Química, Meio Ambiente e Edificações: Janeiro 2013
O objetivo deste material é apresentar os métodos de balanceamento de equações existentes. Para que uma equação encontre-se devidamente balanceada, é necessário que se tenha um balanço de cargas, ou seja, a carga final dos produtos deve ser igual à carga final dos reagentes e que átomos de um mesmo elemento químico estejam presentes em igual quantidade tanto nos reagentes quanto nos produtos.
Costuma-se sempre utilizar os menores números inteiros para o balanceamento de uma equação química.
Consiste em, como o nome sugere, balancear a equação química por meio de tentativas sucessivas para achar os coeficientes que corretamente completam a equação. Não será dada nenhuma ênfase especial a esse método no artigo.
Consiste em atribuir coeficientes algébricos à equação para serem futuramente determinados por meio da resolução de um sistema. É em geral bastante eficaz, mas pode vir a tornar-se bastante trabalhoso dependendo do número de espécies envolvidas na equação.
Métodos de Balanceamento:
Método de Tentativas:
Identificar os coeficientes:
Igualar as atomicidades de cada elemento respeitando a regra da proporção atômica. Assim, deve-se multiplicar a atomicidade de cada elemento da molécula pelo coeficiente estequiométrico identificado anteriormente.
Para o nitrogênio: 2ª = 2b (pois existem 2 átomos de N na molécula NH4NO3)
Para o hidrogênio: 4ª = 2c
Para o oxigênio: 3ª = b + c
Se 2ª = 2b, tem-se que a = b.
Se 4ª = 2c, tem-se que 2ª = c.
Substituir os valores obtidos na equação original:
Método Redox:
Baseia-se nas variações dos números de oxidação dos átomos envolvidos de modo a igualar o número de elétrons cedidos com o número de elétrons ganhos.
Se no final do balanceamento redox faltar compostos a serem balanceados, deve-se voltar para o método das tentativas e completar com os coeficientes restantes.
Identificar os átomos que sofrem oxirredução e calcular as variações dos respectivos números de oxidação.
Multiplicar a variação de Nox pela respectiva atomicidade no lado dos reagentes e atribuir o valor obtido como o coeficiente estequiométrico da espécie que sofreu processo reverso.
Assim, o número obtido pela multiplicação da variação de Nox do ferro pela sua atomicidade deve ser atribuído como o coeficiente estequiométrico da molécula de CO.
Acrescentar os coeficientes restantes
Como a atomicidade do carbono no CO2 é igual a 1, multiplicando-se pela variação do Nox 2, obtém-se o coeficiente 2 para o FeO. Do mesmo modo, sendo a variação de Nox do ferro igual a 2/3, multiplicando-se pela atomicidade 1 na molécula de FeO, obtém-se o coeficiente 2/3 para o CO2. Agora, basta balancear o lado dos produtos:
Método Ion-Elétron:
Baseia-se na divisão da reação global de oxirredução em duas semi-equações. Sendo que, para a semi-equação de redução deve-se acrescentar os elétrons no lado dos reagentes e o ânion no lado dos produtos.
De forma análoga, para a semi-equação de oxidação, deve-se adicionar os elétrons no lado dos produtos junto à espécie oxidada, enquanto que no lado de reagentes deve estar a espécie mais reduzida.
Identificar as espécies que sofrem oxidação e redução
Escrever as semi-equações
Somar as semi-equações de modo a balanceá-las e cancelar os elétrons cedidos com os ganhos
Segundo o cientista francês,Antoine Laurent Lavoisier, em uma reação química: "A soma das massas das substâncias reagentes é igual à soma das massas dos produtos da reação."
Estes vidros conseguem aguentar todo tipo de temperatura além de
reações químicas das mais adversas.
As Substancias inicialmente presentes num sistema e que se transformam em outras devido a ocorrência de uma reação química são denominadas reagentes. E as novas substancias produzidas são chamadas produtos de limpeza da natureza.
Numa reação os reagentes são as substâncias que se combinam entre si originando novos compostos. Os solventes e os catalisadores, apesar de estarem envolvidos numa reação não são classificados como reagentes. Considere-se a reação pela seguinte equação química:
FeS (s) + 2 HCl (aq) FeCl2 (aq) + H2S (g)
O reagente sólido "sulfureto de ferro(II)" combina-se com o reagente "cloreto de hidrogênio" em solução aquosa dando origem aos produtos "cloreto de ferro" em solução aquosa e "sulfureto de hidrogênio" gasoso. Note-se que nesta reação a água está presente como solvente ("aq") mas não é referida como reagente.
Quando se efetuam reações químicas, o objectivo é, normalmente, o de obter determinados produtos, com os melhores rendimentos e máxima pureza, sob as melhores condições de segurança e menores danos para o ambiente. Para isso é necessário estudar as reações, estabelecendo os factores de temperatura, pressão e catálise mais adequados o que é de grande importância na Indústria, em que os aspectos econômicos são fundamentais.
A caracterização de todos os produtos, mesmo os que se formam em quantidades reduzidas, é fundamental no estabelecimento dos mecanismos das reações. Por exemplo, a detecção de pequenas quantidades de dímeros do tipo R-R é indicação da participação de radicais livres R• na reação em estudo.
Este texto faz parte de um tema que abrange a Incompatibilidade entre Produtos Químicos, trazendo referência à organização indicada para um almoxarifado de laboratório convencional de produtos químicos. Dessa forma, um dos primeiros cuidados que se deve ter ao se dispor reagentes em um compartimento é a averiguação das siglas contidas nos rótulos dos mesmos, o que muitas vezes é ignorado.
"Atualmente, inclusive por força da legislação, as empresas fornecem informações acerca da composição e dos efeitos dos produtos químicos (nem sempre de forma completa), mas existe uma grande dificuldade de se interpretar corretamente as informações disponíveis para que estas possam ser transformadas em conhecimento aplicável na defesa da saúde dos trabalhadores. Essa dificuldade na interpretação atinge não só a população em geral, mas também os trabalhadores e muitos profissionais da área de Segurança e Saúde do Trabalhador".
Abaixo são apresentados alguns conceitos e siglas corriqueiras encontradas em produtos químicos de natureza diversa, sendo que a sua imensa maioria não leva em consideração a classe desses produtos.
PA (Para Análise): É utilizado para denominação de reagentes de alto grau de pureza e confiabilidade, geralmente padrões primários.
INCOMPATIBILIDADE: Impossibilidade de dois ou mais produtos químicos entrarem em contato. É caracterizada pela transformação total ou parcial dos produtos associados, assim formando compostos secundários com novas propriedades químicas.
FPS (Ficha de Perigo e Segurança): É um documento que todo produto químico deve apresentar, o qual traz informações sobre perigos relevantes à trabalhadores quanto às condições de uso e medidas de precaução em diversas situações ao manipulá-los.
REACH (Registro, Avaliações, Autorização e Restrição de substâncias químicas): É um novo regulamento das substâncias químicas proveniente da União Europeia (U.E), que tem por objetivo geral a proteção da saúde humana e do meio ambiente quanto a forma de produção industrial e utilização de substâncias químicas. Dessa forma, cada produto obrigatoriamente deve ter um registro, para só assim poder ser exportado à U.E.
RÓTULOS: É onde constam informações gerais sobre o produto, tais como: composição, recomendações de socorro imediato e símbolo de perigo correspondente. É imprescindível em laboratório, pois é através dos mesmos que obtemos informações sobre os produtos mais rapidamente.
