A revolução de 1911

Você pode estar pensando:

“- Revolução? Em 1911? Fernanda enlouqueceu… tanto tempo longe do blog fez mal pra cabeça dela…”.

ou

“-Bem, houve mesmo uma revolução na China em 1911…. mas como isso estaria relacionado à química ou à nanotecnologia? Bala Mágica por acaso virou blog de história agora? Fernanda enlouqueceu… tanto tempo longe do blog fez mal pra cabeça dela…”

ResearchBlogging.org Embora tenha mesmo ficado distante do blog porque meu lado rato-de-laboratório aflorou de forma particularmente intensa nos últimos tempos, ainda não perdi o juízo. Realmente acredito que uma revolução aconteceu em 1911, e não foi na China. Ora, vejamos…. há cem anos uma mulher ganhou o Prêmio Nobel de Química. Sim, a admirável pesquisadora franco-polonesa Marie Sklodowska-Curie. Admirável, por ser a primeira mulher a receber o título de Doutora em Ciências na Europa e ainda por cima ser a primeira pessoa a receber dois Prêmios Nobel na vida – de Física em 1903, pela descoberta da radioatividade, e de Química logo depois, pela descoberta dos elementos polônio e radio. Embora possa parecer, não é da revolução feminista que quero falar. Até porque sabemos que ela aconteceu só uns cinqüenta anos depois.
A revolução à qual me refiro começou sem armas, mas com muitos choques. Foi causada pela descoberta de novos espaços, mas sem tomada de territórios. Não ocorreu por iniciativa de ativistas políticos ou de um líder do povo, mas sim por causa de um pequeno grupo de físicos, na solidão de um laboratório na Universidade de Manchester (UK).
A saga começa cerca de 10 anos antes da data apontada no título desse post, quando os físicos Ernest Rutherford e Paul Villard classificaram diferentes tipos de radiação conforme sua capacidade de penetrar em objetos e causar ionização. A radiação foi dividida por esses cientistas em alfa, beta e .. adivinhe… gama. Destas, a radiação alfa é aquela que apresenta menor capacidade de penetração, podendo ser bloqueada por uma simples folha de papel. Podemos considerar essa radiação como sendo partículas com carga positiva e massa determinada – hoje, sabemos que partículas alfa nada mais são que dois prótons e dois nêutrons (ou seja, o núcleo de um átomo de hélio-4). Só para situar o leitor sobre o grau de conhecimento da época, ainda acreditava-se que os átomos eram formados por um mar de carga positiva contendo regiões pontuais de carga negativa (o famoso modelo do pudim de passas sobre o qual ouvimos falar na escola).
As partículas alfa podem ser obtidas a partir do decaimento de brometo de radio, um dos compostos radioativos descobertos por madame Curie. E foi justamente brometo de radio que os físicos Hans Geiger e Ernest Marsden utilizaram para produzi-las, num experimento famoso coordenado por Ernest Rutherford em 1909. Ao redor de uma folha de ouro muito fininha mesmo, foi disposta uma folha circular de sulfeto de zinco. A ideia era bombardear a tal folha de ouro fininha com partículas alfa, pra ver o que aconteceria. O sulfeto de zinco atuaria como uma espécie de filme fotográfico, marcando os locais para onde as partículas alfa seriam projetadas após o bombardeio. Qual seria a hipótese lógica para esse experimento na época? Todas as partículas alfa (cuja carga era positiva, já se sabia) atravessariam a folha de ouro, porque a carga positiva estaria bastante “espalhada” no pudim esférico que constituía os átomos, de forma que não haveria repulsão significativa de carga. Algumas partículas alfa poderiam sofrer alguns pequenos desvios, se encontrassem pelo caminho as “passas” de carga negativa mais concentrada ali presentes.
Surpreendentemente, os cientistas observaram não só o esperado, mas também algo completamente bizarro: algumas daquelas partículas alfa bombardeadas simplesmente ricochetearam de volta! Rutherford interpretou esse resultado no seu famoso artigo de 1911, como sendo causado pela presença de algo realmente muito denso e pequeno no centro do átomo, que impediria a passagem das partículas alfa numa colisão de frente. Esse “algo” provavelmente teria carga positiva também. E as cargas negativas? Bem, elas deveriam estar ali no átomo para neutralizar as cargas positivas. No entanto, muitas partículas alfa não foram desviadas, e se topassem com cargas negativas, necessariamente seriam desviadas (aquela velha história dos opostos, você sabe). Bem, se não bateu em nada positivo, nem em nada negativo, não bateu…. em nada! Sim, o átomo seria um sistema composto por um núcleo muito pequeno de carga positiva e massa considerável, envolto por um gigantesco espaço onde estariam os elétrons de carga negativa e um monte de ….. vazio. Tal qual uma bola de futebol no meio de um estádio, com apenas algumas centenas de pessoas nas arquibancadas, assim seria um átomo com seu núcleo e seus elétrons (os quais estariam nessa região imensa ao redor do núcleo, chamada eletrosfera). Definitivamente, os dias de analogia culinária para o átomo haviam acabado.
As ideias de Rutherford serviram como base para um novo entendimento sobre a estrutura da matéria. Desde então, tivemos um século de descobertas espantosas, e um salto gigantesco no âmbito da química – motivo mais que suficiente para um ano inteiro de celebração. Interessante como descobrir tudo e nada onde menos se esperava fez toda a diferença …
[continua no próximo post …. ]
(a reflexão que resultou nesse post e no próximo veio de uma conversa sobre história da ciência, no meio de tantas outras, num desses dias de fevereiro… obrigada ao Fabiano pela inspiração e pelas ideias para esses textos)

