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Alquimia Estelar e Biodiversidade No decorrer de uma aula de Física e Química, uma aluna perguntou o que é que terá levado os pensadores de há muitos séculos atrás a concluir que a matéria era formada por muitas e muitas partículas ligadas entre si. Os primeiros pensadores a admitir essa possibilidade não dispunham da tecnologia actual mas tinham mentes muito atentas aos fenómenos que ocorriam à sua volta. Interrogavam-se, por exemplo, sobre as causas que fazem com que em dias de muito frio a água líquida solidifique e forme gelo, e quando a temperatura sobe o gelo funde e a água retoma o estado líquido, e se a temperatura sobe o suficiente a água passa ao estado gasoso na forma de vapor de água. O vapor de água pode depois condensar e passar ao estado líquido como se pode observar na tampa de um recipiente com água em ebulição, e se a temperatura baixar o suficiente a água volta a solidificar formando gelo. Os homens de ciência, atentos a estes fenómenos, terão inferido que a substância seria sempre a mesma em qualquer dos estados físicos, a possível causa da ocorrência destes estados seria o facto de a matéria ser formada por partículas que, consoante a temperatura, ora se encontravam mais juntas formando estruturas mais organizadas, ora se encontravam mais afastadas entre si como no estado gasoso.

Estado sólido

Estado líquido Sempre a mesma substância, a água.

Estado gasoso

Há quem diga que um outro fenómeno que há muitos anos atrás terá levado os homens de ciência a inferir que a matéria era formada por partículas ligadas entre si foi o desgaste dos degraus das escadarias dos templos, o que em muitos locais ainda hoje se pode observar. Devido ao contacto continuado de pés e sandálias com a pedra, os degraus, passados muitos anos, apresentavam marcas de desgaste nos locais de maior passagem. Como não era detectável a remoção de fragmentos pelos pés, certamente a pedra dos degraus seria formada por partículas muito pequenas, que de modo imperceptível iam sendo removidas a cada passagem. É muitas vezes a atenta observação de fenómenos como estes, que agora nos parecem muito simples, que conduz a grandes progressos no campo científico. Estas e outras observações, conduziram, por volta do séc. IV a.C., ao conceito de atomismo, teoria segundo a qual toda a matéria era formada por partículas muito pequenas e indivisíveis ligadas entre si. A essas partículas foi dado o nome de átomos, por relação com a palavra grega, átomos, que significa indivisível.


Até aos fins do séc. XIX, o átomo era considerado a menor porção em que se podia dividir a matéria mas o avanço da ciência e da tecnologia veio mostrar que na realidade o átomo é ele próprio formado por electrões, protões, neutrões e outras partículas subatómicas não sendo portanto indivisível. Os átomos são tão pequenos que não se consegue isolar um deles. Experiências científicas com recurso a aparelhos sofisticados e de grande precisão, permitiram concluir que os átomos têm forma esférica com um raio da ordem de um angstrom, que corresponde a 1x10 -10 m, o equivalente a 0,0000001 mm. Para termos uma ideia, uma pequena porção de cobre, com a forma de um cubo com 1cm de aresta, é formado por cerca de 8,45 x 10 22 átomos de cobre (84 500 000 000 000 000 000 000 átomos de cobre). Os átomos são mesmo muito pequenos. É destas partículas tão pequenas que são feitos todos os materiais que existem, como o papel onde está escrito este texto, a tinta com que foi impresso ou a pessoa que o está a ler. Verifica-se experimentalmente que nas reacções químicas as substâncias se transformam noutras diferentes, mas os átomos nelas envolvidos são os mesmos, apenas se rearranjam e mudam o modo como se ligam entre si.

2 Mg (s) + O2 (g)  2 MgO (s) Por exemplo, da combustão do magnésio (Mg), na presença do oxigénio (O 2), resulta óxido de magnésio (MgO).