FICHA DE EMERGÊNCIA e ENVELOPE PARA TRANSPORTE: Estes documentos são de porte obrigatório para os veículos que fazem regularmente o transporte ou que eventualmente estejam transportando produtos perigosos ou relacionados à química.
FISPQ (Ficha com dados de segurança): Fornece informações sobre vários aspectos dos produtos químicos, incluindo diversas substâncias e ainda misturas, em relação à proteção, à segurança, à saúde e ao meio ambiente; transmitindo desta maneira, informações sobre produtos químicos, recomendações sobre medidas de proteção e também ações em situação de emergência.
A evolução dos Reagentes Químicos comerciais:
Através dos Rótulos e Frascos
Embora o uso de produtos químicos date das antigas civilizações, o surgimento da indústria química moderna é muito mais recente, pois é somente com o advento da I Revolução Industrial, por volta de 1800, que começou o provimento sistemático de produtos químicos para outras indústrias: álcali para fazer sabão, carbonato de sódio e sílica para manufatura de vidro, dentre outros exemplos.
A noção de qualidade de um produto químico, ou seja, a capacidade daquele reagente cumprir a finalidade à qual se destina, é bastante antiga, embora nos primórdios da química comercial, isso fosse uma preocupação esporádica.
O florescimento da indústria química levou à necessidade de se ter algum tipo de avaliação da qualidade das matérias-primas usadas nos processos então empregados, talvez por razões econômicas: matérias-primas adulteradas significavam um sério prejuízo para a fábrica. Desde meados do século XIX, já se tinha a opinião de que o rótulo de um produto químico deveria conter todas as informações de interesse, como ocorre com os produtos farmacêuticos.
O desenvolvimento da análise titulométrica e a necessidade de produtos químicos de pureza controlada para aplicações na indústria química, na medicina e na farmácia levou à necessidade de desenvolver meios de testar esses materiais.
Em 1857, apareceu um compêndio, "Os Dicionários para o Atlas Químico", onde testes qualitativos eram aplicados para a verificação da pureza de produtos comerciais. Isto era suficiente para constatar adulterações. Todavia, o grande salto na qualidade dos produtos químicos deu-se em 1888: o alemão Carl Krauch (1853-1934) preparou um livro sobre o assunto, "O Exame da Pureza dos Reagentes Químicos".
Os testes ainda eram basicamente qualitativos, mas havia uma preocupação maior, isto é, não se buscava apenas verificar falsificações, mas também conferir a qualidade dos reagentes quanto à ausência de impurezas oriundas de suas matérias-primas e do processo de síntese. De fato, naquela época, havia uma proliferação indiscriminada de produtos com as expressões latinas purum, purissimum ou depuratum, mas sem qualquer tipo de controle por parte dos fabricantes.
Este feito veio a ser um dos fatores a justificar a fama da indústria química alemã no mercado consumidor. Uma importante inovação foi a instalação de laboratórios de controle independentes, separados da área produtiva, que tinham como meta a inspeção dos produtos sintetizados, bem como avaliar as matérias-primas que chegavam à fábrica.
Em 1903, o conselho da "American Chemical Society (ACS)" iniciou estudos para estabelecer um padrão de especificações para reagentes químicos. Em 1924, o comitê de reagentes da ACS publicou a primeira versão sobre especificações e procedimentos de análise de produtos químicos sendo, desde então, submetido a novas reedições e atualizações.
Em 1911, na Inglaterra, foi publicada uma outra obra sobre a pureza de reagentes, "Reagentes Analíticos, Padrões e Testes"11 que, tal como a obra de Carl Krauch, teve diversas reedições, com atualizações.
Após a 2ª Guerra Mundial, face à existência de especificações de diversos fabricantes e organismos, buscou-se uma unificação dos critérios, o que não foi obtido na prática. A "International Organization for Standardization (ISO)", através de três normas de padronização e certificação para diversos reagentes comuns de laboratório (1982, 1983 e 1987), buscou retomar a idéia de um critério internacional de padronização de produtos químicos.
Hoje em dia, antes da liberação de um lote de produto químico, este precisa ser submetido a uma bateria de testes e ensaios independentes, tanto mais quanto mais específico for o emprego em uma determinada área de pesquisa ou de desenvolvimento.
A partir do acervo do Museu da Química Prof. Athos da Silveira Ramos (1906-2002), instalado no Instituto de Química da Universidade Federal do Rio de Janeiro, estudou-se em detalhe os cerca de 2400 produtos químicos comerciais catalogados, sob vários aspectos: procedência, tipo de frasco, detalhamento do rótulo e natureza do produto comercializado.
Este acervo abrange os últimos 133 anos de ensino de química na cidade do Rio de Janeiro (1870-2003). Os resultados obtidos desta pesquisa são o objetivo deste trabalho, os quais servem para ilustrar como o progresso da química se refletiu na quantidade de produtos e na variedade de informações e maneiras de apresentar os mesmos, ao longo do tempo.
A etapa primordial foi a datação dos reagentes, onde adotaram-se duas estratégias: para aqueles fabricados a partir de 1921, a partir do número de lote impresso no rótulo, e segundo as orientações fornecidas pelas empresas fabricantes, pode-se determinar o ano de fabricação do produto.
No caso de produtos anteriores a 1921, recorreu-se a registros de compra de época e à comparação com fragmentos de antigos catálogos de insumos para laboratório. Uma vez cumprida esta etapa, procedeu-se à análise do perfil evolutivo dos reagentes químicos, segundo as linhas gerais expostas ao final da Introdução.
Perfil das Embalagens:
A embalagem de vidro:
Nos exemplares datados do final do século XIX e dos primeiros anos do século XX, observa-se um dos símbolos do laboratório químico daquela época: o frasco de vidro sódico (fino e extremamente frágil ao choque e ao calor. A partir dos anos 1910, surgiram recipientes em vidro neutro, em substituição ao vidro sódico, mais resistente a impactos e ao aquecimento.
Como regra geral, a capacidade (expressa em mL ou cm3) era estampada na base do frasco, em números bem visíveis. Esta prática foi bastante utilizada até os anos 1950. As capacidades iam de 10 até 3000 mL, sendo as mais comuns: 30, 50, 100, 150, 200, 250 e 500 mL.
A embalagem de plástico:
A análise do acervo mostra que os primeiros exemplares de frascos deste tipo são dos anos 1920: feitos de baquelite ou de ebonite, eram empregados no acondicionamento do ácido fluorídrico (HF), o qual ataca o vidro.
A partir da década de 1960, o plástico passou a ser uma opção de material do frasco, em contraposição ao tradicional vidro. Neste particular, deve-se mencionar que as ampolas de soluções padronizadas passaram a ser feitas de plástico.
Isso é particularmente evidente para o caso de soluções alcalinas (hidróxido de sódio, carbonato de sódio etc), onde o vidro era lentamente atacado por estas soluções, contaminando-as. Ao que tudo indica, a partir da década de 1980 o plástico superou o vidro como opção de embalagem.
A substituição do vidro pelo plástico não deve ser encarada apenas como uma opção estética, mas sobretudo de segurança: reduz-se o peso bruto do material e minimiza-se o risco de acidentes caso o frasco caia no chão. A partir dos anos 1960, o barateamento do preço dos plásticos mais comuns hoje (polietileno, PVC poliestireno etc) permitiu que as embalagens deste material tivessem competitividade. Hoje o vidro limita-se aos casos de acondicionamento de solventes orgânicos, ácidos (exceto o HF), hidróxido de amônio e materiais incompatíveis quimicamente com os plásticos.
