nas funções vitais do corpo humano.

O valor energético dos alimentos é simbolizado pelas calorias neles contidas. Por definição, uma caloria (1 cal) equivale à quantidade necessária para elevar em 1°C a temperatura de 1 grama de água.

Usualmente, a grandeza de expressão da quantidade de energia contida nos alimentos é a quilocaloria (1 kcal = 1.000 cal), que pode ser representada, também, pela sigla Cal, com “C” maiúsculo (muito utilizada pelos nutricionistas). Entretanto, esse símbolo causa confusão e vem sendo abandonado. Uma quilocaloria (1 kcal, ou 1Cal) equivale a 4,18 kj (quilojoules) de energia.

Uma pessoa utiliza cerca de 33 kcal por quilograma. Assim, um indivíduo com 70 kg deve consumir aproximadamente 2.310 kcal por dia. Atividades físicas extras provocam a queima de porções maiores de energia que o habitual.

As principais substâncias que fazem parte da nossa dieta são açúcares, proteínas, gorduras, água e sais minerais, sendo que os grupos mais importantes no fornecimento de energia são os carboidratos, gorduras e proteínas.

As gorduras englobam os óleos e as gorduras vegetais e animais. Os carboidratos são, basicamente, os açúcares, presentes nos alimentos principalmente na forma de glicose, frutose, sacarose, maltose e lactose. Já as proteínas são compostos orgânicos, como a carne. Há também as enzimas, que são proteínas responsáveis por aumentar a velocidade das reações químicas que acontecem no corpo humano.

Na digestão, os carboidratos, as gorduras e até as proteínas passam por processos químicos em que são reduzidos. As substâncias resultantes são absorvidas pelas células do organismo e reagem com o oxigênio, gerando gás carbônico (CO2), água (H2O) e energia.

De acordo com apurações em laboratório, a queima de 1 kg (quilograma) de gordura pura libera cerca de 9.000 kcal (9.000 Cal), enquanto o processamento de 1 kg de açúcares ou de proteínas gera algo em torno de 4.000 kcal (4.000 Cal).

Definição de entalpia


Entalpia é o conceito global de energia (em forma de calor) existente em um sistema termodinâmico. Representada pela letra H, a unidade de expressão da entalpia é o joule (J), de acordo com o Sistema Internacional. O fluxo de energia que ocorre nas transformações é avaliado pela Termodinâmica (ramo da Física que estuda os efeitos das mudanças de temperatura, pressão e volume dos sistemas), com base no conhecimento acumulado sobre o comportamento das energias, de acordo com um conjunto de princípios ou leis da Termodinâmica apuradas em experimentos.

A primeira lei da Termodinâmica, por exemplo, estabelece que a energia do Universo é constante, não podendo ser criada ou destruída. Assim, num experimento de reação química, toda a energia envolvida será trocada entre as substâncias e/ou liberada para o meio que envolve o experimento.

Calculando a variação de entalpia
Apesar de não ser possível calcular o valor de entalpia das substâncias (H), a variação de entalpia (ΔH) equivale à quantidade de calor que pode ser medida nas reações químicas em um sistema. Temos, portanto: ΔH (variação de entalpia) = Hp (entalpia dos produtos) – Hr (entalpia dos reagentes).

Por esse princípio, é possível saber se a reação liberou calor (exotérmica, onde Hp < Hr, gerando um ΔH negativo) ou absorveu calor (endotérmica, onde Hp > Hr, gerando um ΔH positivo). Recorrendo ao exemplo apresentado anteriormente, uma reação química exotérmica terá uma variação de entalpia (ΔH) negativa:

C2H6O(l) + 3O2(g) à 2CO2(g) + 3H2O2(l) + 1.369 kJ.

Como Hp < Hr, temos que o ΔH será negativo: ΔH = - 1.389 kJ.

Já no outro exemplo, de reação endotérmica, haverá variação de entalpia (ΔH) positiva:

C(s) + 2S(s) + 79,5 kJ à CS2(l)

Como Hp > Hr, temos que o ΔH será positivo: ΔH = + 79,5 kJ.

Para concluir, equação termoquímica é a forma utilizada para representar uma equação química, sempre se considerando as condições de temperatura e pressão presentes, o estado físico dos componentes, as variedades alotrópicas e a variação de entalpia. Dessa forma, uma reação de carbono (C) e oxigênio (O2) formando gás carbônico (CO2) pode ser representada de seguinte forma:

C(grafite) + O2(gasoso) à CO2(gasoso), cujo ΔH = - 393,3 kJ/mol de CO2 (a 25 °C e 1 atm).

