Computadores descobrem novo tipo de ligação química

 Os cientistas planejam escrever um novo livro-texto de Química, dando uma nova explicação sobre como as ligações químicas "realmente" ocorrem. [Imagem: NCSA]

Pares reacoplados

Uma simulação inteiramente feita em computador ajudou químicos a identificarem um tipo de ligação química desconhecida até agora.

"Esse fenômeno tem implicações para toda a química," afirmou Thom Dunning, da Universidade de Illinois, nos Estados Unidos.

Dunning e seus colegas batizaram o novo tipo de ligações química de "ligação de pares reacoplados" (recoupled pair bonding).

"Os químicos sabem há muito tempo que a química dos elementos do grupo principal, do nitrogênio até o flúor, é diferente da química dos elementos nas linhas abaixo na tabela periódica," explica Dunning.

"A questão é: o que torna o fósforo diferente do nitrogênio, ou o enxofre diferente do oxigênio? Parece que este novo tipo de ligação é uma das principais causas dessas anomalias," afirma ele.

Hipervalência

Uma das principais dentre essas anomalias é a chamada hipervalência, uma grande classe de moléculas que forma um número de ligações maior do que o esperado.

A Regra dos Octetos estabelece que os átomos querem ter oito elétrons em sua camada de valência.

Quando se sabe quantos elétrons um átomo tem em sua camada de valência é possível saber como ele irá ganhar, perder ou compartilhar elétrons para formar octetos - o que revela o número de ligações que o átomo pode formar.

Mas as moléculas hipervalentes formam mais ligações do que seria de se esperar, como se tivessem mais do que oito elétrons em suas camadas de valência.

O que os cientistas descobriram agora é que essas moléculas podem formar um outro tipo de ligação química.

Novo tipo de ligação química

Imagine dois átomos, um com 2 e outro com 1 elétron na camada externa. Normalmente, elétrons pareados não participam de uma ligação - é necessário separá-los para que o átomo forme uma ligação.

Alguns átomos, como o flúor, conseguem forçar essa separação. Um elétron do par original é "reacoplado" pelo flúor, formando uma ligação de par reacoplado com o elétron no orbital ocupado por um único elétron.

O outro elétron, que estava anteriormente pareado, está agora disponível para formar uma outra ligação.

Desta forma, tem-se duas ligações onde se acreditava poder haver apenas uma.

"O mais interessante sobre nossa teoria é que ela é uma teoria preditiva," diz David Woon, coautor do estudo. "Quando nós estudamos compostos de fósforo e cloro, nós intuímos como eles se comportariam baseados no que havíamos aprendido com as ligações de pares reacoplados nos compostos de enxofre."

E a "intuição" a partir da nova teoria funcionou, algo que não é explicado pela Regra dos Octetos.

Os cientistas agora planejam escrever um novo livro-texto de Química, dando uma nova explicação sobre como as ligações químicas "realmente" ocorrem.

Bibliografia:

Bonding and Isomerism in SFn-1Cl (n = 1-6): A Quantum Chemical Study
Jeff Leiding, David E. Woon, Thom H. Dunning Jr.
Journal of Physical Chemistry A
Vol.: 115 (3), pp 329-341
DOI: 10.1021/jp107916c

fonte:http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=novo-tipo-ligacao-quimica&id=010160110927 

III SIMPÓSIO DE PLANTAS MEDICINAIS DO VALE DO SÃO FRANCISCO

Universidade Federal do Vale do São Francisco (UNIVASF), através do Núcleo de Estudos e Pesquisas de Plantas Medicinais (NEPLAME), promoverá no período de 12 a 15 de outubro de 2011.

O evento é voltado para estudantes, jovens cientistas, pesquisadores, profissionais de saúde, bem como para a população em geral, e tem como objetivo discutir propostas de aproveitamento do potencial químico e farmacológico da biodiversidade da região do Vale do São Francisco. O Simpósio será realizado no Complexo Multieventos, no campus da UNIVASF em Juazeiro-BA.  

O Simpósio contará com cursos, palestras e apresentações de trabalhos científicos. Convidamos a todos para que participem e divulguem o nosso evento, o qual vai se consolidando aos poucos como um dos mais importantes do país sobre o tema "plantas medicinais". Iniciativas como essa são necessárias para fortalecer o uso de plantas medicinais baseados em critérios científicos. 

Distribuição eletrônica: Subníveis de energia

Oi Galera!

Estão com dúvidas em Distribuição eletrônica?

Olha só esse vídeo legal do Professor Carlos Vitorino que encontrei no YOUTUBE.

Querem saber um pouco mais?

acessem o INFOESCOLA e o BRASILESCOLA que tem umas explicações muito legais!

A Química do Cabelo

 O cabelo é consituído, basicamente, de uma proteína: a alfa-queratina. As queratinas (alfa e beta) são, também, consitituintes de outras partes de animais, como unhas, a seda, bicos de aves, chifres, pêlos, cascos, espinhos (do porco-espinho), entre outros.

