Percursos Químicos: Janeiro 2011
(PQ-UC) Um eucalipto que cheira a limão
As plantas são muito organizadas na forma como sintetizam os seus compostos. Por exemplo, os terpenos são moléculas construídas como um lego que tem como peça mais simples o isopreno de fórmula empírica C5H8. Surgem na natureza contendo múltiplos de cinco carbonos: com cinco, dez e quinze átomos de carbono em moléculas com odores característicos que têm diversas funções, com vinte ou mais átomos de carbono em moléculas que têm funções de interacção com a luz, com centenas de átomos de carbono nos poli-isoprenos que originam a borracha natural.
O cheiro a eucalipto é dado por uma mistura de compostos, dos quais o mais importante é o eucaliptol. Este composto é um terpeno de fórmula empírica C10H18O (note-se que tem a mesma composição elementar que a soma de dois isoprenos com uma molécula de água) cuja estrutura é aqui apresentada ao lado.
Mas há no Jardim Botânico e na Escola Brotero um eucalipto cujas folhas têm um cheiro aparentado com o do limão! Embora o cheiro seja também devido a uma mistura de compostos, o mais importante é o citronelal, um isómero (molécula com o mesma fórmula empírica mas estrutura diferente) do eucaliptol. Aqueles a quem o cheiro parecer semelhante ao de um detergente da loiça têm razão: o citronelal é muito usado nestes detergentes.
1 Foi a dra. Isabel Braga da Cruz que me chamou a atenção para este eucalipto no primeiro Passeio com a Química que realizei.
[versão preliminar de 12 de Fevereiro de 2011]
(PQ-CC) Painéis solares e química
Cada vez se encontram mais painéis solares pela cidade e a maioria das pessoas talvez não veja o que é que isso possa ter que ver com a química.
Células fotovoltaicas são materiais que absorvem a radiação solar e a transformam num fluxo de electrões, ou seja numa corrente eléctrica. Uma célula fotovoltaica típica tem uma parte que consiste num monocristal de silício dopado com fósforo, ou seja contendo impurezas de fósforo, em contacto com um monocristal de silício dopado com boro. A parte dopada com fósforo é denominada semicondutor de tipo-N devido ao facto de o fósforo ter excesso de electrões em relação ao silício, enquanto a parte dopada com o boro é denominada tipo-P, por este elemento ter deficiência de electrões em relação ao silício. A célula tem uma diferença de potencial, ou voltagem, característica que corresponde à energia que deverão ter os fotões da radiação para poderem libertar electrões do material. Na presença de luz, os electrões libertados deslocam-se do lado N para o lado P enquanto as lacunas (ponto com falta de um electrão) se deslocam do lado P para o lado N, criando uma corrente eléctrica.1 As células têm ainda normalmente um revestimento anti-reflexo para reduzir perdas de energia e uma cobertura de vidro para protecção. Finalmente, as células são agrupadas em conjuntos por forma a se obterem voltagens e correntes úteis. Bem, e depois de produzida a electricidade é necessário o seu consumo ou armazenamento. O armazenamento pode ser realizado usando acumuladores eléctricos, denominados usualmente como baterias ou pilhas
Como a produção de monocristais de silício é muito cara e a eficiência destas células é relativamente baixa, a investigação no desenvolvimento de novas células fotovoltaicas, assim como nas tecnologias que lhes estão associadas é muito activa. Assim, têm sido desenvolvidas células de silício policristalino assim como células de segunda geração denominadas de filmes-finos com custos significativamente inferiores, mas que têm ainda, infelizmente, eficiências ou durabilidades inferiores às das células tradicionais. No entanto este é um campo de investigação muito importante e por isso há vários investigadores do Departamento de Química e da Universidade de Coimbra envolvidos em projectos de investigação e desenvolvimento relacionados com células fotovoltaicas (por exemplo, [3]).
1É de notar que o produto da voltagem pela intensidade da corrente eléctrica é a potência, ou seja a energia por unidade de tempo. Em termos microscópicos podemos ver a intensidade da corrente eléctrica como o número médio de unidades de carga que se deslocam por unidade de tempo e a voltagem como a energia média por unidade de carga. Por outro lado podemos ver a potência como o produto do número médio de electrões libertados por unidade de tempo pela energia média de cada electrão, ou ainda, de forma mais simples, como a energia total dos electrões libertados por unidade de tempo.
[1] http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/solar-cell.htm (acedido 28/12/2010)
[2] http://scitizen.com/future-energies/how-long-do-solar-panels-last-_a-14-2897.html (acedido 28/12/2010)
[3] Photoacoustic measurement of electron injection efficiencies and energies from excited sensitizer dyes into nanocrystalline TiO2 films, Serpa C, Schabauer J, Piedade AP, Monteiro CJP, Pereira MM, Douglas P, Burrows HD, Arnaut LG, J. Am. Chem. Soc. 130, 8876 (2008)
[versão preliminar de 15 de Janeiro de 2011]
(PQ-CC) Química da passagem de ano
Para além das comidas, bebidas e música, na passagem de ano é tradição haver fogo de artifício, uma coisa que muitas pessoas relacionam logo com a química. De facto, os rebentamentos, explosões e fumos pirotécnicos provêm de reacções químicas, enquanto que as cores e brilho provêm da emissão de luz visível por parte de alguns elementos químicos.
Embora a química envolvida nos processos e artefactos pirotécnicos seja, à primeira vista, relativamente simples, esta actividade exige grande arte e rigor técnico, não só pelos aspectos de segurança, mas também devido à complexidade de pormenores envolvidos e à necessidade de obter resultados sem falhas num curto espaço de tempo. Um dos exemplos mais comuns são as estrelas que têm, para além dos materiais que irão produzir a cor, outros que, sendo combustíveis, irão reagir rapidamente com compostos ricos em oxigénio, originando o efeito de espalhamento em todas as direcções.
As cores do fogo de artifício provêm da incandescência, que é devida à temperatura atingida pelos fragmentos espalhados, e da luminescência, que é devida à emissão de luz característica dos elementos e compostos envolvidos. Os vermelhos são produzidos por sais de estrôncio ou lítio, o laranja sais de cálcio e o amarelo sais de sódio. Para o verde sais usados sais de bário e para o azul sais de cobre, ambos, em geral, combinados com compostos contendo cloro. O púrpura e o violeta são obtidos pela misturas de compostos de estrôncio e cobre e não potássio como poderia ser esperado. A junção de magnésio ou alumínio cria efeitos prateados e brancos brilhantes, enquanto efeitos dourados podem ser obtidos com ferro e carbono. Os compostos usados têm de ter grande pureza, assim como as formulações têm de ser rigorosamente estudadas para evitar alterações de cor, excesso de fumo, ou rebentamentos com rapidez inadequada.