Os átomos que existiam antes da combustão do magnésio são os mesmos que existem depois da combustão, apenas estão ligados de forma diferente, formando materiais e substâncias diferentes.

É assim, reciclando e reorganizando átomos, que a Natureza produz todos os materiais e seres vivos que podemos encontrar. Também nós somos formados por átomos reciclados pela Natureza. O nosso corpo é formado por átomos que provêm dos alimentos que ingerimos, por isso temos átomos que vieram de alfaces, de cenouras, de maçãs, de peixe, etc …. Daqui a muitos anos, quando o nosso corpo se desintegrar, todos estes átomos são libertados para a terra e atmosfera e ficam disponíveis para formar outros materiais ou seres vivos .

De acordo com Antoine Lavoisier, químico francês do séc. XVIII, “Na Natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. A Natureza dá-nos a lição primeira de reciclagem.

Antoine Lavoisier

Mas se os átomos são sempre os mesmos, então como é que terão surgido? No meio científico a teoria mais aceite para a existência de tudo é a de que o Universo teve origem numa singularidade onde se encontrava concentrada toda a energia que havia de produzir o Universo actual. As


condições de densidade e temperatura associadas a essa singularidade eram de tal ordem que não podem ser explicadas pelas leis da física que conhecemos. Essa singularidade, não se sabe porquê, terá entrado em expansão num Big-Bang verdadeiramente Universal. A formação dos átomos de hidrogénio e de hélio é explicável nos instantes seguintes à ocorrência do Big-Bang, daí que os cientistas acreditem que se tenham formado por essa altura e sejam por isso os mais abundantes no Universo. A formação dos átomos de outros elementos químicos ocorre no interior das estrelas. As estrelas funcionam como enormes reactores termonucleares. A luz que vem do Sol dá cor e vida ao nosso mundo e permite-nos ver o que ela própria ajuda a criar. Traz-nos também informação sobre a composição da nossa estrela e do que se passa no seu interior. A luz que nos chega de outras estrelas, traz-nos também informação sobre essas estrelas. A partir do estudo dessa luz, em conjunto com outras observações, os cientistas desenvolveram programas e criaram modelos físico-matemáticos capazes de produzir resultados concordantes com os dados recolhidos nas observações efectuadas. Puderam assim conhecer a composição e o mecanismo de produção de energia no interior de uma estrela.

Abundância dos elementos químicos no Universo

As estrelas são enormes esferas formadas essencialmente por hidrogénio e hélio. O Sol é uma estrela de tamanho médio, cujo raio esférico é cerca de duas vezes a distância da Terra à Lua. No interior do Sol, no seu núcleo, a temperatura e a densidade são tão elevadas que os núcleos de hidrogénio se fundem e dão origem a núcleos de hélio, nessa fusão nuclear liberta-se grande quantidade de energia. Quando no núcleo de uma estrela como o Sol já foi transformado em hélio todo o hidrogénio possível aí existente, a estrela contrai-se, a densidade e temperatura nessa região voltam a subir e a estrela consegue realizar novas fusões nucleares produzindo núcleos de carbono e de oxigénio. Estrelas como o Sol, terminam a sua existência na forma de uma nebulosa planetária, expelindo as suas camadas exteriores para o espaço e distribuindo os seus átomos pelo meio interestelar. No final resta um pequeno núcleo muito denso formado essencialmente por carbono, a que é dado o nome de anã-branca. Importa referir que a idade actual do Sol é de cerca de 4,6 mil milhões de anos e que este se encontra a meio da sua vida, pelo que ainda vamos ter a nossa estrela por muitos e muitos anos. Nas estrelas de massa muito superior à do Sol a fase inicial de evolução é semelhante, mas estas estrelas, atendendo à sua massa, conseguem estabelecer no seu interior temperaturas e densidades que permitem a formação de núcleos de átomos mais pesados. No interior destas estrelas, formam-se átomos até ao elemento ferro. Estas estrelas terminam a sua existência explodindo em supernova. Já na fase de supernova, ainda se produzem elementos químicos de número atómico superior ao ferro, até ao elemento urânio. Todos estes átomos


são espalhados pelo espaço, restando um pequeno núcleo muito denso que pode ser uma estrela de neutrões ou um buraco negro.