Em cada fio de cabelo, milhares de cadeias de alfa-queratina estão entrelaçadas em uma forma espiral, sob a forma de placas que se sobrepoem, resultando em um longo e fino "cordão" protéico. Estas proteínas interagem fortemente entre si, por várias maneiras (veremos adiante), resultando na forma característica de cada cabelo: liso, enrolado, ondulado, etc..

A raiz de cada fio capilar está contida numa bolsa tubular da epiderme chamada folículo capilar.  Estima-se que existam cerca de 5 milhões de folículos capilares no corpo humano.  As únicas partes da pele que não têm folículos são as palmas da mão e as solas dos pés.  O fulículo recebe irrigação na epiderme e, algumas vezes, pode apresentar disfunções, levando ou ao  crescimento excessivo de cabelos (ou pelos) ou à queda de cabelos, um problema enfrentado por boa parte da população.  A queda de cabelos é mais frequente nos homens, e estudos indicam que ela está associada à testosterona.  Este hormônio é convertido, por uma enzima encontrada nos folículos, em dihidrotestosterona (DHT), que é capaz de se ligar a receptores nos folículos. Segundo Dr. Richard S. Strick, um dermatologista na University  of California em Los Angeles, "this binding can trigger a change in the genetic activity of the cells, which initiates the  gradual process of hair loss".

números

>um adulto tem cerca de 150 mil fios de cabelos na cabeça; > O número total, incluindo todos os pêlos, chega a mais de 1 milhão; >o cabelo cresce cerca de 2cm por mês; > apenas 3 meses após a fecundação, os primeiros fios de cabelo já nascem no feto;

A cor do cabelo vem de pigmentos, como a melanina, que são agregados ao cabelo a partir do folículo capilar, o aparelho que é responsável pela produção do mesmo. Em geral, a cor do cabelo está relacionada à cor da pele: pessoas com pele escura tendem a ter cabelos escuros, e vice-versa. Isto porque a pigmentação do cabelo depende da quantidade de melanócitos presentes.

Uma proteína é uma sequência de amino-ácidos, um polipeptídeo. A queratina é formada por cerca de 15 amino-ácidos diferentes, que se repetem e interagem entre si. Na conformação alfa, cada cadeia polipeptídica enrola-se sobre si mesma, no formato de uma hélice (como uma escada de caracol). Na conformação beta, as cadeias ficam semi-estiradas, dispostas paralelamente. A figura ao lado ilustra a proteína G, que apresenta as duas conformações: alfa, em lilás, e beta, em amarelo. As ligações intramoleculares entre os aminoácidos da mesma cadeia é que sustentam a configuração da cadeia. Entre os tipos de interação, destacam-se as pontes de hidrogênio e as pontes cistínicas, que são as pontes formadas entre os grupos -SH do amino-ácido cistina, presente na queratina.

Como se faz o cabelo "Permanente" ?

Um dos amino-ácidos presentes na queratina é a cisteína, responsável pelas ligações cisteínicas. A cisteína, RSH, pode interagir com outra cisteína da mesma cadeia polipetídica, e formar uma ligação convalente, RSSR. Estas ligações são responsáveis pelas "ondas" que aparecem em nossos cabelos. A possibilidade da interconversão entre as formas oxidadas (RSSR) e reduzidas (RSH) da cisteína é que permite ao cabelereiro "moldar" o seu cabelo, ou seja, alisar um cabelo crespo, ou fazer "cachos" e "ondas" em um cabelo liso. A primeira etapa consiste na redução de todos os grupos RSSR. Isto se faz, geralmente, com a aplicação do ácido tioglicólico (também conhecido como ácido 2-mercaptoacético) em uma solução de amônia (pH 9). Esta solução reduz os grupos RSSR para RSH. thioglycolic acid (also known as 2-mercaptoacetic acid) in an ammonia solution (about pH 9) reduces RSSR to RSH (os cabelereiros chamam esta solução de "relaxante").
A segunda etapa consite em imprimir no cabelo a forma desejada: lisa ou ondulada. Após se lavar toda a solução de ácido tioglicólico e se enrolar ou esticar o cabelo, o cabelereiro, então, oxida os grupos RSH para RSSR, com a aplicação de um agente oxidante, tal como o peróxido de hidrogênio (H₂O₂, água oxigenada) ou borato de sódio (NaBrO₃) (os cabelereiros se referem a esta solução como "neutralizante"). O novo padrão imposto, então, dura até o crescimento do cabelo, quando será uma nova visita ao salão.

Como o cabelo pode ser colorido?