A tampa e a vedação da embalagem:
A vedação é um item de óbvia importância para assegurar a qualidade do produto. Nos primórdios da química comercial, um item característico era a rolha de cortiça. Esta era envolvida juntamente com a borda da embalagem por uma folha metálica (similar ao caso das garrafas de vinho atuais), geralmente de chumbo, sendo esta ainda envolvida por um selo de papel contendo a logomarca da empresa ou uma folha de papel manteiga.
No caso de produtos higroscópicos e sensíveis ao oxigênio, a rolha ainda era envolvida por uma camada de parafina, como reforço à vedação. O sucesso dessa medida pode ser atestado por dois reagentes sensíveis ao ar e à luz, anilina (1914) e piridina (1913), que ainda se apresentam como líquidos incolores (ambos também embalados em frasco de cor âmbar).
Todavia, isto não foi regra geral, pois alguns reagentes higroscópicos e deliquescentes, como os cloretos de cromo (chromium chloratum, 1920) e de cobre (cuprum chloratum, 1929), que nunca foram abertos, eram em parte soluções saturadas dos respectivos sais, sinal que a umidade havia atravessado a rolha com o tempo, por conta de rachaduras verificadas na estrutura da cortiça e na camada de parafina.
Havia produtos que não eram embalados da forma tradicional: substâncias fortemente reativas frente à cortiça e hidrolisáveis, como o tetracloreto de silício, o tetracloreto de titânio, o trióxido de enxofre e o cloreto de tionila, eram selados em ampola de vidro, normalmente de capacidade 10 mL, indicando que se destinavam a uso único.
A vedação dos frascos com tampa rosqueada, inicialmente inexistente, passou a ser feita do seguinte modo: para reagentes sólidos, apunha-se um disco de papel prensado ajustado à abertura do frasco e à parte interna da tampa; contudo, ele tendia a se degradar com o abrir e fechar do recipiente, e a ser atacado por substâncias reativas e umidade.
No caso dos líquidos, recorria-se à colocação de artefatos de plástico (polietileno, baquelite) ajustados na parte interna da tampa ou, então, à colocação de um vedante plástico que se ajustava sob pressão na abertura do frasco.
Na década de 1960, a vedação mereceu uma nova atenção especial dos fabricantes. Regra geral, ao se remover a tampa, observava-se um lacre que podia ser uma tampa plástica (produtos líquidos e sólidos higroscópicos, oxidáveis, hidrolisáveis ou muito tóxicos) ou um selo de papel aderido à abertura do recipiente (produtos sólidos estáveis frente ao ar).
Os Produtos Químicos:
Os produtos ao final do século XIX e início do XX apresentavam, via de regra, uma aparência bastante grosseira. Na década de 1910, embora de granulometria bem mais fina que os materiais do período anterior, os produtos sólidos ainda apresentavam um aspecto relativamente grosseiro.
Nos anos 1920, o aspecto visual dos sólidos comercializados já se assemelhava bastante ao que se verifica hoje em dia.
É dessa década que se encontram no acervo as mais antigas soluções-padrão para titulometria, por exemplo: ácido arsenioso (0,1 mol L-1, 1922) e oxalato de sódio (0,1 mol L-1, 1928), em frascos de 500 mL ou de 1 L, que tinham as características normais dos outros frascos de reagentes. Cabe destacar que esses produtos já eram comercializados há pelo menos uma década.
A partir dos anos 1940, popularizaram-se ampolas de soluções-padrão (inicialmente em vidro, mais tarde substituído pelo plástico), substituindo a apresentação anterior em embalagens destinadas aos reagentes comuns.
Os volumes variavam de 10 a 50 mL, indicativo de que as soluções ali contidas se destinavam a uso único, evitando eventuais contaminações decorrentes de manuseio quando essas alíquotas eram tomadas de frascos com capacidades maiores.
Ao que tudo indica, nas primeiras décadas do século XX, não havia uma distinção nítida entre acondicionamento de sólidos e de líquidos; o tipo de frasco e a rolha de cortiça eram os mesmos nos dois casos.
A partir dos anos 1930 começou a se verificar uma certa distinção entre a apresentação de reagentes sólidos e líquidos: dentre estes, alguns continham uma rolha de vidro esmerilhado, mas o frasco era originalmente selado com uma rolha de borracha ou de cortiça (fator de segurança no transporte de produtos perigosos - amônia, soluções corrosivas, tóxicas, etc).
Após a remoção desta é que a rolha de vidro era colocada sobre a abertura do frasco; isto também evitava que pedaços de borracha ou de cortiça caíssem no líquido (contaminando-o) no decorrer de sucessivas aberturas do frasco.
Uma característica interessante era o modo de comercialização dos produtos líquidos: hoje em dia é rotina ver os produtos líquidos comercializados por volume (litro, mililitro), mas, no passado, esses reagentes eram comercializados por peso (gramas, quilogramas, independentemente se a densidade do produto era maior ou menor que a da água, excetuando-se as soluções-padrão titulométricas.
Aparentemente, só a partir dos anos 1940 é que a venda por volume se consagrou como opção básica, por questões práticas.
A análise dos produtos datados do período 1870-1900 mostra que quase todos correspondiam a sais simples inorgânicos ou então a produtos extraídos de fontes naturais (essencialmente corantes).
Nas duas décadas seguintes, os produtos naturais ainda continuavam a ter uma aparente forte participação, pois havia menções expressas a produtos "artificiais" (oriundos de síntese).
Na década de 1950 verificou-se um grande aumento na variedade de produtos como, por exemplo, materiais para a área bioquímica e o surgimento das primeiras resinas de troca iônica comerciais (os exemplares mais antigos datam de 1956).
Na década seguinte, a variedade de reagentes aumentou extraordinariamente por conta do surgimento de linhas de produtos para finalidades especiais: cromatográficas, bioquímicas, reagentes suprapuros, etc.
A partir dos anos 1970, o aumento na diversificação de produtos deveu-se especialmente à oferta de produtos de química fina e solventes com aplicações específicas e controles de qualidade diferenciados em relação aos solventes comuns, face ao grande desenvolvimento da área de instrumentação analítica.
O pH influencia em, praticamente, todas as reações químicas que ocorrem em uma piscina.
Os reagentes mais antigos procedem basicamente da Alemanha ou da França. Apesar de possíveis críticas e incertezas em função de algum consumo preferencial de certos produtos e de determinados fornecedores, é muito evidente a predominância dos reagentes alemães nos cursos e disciplinas da área química até antes da 2ª Guerra Mundial (cerca de 75% do acervo até 1939 é composto por produtos alemães).
Após a unificação (1870), a Alemanha adotou um sistema de ensino técnico combinando a pesquisa acadêmica, a pesquisa industrial e a formação profissional, vindo a ser a líder mundial na área química. As principais indústrias alemãs deste setor passaram de laboratórios familiares a grandes fábricas com centenas e, mais tarde, milhares de empregados.
De um simples catálogo com menos de 1.000 produtos em 1860, várias empresas já dispunham de mais de 10.000 itens na virada para o século XX.. A ênfase dada à pesquisa aplicada em química fez com que em 1914 a indústria química alemã fosse responsável por 75% do mercado mundial de produtos químicos, cuja preponderância perdurou até o início da 2ª Guerra Mundial.
Além disso, até o final dos anos 1930, a indústria química alemã influenciou notavelmente a química no Brasil, em função de migrações, fuga de cérebros perseguidos pelo nazismo e absorção de mão-de-obra jovem alemã excedente no país natal.