Fase terminal de uma estrela como o Sol

Fase terminal de uma estrela de massa muito superior à do Sol

É assim, nesta “Alquimia Estelar” a que chamamos nucleossíntese que se formaram, e continuam a formar-se, os átomos que nas reacções químicas não se criam, não se gastam mas passam de umas substâncias para outras formando novos materiais e novos seres vivos. Os átomos que formam cada um de nós já estiveram em tempos no interior de uma estrela que entretanto terminou a sua existência, por essa razão se diz muitas vezes que “somos pó das estrelas”. Os átomos ligam-se entre si e formam as mais variadas moléculas. É dessa multiplicidade de moléculas que a Natureza selecciona as combinações e proporções adequadas e estabelece a perfeita coordenação entre elas para formar um organismo vivo. Em cada ser vivo há por sua vez um conjunto de moléculas que misteriosamente constituem um código, o código genético, que permite, a partir de um ou dois seres vivos semelhantes, fazer a sua reprodução. Os seres vivos evoluíram ao longo do tempo, a variedade de organismos vivos que resultaram da evolução da vida na Terra representa a quantidade de espécies existentes no nosso planeta, constitui a Biodiversidade. Infelizmente, muitas dessas espécies correm hoje risco de extinção. É necessário preservar o que a Natureza e todo o Universo têm vindo a fazer ao longo dos séculos. É necessário assegurar as condições que permitam um ambiente de qualidade e a equilibrada renovação cíclica dos seres vivos, plantas ou animais. A vida é um presente do Universo e a Terra o melhor lugar que temos para a viver.


Pesquisa e organização do texto, Turma 10º 3 e Prof. Mª Antonieta Alves (C.F.Q.) Escola Secundária de Gondomar Fontes de consulta: Couteau, P. (1996) História Concisa do Universo. Publicações Europa-América Lda, Mem Martins, Portugal. Davies, P. (2009) O Jackpot Cósmico. Gradiva Publicações S.A., Lisboa, Portugal Motz, L. (1960) O que é o Espaço Exterior. Edição Livros do Brasil, Lisboa, Portugal. wikipedia.org

Observação: Excluindo a imagem de Antoine Lavoisier que foi retirada do site wikipedia.org, as restantes imagens são dos autores deste trabalho tendo sido produzidas com recurso a máquina fotográfica, programa EXCEL e programa Inkscape.

Descritivo: Texto e imagem sobre atomismo, formação de elementos químicos nas estrelas e constituição dos materiais e seres vivos. Trabalho realizado pela turma 10º 3 da Escola Secundária de Gondomar e pela professora Maria Antonieta Alves de C.F.Q. Publicado no Jornal da Escola. Excluindo a imagem de Antoine Lavoisier que foi retirada do site wikipedia.org, as restantes imagens são dos autores deste trabalho tendo sido produzidas com recurso a máquina fotográfica, programa EXCEL e programa Inkscape. Interactividade: texto Tempo : Variável Categorizado: Física e Química A – Química 10º ano Tema: Evolução estelar e nucleossíntese Unidade didáctica : Unidade 1 – Das Estrelas ao Átomo Palavra chave: Nucleossíntese, atomismo, átomo, supernova Enviado por: Maria Antonieta Rodrigues Alves, Prof. C.F.Q. na Escola Secundária de Gondomar Observação: O trabalho é enviado em formato Word uma vez que de outro modo as imagens construídas no programa Inkscape, ficavam muito deformadas.


Alquimia estelar  

Material da Casa das Ciências disponível para download em: http://www.casadasciencias.org/index.php?option=com_docman&task=doc_details&gid=3...

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