Existem, basicamente, 2 métodos: o primeiro consiste na incorporação de pigmentos na formação do fio de cabelo. Este processo é lento e, em geral, é feito com pigmentos naturais, tais como o encontrado na henna ou na camomila. Devido ao uso constante, em xampus e/ou condicionadores, estes pigmentos começam a fazer parte dos novos fios de cabelos formados.
O segundo método é a pintura imediata do cabelo, com a destruição dos pigmentos (descoloração) já existentes nos fios, e a incorporação de novos pigmentos. O processo de descoloração é ainda feito, na maioria das vezes, com peróxidos ou amônia, embora ambos os produtos sejam tóxicos. Um dos pigmentos mais utilizados, na coloração, é o acetato de chumbo, embora também seja tóxico.
As indústrias investem muito em pesquisa nesta área. Recentemente, a americana L'Oréal chegou a uma solução original para o tratamento de cabelos grisalhos: desenvolveu um produto a base de dihidróxido-5-6-indol, um precursor natural da melanina, o principal pigmento do cabelo. A figura ao lado ilustra o indol, o reagente de partida para a síntese do produto da LÓréal.

Como agem os xampus e condicionadores?
Ambos possuem, em sua formulação, moléculas de surfactantes. O QMCWEB já fez uma aula virtual sobre surfactantes. Os xampus e condicionadores diferem, basicamente, na carga do surfactante: os xampus contém surfactantes aniônicos, enquanto que os condicionadores têm surfactantes catiônicos. Quando o cabelo está sujo, ele contém óleo em excesso e uma série de partículas de poeira e outras sujeiras que aderem à superfície do cabelo. Esta mistura é, geralmente, insolúvel em água - daí a necessidade de um xampu para o banho. O surfactante ajuda a solubilizar as sujeiras, e lava o cabelo.
Um problema surge do fato de que surfactantes aniônicos formam complexos estáveis com polímeros neutros ou proteínas, como é o caso da queratina. O cabelo, após o uso do xampu, fica carregado eletrostaticamente, devido a repulsão entre as moléculas de surfactantes (negativas) "ligadas" à queratina. É aí que entra o condicionador: os surfactantes catiônicos interagem fracamente com polímeros e proteínas neutras, e são capazes de se agregar e arrastar as moléculas de xampu que ainda estão no cabelo. Nos frascos de condicionadores existem, ainda, alguns produtos oleosos, para repor a oleosidade ao cabelo, que foi extraída com o xampu.
O cabelo, após o condicionador, fica menos carregado e, ainda, com mais oleosidade.

Segundo este critério, não existe xampu "2 em 1", ou seja, uma formulação capaz de conter tanto um surfactante aniônico como um catiônico. Os produtos encontrados no mercado que se dizem ser "xampu 2 em 1" são, na verdade, xampus com surfactantes neutros ou, ainda, surfactantes aniônicos com compostos oleosos, que minimizam o efeito eletrostático criado pelo xampu normal.

Fonte:http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/cabelo.html

VI Congresso de Pesquisa e Inovação da Rede Norte e Nordeste de Educação Tecnológica - CONNEPI - 2011 será sediado em Aracaju- SE

TEMÁTICA DO EVENTO

O VI CONNEPI propõe como tema central: "Tecnologia inovadora sustentável: Ações afirmativas, equidade e promoção da qualidade devida".




O VI Congresso de Pesquisa e Inovação da Rede Norte Nordeste de Educação Tecnológica (CONNEPI 2011) é um evento anual promovido pela Rede Norte Nordeste de Educação Profissional e Tecnológica e pela Secretaria de Educação Tecnológica (SETEC) do Ministério da Educação. Ao longo dos anos, o CONNEPI tornou-se um dos mais importantes eventos científicos da rede de educação tecnológica. A importância do CONNEPI pode ser observada pelo crescente número de submissões de trabalhos e de participantes nas últimas edições.

Em sua 6ª edição, o congresso será realizado de 30 de Novembro a 02 de Dezembro de 2011 na cidade de Aracaju - SE. A coordenação do evento está sob a responsabilidade do Instituto Federal de Sergipe. O evento será composto de sessões técnicas orais, apresentação de pôsteres, oficinas e minicursos. Chamadas específicas para as diversas atividades do CONNEPI 2011 serão oportunamente divulgadas.

Título: VI Congresso de Pesquisa e Inovação da Rede Norte e Nordeste de Educação Tecnológica - CONNEPI - 2011

Local: Hotel Parque dos Coqueiros em Aracaju - SE.

Período: 30 de Novembro a 02 de Dezembro de 2011.

Público Alvo: Professores, pesquisadores e estudantes da Rede Norte Nordeste de Educação Profissional e Tecnológica e áreas afins que pertençam a instituições de ensino e de pesquisa, empresas e indústrias, além de profissionais autônomos.

Área de Abrangência: Principalmente as Instituições pertencentes ao Sistema de Educação Profissional e Tecnológica das Regiões Norte e Nordeste.

Número máximo de participantes: 1500.

Número máximo de trabalhos selecionados: 1000.

QUÍMIOSENSORES

   O corpo humano é uma central de análises!