O rompimento das relações Brasil – Alemanha, em 1942, determinou a intervenção federal nas empresas de origem alemã no país; assim, praticamente desapareceram os reagentes alemães do mercado nacional, embora alguns deles tenham conseguido furar o bloqueio naval aliado e chegar ao país (no acervo os primeiros reagentes alemães pós-guerra datam de 1949).
O mercado antes ocupado pela Alemanha foi principalmente transferido para os produtos químicos de origem norte-americana (mais de 50% do acervo dos anos 1940), vindo a seguir os de procedência inglesa. O exame do acervo mostra que, nos anos 1950, parte do mercado brasileiro perdido para os Estados Unidos foi retomado pela indústria química européia em geral, mas sem jamais atingir a amplitude vista antes da 2ª Guerra Mundial.
Deve-se mencionar que nos anos 1940 surgiram reagentes feitos no Brasil por pequenas firmas. Salvo no caso de produtos de fontes naturais (corantes, óleos, resinas), não se encontrou nenhum produto químico manufaturado por empresas nacionais anterior a essa década.
É interessante assinalar que, apesar da guerra ter favorecido a criação de empresas químicas nacionais, quase todas elas fecharam suas portas nos anos seguintes. Há um caso relatado referente a uma empresa que fabricava ampolas de solução-padrão para titulometria no início daquela década: de vida efêmera, sofreu a concorrência de produtos estrangeiros que eram considerados melhores que os fabricados aqui.
Por outro lado, durante a 2ª Guerra Mundial, houve falta de várias matérias-primas no Brasil, em contraste com a sobra de outras por dificuldades de transporte e comercialização. A partir daí, notou-se a necessidade de se contar no país, principalmente em São Paulo, com suprimento que não dependesse em grande parte do exterior.
Deste modo, surgiram as primeiras instalações industriais (acetato e nitrato de celulose, papel e papelão, amônia, anidrido ftálico, fenol, ácido fórmico, etc). A indústria de produtos químicos orgânicos baseou-se fundamentalmente em etanol e acetileno até a montagem da Refinaria de Cubatão, em 1950, quando se deu o início da era petroquímica no Brasil.
A partir dos anos 1960, verificou-se uma tendência ao aumento da participação de produtos nacionais ao longo das décadas seguintes.
Nos anos 1980, algumas empresas químicas estrangeiras deixaram o Brasil, sendo representadas por terceiros nacionais. Algumas empresas brasileiras aumentaram consideravelmente a sua parcela no mercado, respondendo pelo aumento da participação de reagentes nacionais nessa década.
Ao final dessa década, a globalização determinou alterações dramáticas no perfil da indústria química no Brasil: muitas empresas nacionais tradicionais fecharam suas portas e as multinacionais deixaram praticamente de produzir no país; apesar dessa retração no parque químico nacional, algumas novas empresas aparecem para disputar este mercado.
Análise dis Rótulos:
Linguagem de apresentação dos produtos:
Os nomes dos produtos químicos comerciais na virada do século XIX para o XX eram freqüentemente escritos em latim. Esta língua foi empregada como língua de identificação (principal ou secundária) de produtos químicos até o final dos anos 1960.
Nos anos 1920, os rótulos indicam que, além do latim, o nome do produto podia vir impresso em pelo menos um dos seguintes idiomas: alemão, espanhol, inglês, francês, italiano e português. Isso se deve a fatores comerciais.
Também foram identificados produtos feitos nessa época por empresas européias com rótulos em português. Este fato mostrava que o Brasil tinha uma posição econômica de importância no contexto latino-americano; estes reagentes foram enviados para revenda no país e em outros países da América do Sul. Muitos desses reagentes contêm um rótulo no estilo art déco.
Como reflexo da ampliação do comércio mundial de produtos químicos, em meados dos anos 1930, diversos rótulos passaram a apresentar o nome do produto em chinês e japonês.
A grafia dos nomes químicos reflete as mudanças introduzidas no português escrito no século XX. Assim, até o início dos anos 1930, eram comuns expressões como "phosphato de baryo", "chlorureto de manganez", "bichromato de ammonio", "sulfureto de stroncio", "iodureto de nickel" etc (vide também.
Após as reformas ortográficas de 1931 e, especialmente, a de 1943 a grafia foi aos poucos assumindo a forma como hoje se conhece, mas é interessante assinalar que, nos anos 1950, ainda se encontravam frascos oriundos de fornecedores alemães com rótulos escritos em português antes das reformas acima mencionadas.
Ao terminar a intervenção nas empresas de origem alemã no Brasil (em meados da década de 50), estas foram devolvidas aos seus donos originais e foi só aí que a matriz procedeu à atualização ortográfica do português dos produtos e catálogos em geral.
Hoje, a identificação principal do reagente é na língua do país em que ele é fabricado, sendo comum figurar a denominação também em outros idiomas quando o produto pode ser exportado.
Dados de descrição dos produtos:
Por volta de 1932 surgiu a fórmula química nos rótulos de alguns fabricantes. Antes, somente havia o nome do produto por extenso, mas o aparecimento da fórmula representou uma evolução notável em termos de detalhamento, permanecendo em uso até hoje. Identificava-se um produto pela sua fórmula quando as denominações apresentadas não eram compreensíveis no país onde o produto era comercializado.
Na década seguinte, a indicação do "peso molecular" e de constantes físicas (pontos de fusão e ebulição, densidade, índice de refração) passaram a constar da descrição do produto; tratava-se de um meio cômodo de se obter os dados básicos do mesmo, facilitando, por exemplo, os cálculos de preparo de soluções.
No início do século XX, a nomeação dos reagentes era um capítulo à parte, dada a variedade de denominações, reflexo da falta de sistematização em nível de nomenclatura.
Na comercialização de corantes e pigmentos, praticamente só se empregavam nomes triviais, às vezes bastante curiosos (amarelo indiano, verde de Paris, sombra de Colônia, verde de Londres, vermelho da Inglaterra, etc), situação essa que se estendia a alguns sais e óxidos como sal de Epson (MgSO4), sal de Mohr [(NH4)2Fe(SO4) 2], sal de Seignette (tartarato de sódio e potássio), verde de Scheele (arseniato de cobre), colcotar (óxido férrico) e mínio (Pb3O4). Expressões como "sequióxido de..." (óxidos com a fórmula geral X2O3), sulfato "neutro" de sódio (Na2SO4) eram de uso corrente.
O emprego da palavra peróxido levava a interpretações errôneas: se as denominações peróxido de bário (BaO2) ou de estrôncio (SrO2) são corretas, o mesmo não se pode dizer das menções "peróxido de manganês" (MnO2) ou "peróxido de chumbo" (PbO2), onde o metal tem número de oxidação +4 e não + 2.
Somente a partir dos anos 1950 é que o uso de nomes vulgares e denominações antiquadas começou a ceder lugar ao emprego de nomenclaturas oficiais. Isso se relaciona ao trabalho intensivo que a IUPAC vem realizando desde aquela ocasião.
Garantia de pureza dos produtos:
Apesar de já existirem preocupações quanto à pureza e à qualidade dos produtos químicos por parte das indústrias, os rótulos dos produtos comerciais das duas primeiras décadas do século XX ainda não incorporavam claramente esta postura nos rótulos.
Nos anos 1910, alguns produtos apresentavam uma simples menção de garantia de qualidade por parte da empresa, com mensagens do tipo: "o fabricante X garante a qualidade deste reagente". Por volta de 1920, nas logomarcas das empresas, surgiram as expressões "Trade Mark" ou "Marca Registrada".