Geiger, H., & Marsden, E. (1909). On a Diffuse Reflection of the Formula-Particles Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 82 (557), 495-500 DOI: 10.1098/rspa.1909.0054
Rutherford, E. (1911). The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom Philosophical Magazine , 6 (21), 669-688

Borboletas, esses seres nanotecnológicos

Apesar de ter feito o maior frio aqui em Porto Alegre nos últimos dias, com tempo fechado e chuva, essa manhã de domingo que marca o início do horário de verão está bastante agradável. Os passarinhos estão cantando, o céu está azul, a temperatura está amena e o sol faz um efeito bonito nas asas das borboletas que vejo daqui da minha janela. Há borboletas azuis, amarelas e vermelhas, lindas! Difícil achar quem não goste de borboletas… Em muitas culturas, a borboleta é símbolo de renascimento, transformação e geralmente está associado ao mundo espiritual – provavelmente pelo fato de que a borboleta passa por vários estágios de maturação (lagarta, crisálida, borboleta).

O que pouca gente sabe é que as cores que vemos estampadas nas asas de muitos gêneros de borboletas, como a morfo azul, e que são tão agradáveis aos nossos olhos são fruto de uma nanotecnologia altamente refinada. Sim, as borboletas são seres nanotecnológicos! Vou explicar… As cores que vemos nas asas das borboletas se devem a estruturas nanométricas altamente organizadas (parecidas com plaquinhas) presentes nas asas. Essas plaquinhas fazem com que a luz que bate nelas seja espalhada apenas em certas direções e em certos comprimentos de onda, e é isso que vai definir a cor que veremos. O grau de organização das plaquinhas é parte fundamental desse processo, porque os espaços entre elas são exatamente da mesma dimensão que o comprimento de onda da luz espalhada. Só para exemplificar, se as plaquinhas estão organizadas de forma que os espaços entre elas tenham o tamanho do comprimento de onda da luz azul, veremos justamente essa cor. Se as plaquinhas estiverem completamente desalinhadas, sem organização nenhuma, os raios de luz de todos os comprimentos de onda serão espalhados em todas as direções indistintamente – e veremos a cor branca, que é a soma de todas as cores.

Os físicos chamam as estruturas nanométricas que espalham luz e causam o efeito de iridescência, de cristais fotônicos. Cada asa de borboleta possui diferentes tipos de cristais fotônicos: alguns mais organizados, que resultam na cor azul, outros menos organizados, que resultam na cor verde (que é a soma do azul e do amarelo), e por aí vai. As plaquinhas nanométricas nas asas das borboletas são compostas por quitina, que é aquela substância que também compõe a carapaça de camarões e é matéria-prima para fabricar a fibra alimentar quitosana.

Como explicado aí em cima, o ordenamento dos cristais fotônicos é fundamental para controlar a forma como a luz vai se propagar. Esse princípio tem sido bastante utilizado na área de telecomunicações, nos estudos para o desenvovimento de displays interferométricos que prometem cores mais brilhantes e vívidas e até mesmo nos mais recentes cosméticos. Sim, nos cosméticos! A empresa L’Oreal vem desenvolvendo estudos para “imitar” o efeito de iridescência das asas das borboletas, e chama essa tecnologia de maquiagem fotônica. Realmente, borboletas são seres inspiradores…

Glossário:

Iridescência: fenômeno que faz certas superficies refletirem as cores do arco-íris. Essa propriedade não é exclusividade das asas das borboletas – pode ser vista também nos besouros, cigarras, bolhas de sabão, caudas de pavão, escamas de peixe, entre outros.