                            

Em menos de um segundo somos capazes de detectar, no ar, a presença de substâncias em concetrações tão baixas que nenhuma máquina construída pelo homem detectaria.
O olfato é o mais antigo - e um dos mais intrigantes - sentidos desenvolvidos pelo homem. Nesta edição do QMCWEB você vai saber um pouco mais sobre o olfato, quimiossensores e a relação entre a estrutura da molécula e o odor experimentado.

Estrutura Química vs. Odor

Moléculas com estrutura química muito semelhantes podem apresentar odores completamente distintos. Veja os exemplos abaixo: maçã manteiga rançosa alho cebola alho vinho whiskey pipoca banana limão menta cravo jasmim rosa morango

O olfato depende de receptores sensoriais que respondem à presença de certas moléculas na atmosfera. Nos humanos, estes quimiorreceptores estão localizado noepitélio oftactatório- um pedaço de tecido do tamanho de um selo postal, localizado na cavidade nasal.
Este tecido é recoberto de cílios e uma camada de muco. As moléculas gasosas são dissolvidas no muco e, então, interagem com os receptores. Isto ativa uma enzima, a adenilil ciclase, que cataliza a conversão de ATP ao AMP cíclico (cAMP). O cAMP ativa um canal de Na⁺, gerando um potencial de despolarização ao longo da membrana. Este impulso étransmitido pelos nervos olfactatórios até o cérebro, que, computando outros estímulos sensoriais, interpreta o impulso como um odor - muitas vezes acionando áreas da memória que relacionam o particular odor com algo já experimentado antes.

A substância odorante precisa ter certas propriedades para ser capaz de provocar alterações sensoriais: deve apresentar alguma solubilidade em água, pressão de vapor considerável, lipofilicidade, e massa molar não muito elevalda (em um artigo de 1967, Demole e Wuest, na Helv. Chem. Acta., garantem não existir nenhuma molécula odorante com massa molar maior do que 294 g/mol). Existem cerca de 50 milhões de células receptoras em cada uma das duas cavidades nasais. O ser humano é capaz de distinguir mais de 10.000 espécies químicas diferentes, baseado apenas em sua estrutura molecular.

Uma comparação das estruturas das moléculas com seus odores revela algumas similaridades: por exemplo,substâncias com odor de peixes geralmente contém um átomo de nitrogênio ligado a 3 átomos, com um par eletrônico não-ligante: são aminas primárias, secundárias ou terciárias, tal como dietilamina, H₃C–NH–CH₃ e etilamina, H₂N–CH₂CH₃.
A indústria alimentícia tem particular interesse em substâncias odorantes. Os grupos mais utilizados comercialmente são os ésteres e as gama e delta lactonas.

Diversos grupos de pesquisa no Brasil estudam compostos que apresentam odores ou aromas. Este é um campo promissor, pois a indústria alimentícia depende de nós, químicos, para a obtenção de compostos que confiram aos seus produtos os sabores desejados.

algumas lactonas e seus odores chocolate creme côco pêssego gordura jasmim Receptores Sensoriais A entrada de informação no sistema nervoso central é dada pelos receptores sensoriais. Existem basicamente cinco tipos diferentes de receptores sensitivos: 1) mecanorreceptores: detectam deformações mecânicas dos receptores ou de células adjacentes; 2) termorreceptores: detectam alterações da temperatura - alguns detectam o frio e outros o calor; 3) eletromagnéticos: detectam a luz na retina 4) nociceptores: detectam lesões nos tecidos tanto físicas quanto químicas 5) quimiorreceptores: detectam paladar e olfato, nível de oxigênio no sangue arterial, pressão osmótica dos líquidos corporais, concentração de CO2, glicose, aminoácidos, entre outros.