Somente em meados dos anos 1920 é que se observou em rótulos de alguns fabricantes a inclusão de um pequeno certificado de garantia. Por exemplo, no caso do "cuprum chloratum" (cloreto de cobre), de 1929, tem-se no português da época:
"Este reagente tem sido analysado (...) e se evidenciou isento de impurezas insolúveis n'álcool, sulfatos, saes alcalinos, ferro, baryo e arsênico".
Não havia nenhuma referência aos procedimentos de análise utilizados na caracterização dos reagentes mas, tratava-se de uma combinação de análises gravimétricas, volumétricas e titulométricas clássicas com procedimentos de análise qualitativa.
Nos anos 1940 os rótulos dos reagentes norte-americanos exibiam boletim de garantia, com grande detalhamento quanto ao teor limite de impurezas, uma novidade em relação aos anos anteriores. Nesse aspecto, cabe destacar que os produtos nacionais daquela época não incorporavam esta postura (inclusive no que tange à adoção da tampa rosqueada), fato somente verificado de forma sistemática a partir dos anos 1960.
Também vale a pena mencionar que desde meados dos anos 1930, 220 produtos fabricados na Inglaterra já exibiam uma lista de "limite máximo de impurezas", o que era considerado um dado mais contundente do que a simples menção à ausência desses mesmos contaminantes; isso se tornou possível graças ao progresso da análise titulométrica e ao desenvolvimento de uma incipiente análise instrumental.
No início da década de 1950, o padrão de pureza estabelecido pela ACS passou a figurar nos rótulos dos reagentes de origem norte-americana. O controle detalhado de impurezas passou a ser parte importante do rótulo do produto, especialmente quando se tratava de material destinado a aplicações especiais, sendo também viabilizado pelo grande desenvolvimento da análise instrumental a partir daquela época.
Na década de 1990, adotaram-se medidas que enquadraram os produtos químicos como quaisquer produtos farmacêuticos e alimentícios: o rótulo tinha de apresentar data de fabricação, período de validade e data limite de validade. Isso está em consonância com a Lei 807820, a qual obriga que todo produto fabricado no país, ou importado, tenha esses dados claramente acessíveis ao consumidor.
Outro fato interessante é o tratamento dados aos produtos comerciais quanto à periculosidade e ao manuseio. No início do século XX, não havia qualquer menção a respeito nos rótulos dos produtos; assim, NaCl e NaCN tinham o mesmo tratamento no rótulo, isso apesar de já existirem desde antes daquela época compêndios sobre toxicidade de produtos químicos.
Nos anos 1920, essa postura começou a mudar com o surgimento do símbolo clássico de veneno (a caveira branca sobre fundo preto), seguido de menções como "veneno", "perigo", ou ainda um rótulo de cor negra. Essa preocupação decorreu basicamente da aplicação crescente de produtos químicos em diversas áreas além da própria química: agronomia, veterinária, geologia, farmácia, nutrição, engenharia metalúrgica, etc, onde as noções de periculosidade nem sempre eram do conhecimento pleno dos usuários.
O incremento dos dados de periculosidade, segurança, manuseio, transporte e primeiros socorros responde grandemente pelo aumento do tamanho e do detalhamento dos rótulos, particularmente a partir dos anos 1960, sendo reconhecido como um item componente da qualidade do produto. Hoje, este detalhamento incorporou informações e simbologias relativas a impactos ambientais.
Outros Fatos de Interesse:
A medida de pH com tornassol:
Um dos exemplos mais notáveis da evolução da química comercial foi a apresentação do tornassol (litmato de cálcio), destinado à avaliação do pH de uma solução aquosa.
De início, o reagente era sólido, sendo comercializado em grãos de formato mais ou menos esférico na cor vermelha (faixa ácida) ou azul (faixa alcalina). Era obtido a partir da calcinação de pequenos crustáceos (lackmus kaufish), particularmente abundantes na região da Holanda.
A dificuldade deste produto era a avaliação do resultado para soluções coloridas. Nos anos 1930, já havia uma alternativa ao tornassol sólido: a tintura de tornassol (lackmus tinturã); a verificação do pH era feita gotejando-se a solução na tintura, até a cor não variar mais, situação novamente problemática no caso de soluções coradas.
A impregnação dessa tintura em papel foi a grande idéia que possibilitou usar esse importante insumo de laboratório: através da difusão do líquido pelo papel se obtinha uma leitura confiável.
A medida de pH com indicador universal:
O caminho seguido até a comercialização de papéis indicadores de pH universal foi parecido com o do tornassol. Nos anos 1920, já havia uma razoável gama de indicadores ácido-base, mas o emprego para se avaliar o pH de uma solução desconhecida era difícil por não se ter um meio sistemático de avaliação.
Na década seguinte surgiram kits de soluções de indicadores únicos ou de misturas simples cujas cores eram bem delineadas segundo o pH dessas soluções. Da mesma forma que o tornassol, gotejava-se o líquido em exame no indicador até que a cor deste não variasse mais (da mesma forma que no caso do tornassol, esta técnica era problemática para soluções coradas).
A impregnação dos indicadores em papel e o refinamento das misturas dos mesmos permitiram obter os tão conhecidos papéis de pH universal, bastante usados desde os anos 1950.
Impulsionados por fatores comerciais, pela expansão do emprego de produtos químicos em inúmeras atividades e por obrigações legais, os rótulos mostraram uma notável evolução no tamanho e em seu detalhamento ao longo do século XX, onde três etapas podem ser identificadas:
A apresentação do nome do produto em vários idiomas;
A inclusão de um boletim de garantia relativo à ausência de impurezas, seguido por uma listagem de limites máximos desses contaminantes e
A inclusão de dados relativos à segurança, periculosidade, primeiros socorros e impactos ambientais.
Em paralelo, observou-se uma crescente funcionalização das embalagens, com a adoção de materiais que conferiam melhores características de segurança, manuseio e manutenção da qualidade do produto:
A substituição do vidro sódico pelo vidro neutro, e a substituição deste por materiais plásticos, sempre que possível;
A substituição da rolha de cortiça pela tampa rosqueada e
A adoção de um sistema de vedação entre a tampa e a embalagem.
Os reagentes também podem mostrar aspectos pitorescos, como a evolução da língua escrita, da denominação dos compostos químicos, a importância da obtenção de produtos de fontes naturais no início do século XX e o emprego de ensaios e técnicas analíticas hoje obsoletas, como no caso das medidas de pH.
Observa-se hoje a continuidade do desenvolvimento de novos reagentes com grau de pureza específico para uma gama de aplicações cada vez mais diferenciadas, bem como para atender a uma rigidez crescente de legislações relacionadas à qualidade dos produtos químicos e dos ensaios em que eles são utilizados.
Os conhecimentos sobre toxicologia de produtos químicos e a interação destes com o meio ambiente vêm progredindo notavelmente nos últimos anos. Tudo isso leva à premissa de que tanto o rótulo como a embalagem estarão sujeitos a novas modificações a fim de contemplar esse perfil de evolução projetado para o futuro
A ocorrência de uma reação química é indicada pelo aparecimento de novas substâncias (produtos), diferentes das originais (reagentes). Quando as substâncias reagem, às vezes ocorrem fatos visíveis que confirmam a ocorrência da reação. Dentre eles, podemos destacar: desprendimento de gás e luz, mudança de coloração e cheiro, formação de precipitados, etc.
Um exemplo de reação química muito comum em nosso cotidiano é a reação de combustão, para que ela ocorra é necessária a presença de três fatores: um combustível, um comburente e energia de ativação. Essa reação consiste na queima de um combustível que pode ser a gasolina, o álcool, etc., através da energia de ativação (calor de uma chama, faísca elétrica), na presença de um comburente que, em geral, é o oxigênio do ar (O2).