Dificuldade de emagrecer x forma que o alimento vira energia


Por que uns parecem viver permanentemente em regime de greve de fome e ainda assim perdem todas as batalhas contra a balança? E por que outros se deliciam, sem sentimento de culpa, com uma porção extra de torta de chocolate e ainda assim permanecem esbeltos?

A Medicina tem uma tonelada de respostas para dúvidas desse gênero, mas os cientistas não estão satisfeitos com o que sabem.

O segredo da constância de peso num indivíduo saudável está na constância de certa quantidade de gordura no corpo. Sob a forma de gordura, o tecido adiposo armazena 95% das reservas energéticas do organismo. Os outros 5% são supridos pelas reservas de glicogênio – um derivado da glicose – existentes no fígado e no tecido muscular.

Para manter constante o peso, o organismo deve, portanto, gastar tudo o que ganha por meio dos alimentos. Se todos gastassem por igual, a questão se resolveria com uma simples operação aritmética: gordos seriam aqueles que comem mais do que precisam, e magros, os que comem menos.

Mas há situações em que a fisiologia desarruma a lógica. No caso dos magros que comem muito e dos gordos que se alimentam muito mal, o problema não parece ser o que entra em forma de alimento, mas o que sai em forma de energia.

As reações bioquímicas que ocorrem nos processos de digestão, absorção e armazenamento dos nutrientes são extremamente complexas, mas todas estão a serviço de uma nobre causa: o organismo deve manter o seu equilíbrio homeostático. Isto é, precisa conservar o seu meio interno constante, ao mesmo tempo em que gere suas economias. O corpo humano é um modelo de avareza: tudo o que sobra do processo de digestão dos alimentos será transformado em gordura e em glicogênio.

Fontes:
Ciências da Natureza – Química 2/Abril Coleções. – São Paulo: Abril, 2010.
SUPERINTERESSANTE, 5/1989, adaptado.

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Como seria se ninguém precisasse mais comer?

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Carbono, compostos orgânicos e a origem da vida

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A origem da vida está diretamente ligada a um elemento químico muito especial: o carbono (C). É ele que justifica a existência dos compostos orgânicos, em razão de sua extraordinária capacidade de reagir com outras substâncias e formar complexas cadeias moleculares.

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Na Terra, os compostos orgânicos são produzidos pelos organismos vivos a partir de seu surgimento por aqui. Constituem-se de átomos de carbono misturados a outros elementos.

Fora do nosso planeta, eles nascem de reações químicas entre átomos que são expelidos por algumas estrelas – principalmente – as mais frias. O fenômeno já aconteceu no Sistema Solar antes da formação dos planetas, mas hoje ocorre com mais frequência fora dele.

Uma das fábricas desses compostos é a estrela Betelgeuse, na Constelação de Órion, situada a cerca de 309 anos-luz da Terra. Ela emite partículas que se espalham numa região maior do que a órbita de Plutão. Essas micro pedrinhas podem ser feitas de silício, ferro e até grafite, um cristal de carbono.

Quando o grafite tromba com átomos de hidrogênio, que também são lançados pela estrela o tempo todo, as duas substâncias podem reagir, resultando em moléculas orgânicas simples, como o metano, além de alguns álcoois e açúcares, mais complexos.

Sabemos da sua existência porque emitem luz. “Cada substância tem o seu sinal particular no espectro luminoso, tal como se fosse uma impressão digital”, compara o astrônomo Augusto Damineli, da Universidade de São Paulo. Além do metano, já foram identificados cerca de cinquenta compostos orgânicos no espaço. Os cientistas estimam que podem existir muitos mais.

De acordo com a teoria da evolução dos elementos químicos, o carbono seria originário do hélio (He), que, por sua vez, teria origem do hidrogênio (H). Ao surgir, ele teria sido a base dos primeiros compostos orgânicos, como o metano.

No contato com o hidrogênio e com o vapor de água, os compostos orgânicos deram origem às primeiras moléculas complexas, os aminoácidos – que, por sua vez, se combinaram em moléculas cada vez maiores e mais complexas. Surgiram então as proteínas. Essas substâncias foram essenciais para que a vida surgisse e se desenvolvesse em nosso planeta.

Assim, Química e Física estão na base da origem de outra ciência, a Biologia. Esquematicamente, podemos representar essa evolução da seguinte forma:

... H à He à C à metano à aminoácidos à proteínas à vida...