Você sabia? As células do paladar e do olfato são as únicas do sistema nervoso que são substituídas quando velhas ou danificadas. Existem várias doenças associadas ao paladar e olfato, tal como a anosmia, que caracteriza-se pela perda completa do olfato, ou a ageusia, que corresponde à perda total do paladar. As maiores causas são infecções no trato nasal, distúrbios hormonais ou problemas com os dentes. Existem basicamente três sistemas de quimiossensores no nariz e na boca. O primeiro, do olfato, confere a habilidade de identificar odores. O segundo, do paladar, detecta o sabor, tal como doce, amargo e azedo. E, finalmente, existe um tipo especial de células quimiossenssoras, localizadas nasuperfície do olho, gartanta, boca e nariz, que detectam a presença de substâncias irritantes, tais como amônia, mentol e pimenta. Umas das formas pela qual a respiração é controlada é através dequimiorreceptores. Existem dois tipos de quimiossensores respiratórios: osarteriais  Nariz Artificial Imagine a seguinte cena: você chega em casa e um display de cristal líquido, na porta da geladeira, lhe informa que o pêssego vai estragar em dois dias e que o presunto já estragou. Ficção? Não, basta colocar um nariz eletrônicodentro do refrigerador! Um dispositivo eletrônico coberto de sensores químicos que, tal como nosso nariz, é capaz de distinguir moléculas pelo seu odor. Não existe, ainda, algo tão bom como nosso nariz no mercado. Mas os "narizes eletrônicos" disponíveis já são capazes de fazer análises qualitativas e quantitativas de várias substâncias, e já estão atuando em diversas indústrias. Algumas vezes menor do que um telefone celular, um nariz artificial pode ser utilizado na indústria automobilística (pode detectar o vazamento de fluídos e/ou o início de um incêndio, pelo odor), alimentícia (pode analisar a qualidade do alimento pelo odor), na polícia (robôs farejadores de drogas e explosivos), na aeronáutica (pode alertar sobre possíveis panes ou incêndio), entre outros. Os sensores químicos são, em geral, dispositivos a base de polímeros condutores. , que detectam mudanças na pressão parcial de O2 e CO2 no sangue arterial e oscentrais que detectam mudanças na pressão parcial de O2 e CO2 no cérebro. O estímulo de tais sensores, causado por hipoxia (aumento da pressão parcial de CO2), provoca uma elevação do número de inspirações por minuto, assim como na profundidade da respiração, o que leva a um aumento da concentração de O2 e uma diminuição do estímulo ao receptor. Dois químicos, John McDevitt e Eric Anslyn, trabalhando com um engenheiro de computação em Austin, na Texas University, construiram um chip microscópico que atua como um quimiossensor de paladar - uma língua artificial. Seu trabalho está no Journal of America Chemical Soc. de 1998, na página 6429. A língua eletrônica possui centenas de micro-esferas que mudam de cor, dependendo do "sabor" da molécula analisada. O produto pode ser utilizado na medicina, para testar colesterol no sangue, para cientistas analisarem águas poluídas, e como degustadores de comidas e bebidas nas indústrias alimentícias. Utilizando uma "saliva" química, a língua eletrônica será capaz mesmo de "provar" substratos sólidos, como uma pedra, garante McDevitt. O composto terc-butil mercaptan, (CH3)3C–SH, é um dos materiais, juntamente com sulfeto de dimetil, CH3–S–CH3, adicionado ao gás natural nos butijões, para produzir um odor característico em caso devasamento. Apenas 5 Sabores Somos capazes de distinguir apenas cinco sabores: salgado, doce, amargo, azedo e umami. Veja como: Sabor Salgado: O sal é o cloreto de sódio (Na+Cl-). O Na+ entra nas células receptoras via canais de sódio, causando uma despolarização, que se propaga pelo nervo aferente primário.  Sabor Azedo:  A espécie detectada é o íon H+. Os íons H+ bloqueiam a entrada dos canais de potássio (K+). Estes canais são responsáveis por manter a célula num nível de hiperpolatização; o bloqueio destes canais causa uma despolarização, transmitida pelo nervo aferente primário. Sabor Doce:  Existem receptores na membrina apical que ligam-se a glucose (sucrose e outros carbohidratos). A ligação ao receptor ativa a enzima adenilil ciclase, elevando a concentração de cAMC, que causa uma inibição dos canais de potássio, conduzindo a uma despolarização da célula.  Sabor Amargo:  Substâncias amargas provocam uma liberação de Ca2+ mediada pelo segundo mensageiro (IP3). A elevação da [Ca2+] provoca uma despolarização, transmitida pelo nervo primário aferente. Sabor Umami:  É o sabor de certos amino-ácidos (e.g., glutamato, aspartato, entre outros). Recentemente, Chaudhari et al. publicaram um artigo no Journal of Neuroscience oferencendo um mecanismo para a ação do glutamato monossódico no paladar. Este composto é utilizado como aditivo pela indústria alimentícia para "realçar" o sabor dos alimentos. Os autores demonstraram que há um receptor, o mGluR4, que media o sabor umami. A ligação a este receptor ativa uma proteína G que eleva a [Ca2+]. Além deste, existem receptores ionotrópicos (ligados a canais iônicos) que são ativados por substâncias umami. Isto provoca a abertura não seletiva de canais iônicos, aumentando o disparo no nervo primário aferente.

Grupo da UFSC pesquisa aromatizantes

Um grupo do Departamento de Química da UFSC desenvolve pesquisa na área de aromatizantes e flavorizantes artificiais. No grupo de Química Fina trabalha o Dr. Santiago Yunes. Segundo Yunes, o principal interessado nestes produtos é a indústria de alimentos. O QMCWEB constatou que, dentre os flavorizantes preparados pelo grupo, estavam algumas das lactonas mencionadas nesta edição.

fonte: http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/exemplar16.html

Tunelamento quântico em reações químicas

Resultados de estudo recente podem abalar o universo da química, desbancando uma teoria que reina absoluta desde os anos 1930. Em sua coluna de junho, Carlos Alberto dos Santos comenta a pesquisa e a mudança de paradigma que ela poderá causar.