Uma reação química é uma transformação da matéria na qual ocorrem mudanças qualitativas na composição química de uma ou mais substâncias reagentes, resultando em um ou mais produtos. Envolve mudanças relacionadas à mudança nas conectividades entre os átomos ou íons, na geometria das moléculas das espécies reagentes ou ainda na interconversão entre dois tipos de isômeros. Para iniciar a reação, geralmente é necessário energia na forma de calor.
Um aspecto importante sobre uma reação química é a conservação da massa e o número de espécies químicas microscópicas(átomos e íons) presentes antes e depois da ocorrência da reação.
Essas leis de conservação se manifestam microscopicamente sob a forma das leis de Lavoisier, do mestre Proust e de Dalton. De fato, essas leis, no modelo atômico de Dalton, se justificariam pelas leis de conservação acima explicitadas e pelo fato de os átomos apresentarem valências bem definidas. Ao conjunto das características e relações quantitativas dos números de espécies químicas presentes numa reação dá-se o nome de estequiometria.
Deve-se salientar que uma ligação química ocorre devido a interações entre as nuvens eletrônicas dos átomos, e que então reação química apenas envolve mudanças nas eletrosferas. No caso de ocorrer mudanças nos núcleos atômicos teremos uma reação nuclear.
Ao passo que nas reações químicas a quantidade e os tipos de átomos sejam os mesmos nos reagentes e produtos, na reação nuclear, as partículas subatômicas são liberadas, o que causa redução de sua massa, sendo este um fato relacionado à existência de elementos isóbaros, isótonos e isótopos entre si.
Um exemplo de uma reação química é:
(ambos os regentes em solução aquosa):
Causas das reações químicas:
Termodinâmico:
Quanto à termodinâmica, o acontecimento de uma reação é favorecido com o aumento da entropia e a diminuição da energia. Essas duas grandezas se cooperam nesse caso de acordo com a seguinte equação: ΔG = ΔH - T.ΔS (para sistemas a pressão constante) ΔA = ΔU - T.ΔS (para sistemas a volume constante)
Nesse ponto, entram os fatores cinéticos. Para que uma reação ocorra é necessário que antes, os reagentes superem uma certa barreira de energia, e quanto maior for essa barreira mais difícil será a reação ocorrer e mais lenta ela será.
Dessa forma, uma reação termodinamicamente favorável pode ocorrer de forma extremamente lenta ou acabar nem sendo observada em um intervalo de tempo consideravelmente grande; então se diz que a reação é cineticamente desfavorável.
Um bom exemplo disso é o carvão e o diamante, que são duas formas diferentes de carbono (alótropos); em condições normais a transformação de diamante a carvão é termodinamicamente favorável porém cineticamente desfavorável, o que faz com que fossem necessários centenas ou milhares de anos para se observar alguma mudança em um diamante.
É preciso entender que uma reação para ser cineticamente viável, necessita primeiramente ser termodinamicamente possível.
Tipos de reações Químicas:
Reações de síntese, composição ou adição ;
Reações de análise ou decomposição ;
Reações de simples troca ou deslocamento ( ;
Reações de dupla troca .
Reações de oxirredução ou
Os mecanismos de reação estão ligados à cinética química.
Desde um ponto de vista termodinâmico, uma equação química, os reagentes são o estado inicial e os produtos o estado final, há uma variação de energia livre. A energia livre deve ser negativa já que será uma reação espontânea, ou seja, que a reação poderá levar-se a cabo sem nenhum impedimento termodinâmico.
Para tornar mais fácil a explicação será melhor fazê-lo com um exemplo:
Para fazer a ligação A-B, os reativos têm de encurtar as distâncias, mas isto aumenta a força de repulsão dos elétrons. Para evitar esta repulsão, os reativos terão que aproximar-se com suficiente energia cinética.
Acima desta energia, as moléculas A e B formam ligações e em correspondência, as moléculas B e C estão rompendo as suas. Neste momento há um complexo formado por A, B e C, chamado complexo ativado. Ao final todas as ligações de B e C serão rompidos e as ligações A e B serão formadas, ou seja, os produtos.
Também há de se fazer menção à energia de ativação, que é a diferença entre a energia dos reativos e a do complexo ativado. Se pode considerar como uma barreira energética que deve passar os reativos para passar a ser produtos.
Há dois tipos de mecanismo, dependendo do número de etapas que contém:
Reações elementares:
Transcorre em somente uma etapa. Esta reação se produz com a formação de um só complexo ativado e só tem que superar uma barreira energética. Se representa em uma só equação química.
Reações complexas:
Transcorre em duas ou mais etapas, com formação de intermediários. Também podemos dizer que é um conjunto de reações elementares, onde há mais de uma formação de complexos ativados diferentes e supera diferentes barreiras energéticas.
Se expressa em várias equações químicas ou uma global. Na equação química global, representa o estado inicial e o estado final do global das reações, mas não apresenta como tenha-se transcorrido a reação.
Os intermediários são moléculas que aparecem no mecanismo da reação, mas não na equação inicial.
Molecularidade:
A molecularidade é o número de moléculas que tomam parte como reativos em uma reação elementar. Dependendo do número de moléculas que participam, se classificam:
Unimoleculares: Só participa uma molécula.
Bimoleculares: Participam 2 moléculas.
Trimoleculares: Participam 3 moléculas (esta é muito rara).
Exemplo de Mecanismo:
Como exemplo consideramos a reação global entre o óxido nítrico e o oxigênio:
Se sabe que os produtos não se formam diretamente como resultado da colisão de duas moléculas NO com uma molécula de O2 porque se tenha encontrado a espécie N2O2 durante o curso da reação. Um mecanismo possível é supor que a reação se dá em duas etapas ou reações elementares como as seguintes:
Na primeira etapa duas moléculas de NO chocam-se para formar uma molécula de N2O2; é uma reação bimolecular. Depois, segue uma reação, entre o N2O2 e o O2 para formar duas moléculas de NO2; é uma reação bimolecular. A equação química global, que representa o câmbio total, se pode interpretar como a soma destas duas etapas.
As espécies como o N2O2 é o intermediário da reação.
Um correto mecanismo de reação é uma parte importante de precisão modelagem preditiva. Para muitos casos de combustão e sistemas de plasma, mecanismos detalhados não estão disponíveis ou ainda exigem desenvolvimento.
Mesmo quando a informação está disponível, identificando e organizando-se os dados relevantes de uma variedade de fontes, a conciliação entre valores discrepantes e a extrapolação à diferentes condições pode ser um processo difícil sem ajuda especializada.
Constantes de velocidade ou dados termoquímicos muitas vezes não estão disponíveis na literatura, técnicas de química computacional e/ou métodos de aditividade de grupos devem ser usado para obter os parâmetros necessários. Nas diferentes fases de elaboração de um mecanismo de reação, métodos apropriados devem ser utilizados.
Matéria é tudo que ocupa espaço e possui massa de repouso (ou massa invariante). É um termo geral para a substância da qual todos os objetos físicos consistem.Tipicamente, a matéria inclui átomos e outras partículas que possuem massa. A massa é dita por alguns como sendo a quantidade de matéria em um objeto e volume é a quantidade de espaço ocupado por um objeto, mas esta definição confunde massa com matéria, que não são a mesma coisa. Diferentes campos usam o termo de maneiras diferentes e algumas vezes incompatíveis; não há um único significado científico que seja consenso para a palavra "matéria", apesar do termo "massa" ser bem definido.