A Química Orgânica é justamente a Química dos compostos de carbono, que têm em comum características particulares, como a combustibilidade.

O termo Química Orgânica foi cunhado pelo sueco Torben Olof Bergmann em 1777. Acreditava-se, então, que os compostos orgânicos não poderiam ser reproduzidos. Essa teoria foi derrubada pelo químico alemão Friedrich Wöhler, que, em 1828, promoveu a síntese da ureia, um composto orgânico produzido com a excreção de urina.

Ele o fez promovendo a reação de três compostos inorgânicos (isto é, de origem mineral) – o cianeto de chumbo (II), a amônia e a água – submetidos a calor.

Um dos mais conhecidos químicos da história, o francês Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794) concluiu que todas as substâncias provenientes dos animais possuíam carbono em sua composição.

Assim, a partir do experimento de Wöhler, o campo da Química adotou uma nova divisão para os compostos orgânicos: os naturais, que são aqueles encontrados na natureza, como os provenientes do petróleo (hidrocarbonetos), dos vegetais (clorofila e celulose) ou dos animais (ureia e hemoglobina, por exemplo); e os artificiais, que são produzidos pelo ser humano, como os plásticos e os tecidos sintéticos.

Uma reação que presenciamos eventualmente ajuda a perceber a presença do carbono nos compostos orgânicos. Ao produzirmos caramelo para elaborar doces, aquecemos o açúcar, cuja base é a sacarose [C12H22O11(s)]. Ao fazermos isso, produzimos carvão, que é uma das formas mais recorrentes do carbono. Veja a reação descrita a seguir:

                   Δ
C12H22O11(s) à 12C(s) + 11H2O(v)

Outra fonte muito importante de compostos orgânicos é o petróleo. Na sua composição, há uma mistura complexa de muitas substâncias, com predominância dos hidrocarbonetos. É a partir do petróleo que fabricamos importantes compostos orgânicos.

Atenção: existem algumas substâncias que têm o carbono em sua composição, mas que não são consideradas compostos orgânicos. É o caso, por exemplo, dos gases monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2), classificados como substâncias inorgânicas.

Existe vida fora da Terra?

     

Por Celso Miranda e Eduardo Dorneles Barcelos

A possibilidade de que não estejamos sozinhos no Universo conquistou a ciência, que atualmente mobiliza um tremendo aparato de investigação na busca de formas de vida extraterrestre, inteligentes ou não, localizadas no Sistema Solar ou entre as estrelas. Essa pesquisa ganhou, com o passar dos anos, consistência e um nome próprio: exobiologia. E, embora ainda não tenha tido êxito em encontrar vida fora do nosso planeta, vem envolvendo um número maior de cientistas e instituições de pesquisa.

A primeira dificuldade da exobiologia é definir o que estamos procurando. Quem aposta na Seti (Search for Extraterrestrial Intelligence, ou Busca por Inteligência Extraterrestre), por exemplo, procura por nossos duplos espaciais – culturas que desenvolveram tecnologias de comunicação interestrelar.

Então, a resposta seria: buscamos vida inteligente. Pois é, a dificuldade já começa aí: precisamos saber o que é vida. Embora essa possa parecer uma questão banal, os cientistas ainda não conseguiram elaborar uma definição do fenômeno biológico de aceitação universal.

Apesar da falta de consenso, alguns fenômenos caracterizam um ser vivo: a realização de metabolismo, a capacidade de se reproduzir e a existência de um limite que separa o organismo do meio circundante.

Em nosso planeta, a vida desenvolveu-se a partir de água no estado líquido e de compostos químicos baseados no carbono. Seria isso um acaso ou a base de um fenômeno universal? Será mera casualidade que a biota (conjunto de sistemas vivos) esteja fundamentada em um meio aquoso e as moléculas, no carbono?

Talvez não. A Astronomia e a Química já determinaram que a água é uma molécula largamente distribuída no Universo e que o carbono tem uma grande capacidade de ligação com outros átomos. Por isso, a maioria dos exobiólogos acredita que o padrão biológico daqui é universal e será encontrado em outros mundos.

No entanto, é bom que se diga que a possível identidade química com outra forma de vida não implica uma aparência nem remotamente semelhante. Como as mutações não seguem um plano, as formas de vida extraterrestre podem ser bem diferentes da nossa.

Fontes:

Ciências da Natureza – Química 2/Abril Coleções. – São Paulo: Abril, 2010.
SUPERINTERESSANTE, 3/2000, adaptado.
SUPERINTERESSANTE, 12/2003, adaptado.

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