    Por: Carlos Alberto dos Santos 
    Publicado em 24/06/2011 | Atualizado em 24/06/2011

 

Diante de uma cordilheira e da falta de um túnel, a melhor forma de se chegar ao outro lado é escalando a montanha mais baixa. De maneira geral, ações que envolvem menor energia são as preferidas. (foto: Deborah Finnell/ Scx.hu)

Imagine-se ao pé de uma cordilheira como essa da imagem, que se interpõe entre você e seu destino. Não havendo um túnel para atravessá-la, você provavelmente decidirá escalar a montanha mais baixa para chegar ao outro lado.

Uma situação análoga acontece no mundo atômico. Só que, nele, montanhas metafóricas têm suas alturas medidas em unidades de energia e não na escala métrica. Seguindo a mesma lógica, o caminho mais provável é o que apresenta menos energia. Afinal, você não concorda que para escalar uma montanha gastamos energia proporcional a sua altura?

Mas, diferente do que ocorre no mundo macroscópico, no universo atômico existe uma alternativa para quando não há energia suficiente para se subir a montanha. Quando uma barreira energética (a montanha atômica) torna-se intransponível, partículas elementares, como o próton e o elétron, e até mesmo alguns átomos usam o efeito túnel para atravessá-la (Leia coluna publicada em 2007 sobre o efeito túnel).

Por outro lado, se tais partículas possuem energia suficiente, elas podem escolher “escalar a montanha” ou “usar o túnel”, dependendo das circunstâncias, que não cabe aqui serem discutidas.

No fim das contas, é tudo uma questão de balanço energético. Há uma lei universal que vale tanto para o micro quanto para o macrocosmo, segundo a qual ações que envolvem menor energia são as preferidas.

Essa questão energética vem da termodinâmica clássica e permanece válida na teoria quântica, que tornou evidente a existência de fenômenos bizarros como o efeito túnel.

O efeito túnel não apenas é possível como é o principal responsável pelos grandes avanços tecnológicos da microeletrônica

Esse efeito, também chamado fenômeno do tunelamento, é possível porque no microcosmo atômico a dualidade partícula-onda é uma estonteante realidade. Assim, um elétron, por exemplo, pode atravessar um material opaco porque, em determinadas circunstâncias, deixa de ser uma partícula para se tornar uma onda.

O fenômeno não apenas é possível como é o principal responsável pelos grandes avanços tecnológicos da microeletrônica e rendeu ao seu descobridor, o japonês Leo Esaki (1925-), o Prêmio Nobel de Física de 1973.

Reviravolta na química

O químico Henry Eyring é autor da Teoria do Estado de Transição. (foto: Don Christian/ Wikimedia Commons)

Em reações químicas, o tunelamento foi previsto como uma correção secundária na Teoria do Estado de Transição (TST, na sigla em inglês), elaborada por Henry Eyring (1901-1981) em meados dos anos 1930. Desde então, ela reina absoluta no mundo da química teórica.

A TST engloba um conjunto de ferramentas matemáticas para calcular as energias envolvidas nas reações químicas. A passagem dos reagentes para os produtos das reações envolve consumo de energia, que depende do conjunto de propriedades físico-químicas dos materiais envolvidos. Calcular a probabilidade e a velocidade das reações químicas, levando em conta todos esses parâmetros, é a finalidade da TST.

Trata-se de uma ferramenta poderosíssima para a interpretação das dinâmicas de reações químicas, mas começa a dar sinais de esgotamento com alguns resultados obtidos nas duas últimas décadas, sobretudo aqueles advindos de avançadas técnicas computacionais. 

Em artigo de revisão publicado em 1983, Donald G. Truhlar, William L. Hase e James T. Hynes reclamavam da dificuldade em avançar nas pesquisas com a TST por causa da imprecisão nos cálculos das energias potenciais envolvidas nos experimentos. Atualmente, esta é uma questão superada.

Apesar da previsão do efeito túnel como fator de correção secundário na TST original e dos avanços metodológicos recentes, seu papel em reações com enzimas e em cinética química continua sob o manto da controvérsia, ora porque as correções matemáticas não ajustam bem os resultados experimentais, ora porque os resultados experimentais não são conclusivos.

Em artigo publicado na edição de 10 de junho da revista Science, Peter Schreiner e colaboradores mostram-se convencidos de que o tunelamento vai entrar de vez na história da química orgânica como mecanismo dominante.

Pesquisadores mostram-se convencidos de que o tunelamento vai entrar de vez na história da química orgânica como mecanismo dominante

A reviravolta tem como personagem central a família dos carbenos, compostos orgânicos exaustivamente utilizados como catalizadores em reações químicas. Um dos elementos dessa família, o escorregadio hidroximetileno (HCOH) comparece em muitas reações, mas ninguém conseguia observá-lo isoladamente. Sua presença sempre foi atestada por meio de medidas indiretas. Era como se apenas seu rastro ou sua sombra fossem percebidos.