Contrariamente à visão anterior que igualava massa e matéria, uma das principais dificuldades em definir matéria consiste em decidir quais formas de energia (todas as quais possuem massa) não são matéria. Em geral, partículas sem massa como fótons e glúons não são considerados formas de matéria, apesar de que quando estas partículas estão aprisionadas em sistemas em repouso, elas contribuem com energia e massa para eles. Por exemplo, quase 99% de toda a massa da matéria atômica comum consiste da massa associada com a energia contribuída pelos glúons e a energia cinética dos quarks que fazem os núcleos. Vendo desta forma, a maior parte da "matéria" ordinária consiste de massa que não é contribuída por partículas de matéria.
Em grande parte da história das ciências naturais as pessoas contemplaram a natureza exata da matéria. A ideia de que a matéria era feita de blocos de construção discretos, a assim chamada teoria particulada da matéria, foi proposta primeiro pelos filósofos gregos Leucipo (~490 AC) e Demócrito (~470-380 AC). Com o passar do tempo foi descoberta uma estrutura cada vez mais fina para a matéria: objetos são feitos de moléculas, moléculas consistem de átomos, que por sua vez consistem de partículas subatômicas como os prótons e elétrons.
Normalmente se diz que a matéria existe em quatro estados (ou fases): sólido, líquido, gás e plasma). Entretanto, avanços nas técnicas experimentais descobriram outras fases, que antes eram apenas teóricas, como o Condensado Bose-Einstein e o Condensado fermiônico. Um foco na visão da matéria partícula-elementar também leva a novas fases da matéria, como o plasma de quarks-glúons. Na Física e Química, a matéria exibe propriedades tanto de onda quanto partícula, a assim chamada
Na cosmologia, extensões da expressão matéria são usadas para incluir a matéria escura e a energia escura, conceitos introduzidos para explicar alguns fenômenos estranhos do Universo observável, como a curva de rotação galáctica. Estas formas exóticas de "matéria" não referem-se à matéria como "blocos de construção", mas a formas atualmente mal compreendidas de massa e energia.
Desenvolvimento histórico:
Os pré-socráticos estavam entre os primeiros de que se tem registro a especular sobre a natureza do mundo visível. Tales (c. 624 AC-c. 546 AC) acreditava que a água era o material fundamental do mundo. Para Anaximandro (c. 610 AC-c. 546 AC), o material básico era um todo sem características ou limites: o infinito (Apeiron). Anaximenes de Mileto (ensinou a partir de 585 AC, faleceu em 528 AC) postulava que o material básico era o pneuma ou ar. Heráclito (c. 535 AC-c. 475 AC) parece ter dito que o elemento básico era o fogo, apesar de que talvez ele quisesse com isto dar a entender que tudo estava em mudança. Empédocles (c. 490-430 AC) falou dos quatro elementos dos quais tudo era feito: terra, água, ar e fogo. Enquanto isto, Parmênides argumentava que as mudanças não existiam, e Demócrito alegava que tudo era composto de corpos minúsculos e inertes de todas as formas chamados de átomos, uma filosofia chamada atomismo. Todas estas noções possuem sérios problemas filosóficos.
Aristóteles (384 AC - 322 AC) foi o primeiro a criar um conceito com uma base filosófica sólida, que ele fez em sua filosofia natural, especialmente em Física, livro I. Ele adotou como suposição razoável os quatro elementos de Empédocles, mas acrescentou um quinto, o éter. Entretanto, estes elementos não são básicos na ideia de Aristóteles. Ao invés disso eles, como tudo no mundo visível, são compostos dos princípios básicos matéria e forma.
A palavra que Aristóteles usa para matéria, ὑλη (hyle ou hule), pode ser literalmente traduzida para madeira, ou seja, "matéria prima" para construção. De fato, a concepção de Aristóteles de matéria está intrinsecamente ligado a algo sendo feito ou composto. Em outras palavras, em contraste com a concepção moderna da matéria como simplesmente ocupando espaço, a matéria de Aristóteles é ligada por definição a processo ou mudança: a matéria é o que sofre uma mudança de substância.
"Portanto, extensão em comprimento, largura, e profundidade, constituem a natureza da substância dos corpos; e o pensamento constitui a natureza da substância do pensamento. E tudo o mais que pode ser atribuído aos corpos pressupõe extensão, e é só uma forma do que é estendido
– René Descartes, Principles of Philosophy"
Para Descartes, a matéria só possuía a propriedade da extensão, então sua única atividade além da locomoção é excluir outros corpos : esta é a filosofia mecanicista. Descartes criou uma distinção absoluta entremente, que ele definiu como uma substância sem extensão, pensante, e matéria, que ele definiu como uma substância não-pensante, estendida. Elas eram coisas independentes. Em contraste, Aristóteles definiu a matéria e ao princípio formal/de formação como princípios complementares que juntos compõe a substância de algo independente. Em resumo, Aristóteles definiu a matéria (de forma simples) como do que as coisas são feitas (com um potencial para existência independentes), mas Descartes eleva a matéria para uma coisa independente em si.
A continuidade e diferença entre as concepções de Descartes e Aristóteles é digna de nota. Em ambas concepções, a matéria é passiva ou inerte. Nas respectivas concepções a matéria tem diferentes relacionamentos com a inteligência. Para Aristóteles, a matéria e a inteligência (forma) existem juntos em um relacionamento independente, enquanto para Descartes, matéria e inteligência (mente) são definitivamente substâncias opostas, independentes.
A justificativa de Descartes para restringir as qualidades inerentes da matéria à extensão é sua permanência, mas seu critério real é não é a permanência (que podem ser aplicados também à cor e resistência), mas seu desejo de usar a geometria para explicar todas as propriedades materiais. Da mesma forma que Descartes, Hobbes, Boyle, e Locke argumentaram que as propriedades inerentes dos corpos eram limitadas à extensão, e as assim chamadas qualidades secundárias, como cor, eram apenas produtos da percepção humana.
Isaac Newton (1643-1727) herdou o conceito mecanicista de matéria de Descartes. Na terceira de suas "Rules of Reasoning in Philosophy" ("Regras de Raciocínio em Filosofia"), Newton lista as qualidades universal das matérias como "extensão, dureza, impenetrabilidade, mobilidade, e inércia". De forma similar, em Óptica ele conjetura que Deus criou a matéria como "partículas sólidas, massivas, duras, impenetráveis, móveis", que eram "tão duras que nunca se gastam ou quebram em pedaços". As propriedades "primárias" da matéria eram passíveis de descrição matemática, diferente das qualidades "secundárias", como cor ou sabor. Da mesma forma que Descartes, Newton rejeitou a natureza essencial das qualidades secundárias.
Newton desenvolveu a noção de Descartes da matéria ao atribuir à matéria propriedades intrínsecas além da extensão (pelo menos de forma limitada), como a massa. O uso de Newton da força gravitacional, que agia "à uma distância" efetivamente repudiava a mecânica de Descartes, nas quais as interações acontecem exclusivamente por contato.
Apesar da gravidade de Newton parecer um poder dos corpos, o próprio Newton não a admitia como sendo uma propriedade essencial da matéria. Avançando a lógica de forma mais consistente, Joseph Priestley alegou que as propriedades corpóreas transcendem contatos mecânicos: as propriedades químicas exigem a capacidade de atração. Ele argumentou que a matéria tem outros poderes inerentes além das assim chamadas qualidades primárias de Descartes, e assim por diante.