Em 2008, seguindo a máxima do químico estadunidense George Claude Pimentel (1922-1989), que, diante da dificuldade em identificar moléculas efêmeras, aconselhava: “resfria, baby”, Schreiner e colegas produziram HCOH em alta temperatura (1.000 °C) e imediatamente o congelaram numa matriz inerte de argônio a uma temperatura de 11 °Kelvin (-262 ºC). Esse procedimento resultou no isolamento do HCOH.

Escolha nada óbvia

A mesma técnica foi utilizada no trabalho publicado no último dia 10. Mas, dessa vez, os pesquisadores prepararam um composto mais complicado, o metilhidroxicarbeno (H₃C-C-OH), primo do hidroximetileno (HCOH), e obtiveram um resultado pra lá de inesperado.

A equipe de Schreiner verificou que esse composto complexo pode se transformar em etenol (CH₂CHOH) ou etanal (CH₃CHO) por meio de um simples reposicionamento de um de seus átomos de hidrogênio.

Se o hidrogênio ligado ao oxigênio saltar para o carbono isolado forma-se o etanal. Já a formação do etenol ocorre quando um dos hidrogênios ligados ao carbono salta para o carbono isolado.

O problema é que esses rearranjos moleculares requerem energia. É como se o hidrogênio tivesse duas montanhas a sua frente. Ele precisa escalar uma montanha de 22,6 kcal/mol para chegar ao etenol e uma de 28 kcal/mol para chegar ao etanal. Surpreendentemente, em vez de escolher a montanha mais baixa, o hidrogênio escolheu a mais alta.

Em experimento liderado por Peter Schreiner, um átomo de hidrogênio, diante de duas ‘montanhas’ de energia, escolheu a mais energética, surpreendendo os pesquisadores e anunciando uma grande mudança nas teorias da química. (esquema: Carlos Alberto dos Santos)

Do mesmo modo que os humanos precisam de energia para escalar uma montanha, o hidrogênio precisa de energia para vencer a barreira energética. Uma maneira de lhe fornecer energia é aquece-lo, mas como o experimento foi feito em baixíssima temperatura (11 K), não havia energia suficiente para o hidrogênio vencer as barreiras energéticas, nem a do etenol e muito menos a do etanal. Portanto, a explicação plausível é de que o etanal se formou por efeito túnel.

Mas, você há de perguntar: por que o hidrogênio escolheu o túnel que leva ao etanal e não o que leva ao etenol? Por uma razão simples e bela: a montanha de 28 kcal/mol é bem mais estreita do que a de 22,6 kcal/mol e, portanto, requer menos energia para ser atravessada. O hidrogênio, que não é bobo, resolve economizar energia indo para o lado do etanal.

Essa visão qualitativa, carregada de metáfora, tem suporte científico. Cálculos convincentes têm mostrado que a probabilidade de tunelamento depende diretamente da largura e da raiz quadrada da altura do objeto a ser transposto. Portanto, a dependência na largura é muito maior do que na altura.

Os resultados do estudo estão recheados de consequências interessantes, para além das aplicações tecnológicas que certamente advirão

Os resultados obtidos pela equipe de Schreiner estão recheados de consequências interessantes, para além das aplicações tecnológicas que certamente advirão. Uma delas poderá ter considerável peso histórico.

Se o tunelamento nas reações químicas se apresentar como um mecanismo geral nos casos envolvendo hidrogênio, estaremos testemunhando uma mudança de paradigma, de uma teoria semiclássica, a TST, com mais de 70 anos de sucesso, na qual o tunelamento comparecia como uma correção secundária, para uma teoria inteiramente quântica, ainda engatinhando no universo da química orgânica, na qual o tunelamento desempenha papel dominante.

Carlos Alberto dos SantosProfessor-visitante sênior da Universidade Federal da Integração Latino-americana

fonte: Ciência Hoje

Química e religião

O conhecimento popular sobre a utilização de plantas tem alimentado pesquisas científicas no mundo todo. Com base nele, já foram desenvolvidos tratamentos para uma série de doenças. A CH de junho aborda o tema, com foco no uso religioso das plantas e na sabedoria por trás da cura pela fé.

Muitas plantas produzem substâncias utilizadas como medicamentos ou alucinógenos, entre elas a maria-sem-vergonha (na foto). Dela são extraídas substâncias usadas hoje no tratamento da leucemia. (foto: Thegreenj/ CC BY-SA 3.0)

Os poderes mágicos das plantas curam desde diarreias, como o chá dos brotos de goiabeira, à leucemia, como as substâncias vincristina e vimblastina, extraídas da maria-sem-vergonha, hoje comercializadas para o tratamento dessa doença.

A magia que envolve a prática popular de cura pelas plantas deve-se à presença de substâncias produzidas pelos vegetais – muitas vezes, essenciais para sua sobre- vivência na luta pela preservação da espécie. Os terpenos, algumas substâncias fenólicas e alcaloides são as principais classes de substâncias produzidas pelas plantas. Falaremos um pouco sobre cada um deles.

No primeiro grupo, estão, por exemplo, o limoneno e o mentol, que têm cheiro agradável e são produzidos pelas plantas para atrair os polinizadores noturnos. Duas das muitas aplicações industriais dessas moléculas vão dar gosto a alimentos e aroma a produtos de limpeza. Já os flavonoides, pertencentes ao segundo grupo, protegem as plantas contra a radiação ultravioleta e, por esse motivo, têm propriedades antioxidantes.

Plantas que produzem alcaloides têm sido usadas como venenos e alucinógenos ao longo de nossa história

Os alcaloides, por sua vez, são substâncias que têm o elemento químico nitrogênio em sua estrutura e que produzem acentuado efeito no sistema nervoso central. Plantas que produzem alcaloides têm sido usadas como venenos e alucinógenos ao longo de nossa história.

Talvez, o caso de envenenamento mais conhecido tenha sido a condenação à morte do filósofo grego Sócrates por ingestão de uma bebida à base de cicuta (erva rica no alcaloide coniina).

Muitos alcaloides proporcionam efeitos alucinógenos, como a atropina e a escopolamina, usados na preparação de unguentos a partir das espécies beladona, meimendro e mandrágora, com as quais as ‘bruxas’ da Idade Média se untavam e que, supostamente, as faziam voar.

Esse unguento era conhecido como ‘fórmula de voo’ e utilizado pelas ‘bruxas’ em certas partes do corpo – principalmente, nas mais peludas – e também esfregado sobre o cabo de uma vassoura – que era, como sabemos, o ‘instrumento de voo’.

Em contato com as mucosas vaginal e anal, o uguento era absorvido mais rapidamente pelo organismo. A sensação de voo está associada aos delírios e, ao que parece, à sensação de levitação, fato que explicaria os supostos voos.

Outras propriedades alucinógenas proporcionadas pelo consumo desses alcaloides são: estado de embriaguez, seguido de sono profundo, acompanhado de amnésia. Hoje, a ingestão de escopolamina, associada a bebidas alcoólicas, é conhecida como ‘Boa noite, Cinderela’, mistura usada para dopar vítimas de assalto ou abuso sexual.

Cipó dos mortos

O uso de plantas alucinógenas está, muitas vezes, relacionado à prática religiosa. A religião deriva do termo latim religare e significa religação com o divino, definição que abrange quaisquer doutrinas ou formas de pensamentos metafísicos. Religiões, como o Santo Daime, a Barquinha e a União do Vegetal, foram criadas a partir do consumo da bebida chamada ayahuasca, preparada de plantas amazônicas.

O cipó yagé, ou caapi (na foto), é um dos ingredientes da bebida conhecida como ayahuasca, utilizada em seitas como a do Santo Daime. (foto: Wikimedia Commons/ Rafael Guimarães dos Santos)

Ayahuasca é uma palavra de origem indígena e significa cipó dos mortos (aya = pessoa morta, alma, espírito; waska = corda, cipó). É preparada a partir do cipó yagé ou caapi (Banisteriopsis caapi) e das folhas do arbusto chacrona (Psychotria viridis), ambos contendo alcaloides.

As tradições de cada local e a ocasião de consumo dessa bebida determinam os métodos para o preparo, mas o processo é longo: dura cerca de 24 h. Normalmente, raspa-se a casca dos pedaços recém-cortados do talo do cipó, que, em contato com a água e as folhas de Psychotria viridis, dão origem a ayahuasca – os métodos para o preparo variam segundo as regiões onde o chá é consumido e são semelhantes ao preparo de extratos aquosos nos laboratórios de pesquisa de química de produtos naturais.

Em algumas regiões, as cascas devem ferver por várias horas, e o líquido amargo e denso resultante é consumido em pequenas doses. Esse procedimento é uma extração aquosa a quente, e o produto final é um chá com elevadas quantidades de substâncias retiradas das plantas. 

O método de preparação, a quantidade ingerida, o número e o tipo de misturas determinam os efeitos que a ayahuasca proporciona

Em outras regiões, são consumidas doses maiores de ayahuasca, pois o preparo consiste em amassar as cascas pulverizadas com água fria, tornando-se uma preparação menos concentrada, ou seja, observa-se um chá com coloração mais clara, indicativo de baixas concentrações de substâncias extraídas das plantas.

O método de preparação, o contexto no qual a bebida é consumida, a quantidade ingerida, o número e o tipo de misturas determinam os efeitos que a bebida proporciona. Alucinações visuais, diarreia e vômito podem ser observados com o uso regular da ayahuasca. Taquicardia e morte em casos de intoxicação.

Márcia R. Almeida
Sabrina T. MartinezInstituto de Química
Universidade Federal do Rio de Janeiro