"Qual é o conceito de corpo que emergiu finalmente? [...] A resposta é que não há um conceito claro e definitivo de corpo. [...] Ao invés, o mundo material é o que descobrimos que ele é, com as propriedades que devemos assumir para ter uma teoria explanatória. Qualquer teoria inteligível que oferece uma explicação genuína e que pode ser assimilada pelas noções básicas da física se torna parte da teoria do mundo material, parte de nosso entendimento de corpo. Se temos uma teoria destas em algum domínio, procuramos assumir ela nas noções fundamentais da física, talvez modificando estas noções conforme executamos esta empresa.
– Noam Chomsky, 'Language and problems of knowledge: the Managua lectures, p. 144"
Um elemento químico é conceituado como um conjunto de átomos que possuem o mesmo número atômico (Z), isto é, a mesma quantidade de prótons no núcleo.
Então a matéria é o que quer que a física estude e o objeto de estudo da física é a matéria: não há uma definição geral independente da matéria, à parte de sua adequação à metodologia de medição e experimentação controlada. Em resumo, os limites entre o que constitui matéria e tudo o mais continua tão vago quanto o problema da demarcação de delimitar a ciência de tudo o mais.
Fim do século 19 e início do século 20:
No século XIX, seguindo o desenvolvimento da tabela periódica, e a teoria atômica, os átomos eram vistos como os constituintes fundamentais da matéria. Os átomos formavam moléculas e compostos.
Alguns aspectos da visão newtoniana ainda persistiam. James Clerk Maxwell discutiu a matéria em seu trabalho Mater and Motion (Matéria e Movimento). Ele cuidadosamente separou "matéria" de espaço e tempo, e define a mesma em termos do objeto referido na primeira lei de Newton.
Entretanto, a imagem Newtoniana não era a história toda. No século XIX, a expressão "matéria" foi discutida ativamente por cientistas e filósofos, e um breve sumário pode ser encontrado em Levere. uma discussão de 1870 sugere que a matéria é feita de átomos:
Em vez de apenas ter atributos de massa e ocupar espaço, a matéria também recebia propriedades químicas e elétricas. O físico famoso J. J. Thomson escreveu sobre a "constituição da matéria" estava interessado em uma possível conexão entre matéria e carga elétrica.
Há uma literatura imensa acerca da "estrutura da matéria", indo da "estrutura elétrica" no início do século XX, a mais recente "estrutura de quarks da matéria", introduzida hoje com a observação: A compreensão da estrutura de quarks da matéria é um dos mais importantes avanços na física contemporânea.
Nesta conexão, os físicos falam de campos de matéria, e falam de partículas como "excitações quânticas de um modo do campo da matéria". E aqui está uma frase de Sabbata e Gasperini: "Com a palavra "matéria" nós denotamos, neste contexto, a fonte das interações, que são campos spinor (como quarks e léptons), que se acredita serem os componentes fundamentais da matéria, ou campos escalares, como a bóson de Higgs, que são usadas para introduzir a massa em uma teoria de gauge (e que, entretanto, pode ser composta de campos férmion mais fundamentais)."
No final do século XIX com a descoberta do elétron, e no início do século XX, com a descoberta do núcleo atômico, e o nascimento da física de partículas, a matéria passou a ser vista como feita de elétrons, prótons e nêutrons interagindo para formar átomos. Hoje, sabemos que mesmo os prótons e nêutrons não são indivisíveis, e podem ser divididos em quarks, enquanto os elétrons são parte de uma família chamada léptons. Ambos os quarks e léptons são partícula elementares, e estão sendo atualmente vistas como constituintes fundamentais da matéria.
Estes quarks e léptons interagem através de quatro forças fundamentais: gravidade, electromagnetismo, interação fraca, e interação forte. O Modelo Padrão de física de partículas é a melhor explicação atualmente para toda a física, mas apesar de décadas de trabalho, a gravidade ainda não pode ser explicada no nível quântico; ela só é descrita pela física clássica (veja gravidade quântica e gráviton). As interações entre quarks e léptons são o resultado de uma troca de partículas portadoras de força (como os fótons) entre os quarks e léptons. As partículas portadoras de força não são elas mesmas blocos de construção.
Como consequência, massa e energia (que não podem ser criada ou destruída) não podem sempre relacionadas com a matéria (que pode ser criada de partículas não-materiais como fótons, ou mesmo de energia pura, como a energia cinética). Portadores de força normalmente não são considerados matéria: Os portadores da força elétrica (fótons) possuem energia (veja a relação de Planck) e os portadores da força fraca (bósons W e Z) são maciços, mas nenhum deles é considerado matéria. Entretanto, enquanto estas partículas não são considerados matérias, eles contribuem com a massa total dos átomos, partículas subatômicas e todos os sistemas que os contém.
A expressão "matéria" é usada em física em uma variedade desconcertante de contextos: por exemplo, há quem se refira a "física da matéria condensada", "matéria elementar", matéria "partônica", "matéria escura", "antimatéria", "matéria estranha" e "matéria nuclear". Em discussões sobre matéria e antimatéria, a matéria normal tem sido referida por Alfvén como koinomatéria. É razoável dizer que na física não há um consenso para uma definição geral de matéria, e o termo "matéria" é normalmente usado em conjunto com um modificador que especifica do que se está falando.
A definição comum de matéria é tudo que tenha massa e volume (ocupa espaço). Por exemplo, diz-se que um carro é feito de matéria, já que ele ocupa espaço, e tem massa.
A observação de que a matéria ocupa espaço vem da antiguidade. Entretanto, uma explicação para o porquê da matéria ocupar espaço é recente, e o argumento é que se trata de um resultado do princípio de exclusão de Pauli. Dois exemplos particulares onde o princípio de exclusão claramente relaciona a matéria com a ocupação de espaço são as estrelas anãs e as estrelas de nêutrons, discutidas mais adiante.
No contexto da teoria da relatividade, a massa não é uma quantidade aditiva. Assim, na relatividade uma visão mais geral é usada que não é massa, mas o tensor de energia-momento que quantifica a quantidade de matéria. A matéria portanto é qualquer coisa que contribui para o momento-energia de um sistema, ou seja, qualquer coisa que não seja puramente gravidade. Esta visão é normalmente usada em campos que lidam com a relatividade geral, como a cosmologia.
Definições de átomos e moléculas:
Uma definição de "matéria" que é baseada em sua estrutura física e química é: matéria é feita de átomos e moléculas. como exemplo, as moléculas de ácido desoxirribonucleico (DNA) são matéria usando esta definição por que são feitas de átomos. Esta definição pode ser estendida para incluir átomos com carga e moléculas com carga, desta forma incluindo plasmas (gases de íons) e eletrólitos (soluções iônicas), que obviamente não estão incluídas na definições de átomos e moléculas. Alternativamente, a definição de prótons, nêutrons e elétrons pode ser adotada.
Definição de prótons, nêutrons e elétrons:
Uma definição de "matéria" em uma escala menor que os átomos e moléculas pode ser dista assim: a matéria é feita do que os átomos e moléculas são feitos, significando qualquer coisa feita de prótons com carga positiva,nêutrons com carga neutra, e elétrons com carga negativa.
Esta definição vai além da definição de átomos e moléculas, mas não inclui substâncias feitas destes blocos de construção que não são simples átomos ou moléculas, por exemplo a matéria de anãs brancas - tipicamente núcleos de carbono e oxigênio em um oceano de elétrons degenerados. Em uma escala microscópica, as "partículas" constituintes da matéria como prótons, nêutrons e elétrons obedecem as leis da mecânica quântica, e exibem uma dualidade onda-partícula. Em um nível mais profundo, os prótons e nêutrons são feitos de quarks e campos de força (glúons) que unem eles.