UPDATE 19/10/2009: Começa hoje a Semana Nacional de Ciência e Tecnologia, uma iniciativa do Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) do Brasil. Se você clicar aqui, terá acesso à programação e poderá reparar que a imagem escolhida para ilustrar o evento é a maturação de uma lagarta em borboleta azul. Espero que, depois de ler esse post, você possa “enxergar” ali um símbolo que transcende a ideia de transformação. Afinal, depois de saber que as asas das borboletas são dotadas de cristais fotônicos, elas bem que poderiam ser consideradas símbolo de tecnologia altamente refinada, você não acha?

Você não acredita em nanopartículas porque não pode vê-las? Agora, você pode….

Na semana passada participei de dois eventos muito bacanas no Rio: o ICAM 2009 e o II EWCliPo – para quem é leitor assíduo, já está careca de saber. Mas o fato é que congressos sempre tem as festas-do-congresso (Mariana e demais pessoas da CH…olha aí que fantástica cobertura vocês perderam para o primeiro número daquela nova revista bolada na mesa de bar em Arraial).

Como não poderia deixar de ser, lá fui eu para a festa do ICAM 2009, no Rio Scenarium (legal, bonito, mas pra turista ver). De vez em quando eu finjo que danço forró – e me divirto pra caramba! Nessa festa no Rio Scenarium, me tiraram pra dançar… samba! Lógico que eu me perdi toda, pois não sei os passos (e samba é bem mais difícil que forró, convenhamos) – mas me diverti mais ainda e fiquei com vontade de aprender!

No nano(bio)mundo também há uma modalidade de dança de salão. Duvida? Ela se chama movimento browniano, em homenagem ao biólogo Robert Brown, que foi quem primeiro descreveu esse movimento em 1827 (embora, na época, ele tenha erroneamente achado que as partículas eram vivas***). Esse movimento acontece com partículas na escala nano e micro quando elas estão imersas em um fluido (p. ex., um líquido) por causa dos choques das moléculas desse fluido nas partículas. É em parte por causa do movimento browniano que podemos determinar o tamanho de nanopartículas (para saber mais, veja o post explicativo).

Até aí, tudo certo. Mas quem garante que as nanopartículas realmente existem, se não as vemos? Sem entrar em detalhes sobre método científico e deduções lógicas, hoje tenho como provar para qualquer São Tomé de plantão (do tipo que só acredita vendo) que nanopartículas existem! Tudo isso, graças a um novo equipamento muuuuuito legal adquirido pelo laboratório onde faço doutorado (valeu, profs!) chamado NanoSight. Nesse equipamento, um feixe de laser incide sobre a amostra de nanopartículas e várias fotos são tiradas em sequência. O resultado é um vídeo como esse aí abaixo, onde é possível vê-las se movimentando caoticamente (com uma trajetória que descreve um fractal).

E então, qual será o melhor ritmo de música para essa dança?

UPDATE 02/10/09: O equipamento NanoSight faz parte do laboratório K204 do Instituto de Química da UFRGS, e foi adquirido com recursos do CNPq.
UPDATE 06/10/09: Erro crasso! Esqueci de agradecer ao “dono” da amostra de nanopartículas pelo filme acima… Valeu, Edu!
***OBSERVAÇÃO/CORREÇÃO (28/12/2009): Brown chegou a achar que o pólen estivesse vivo, mas mudou de ideia em seguida, porque o efeito era o mesmo com pó de granito e de vidro. Ele também não foi o primeiro a observar tal movimento – outros pesquisadores, como Leeuwenhoek, já haviam feito essa observação. A diferença é que ele foi o primeiro a considerar que não havia qualquer “energia vital” atuando no fenômeno. Einstein calculou a massa e o tamanho de átomos a partir do movimento browniano. Sua fórmula foi confirmada anos depois por Perrin.

O que você não sabia sobre o Edward Cullen da série Crepúsculo

(não, não é o Orkut do Robert Pattinson)

Há uns dias atrás terminei de ler o livro Crepúsculo (Twilight), estimulada pela enxurrada de gente que já havia lido e a-ma-do. A historia é a seguinte: uma moça humana (Bella Swan) e um vampiro (Edward Cullen) se apaixonam e a partir daí começam os conflitos e as tensões, porque apesar de apaixonado, o vampiro tem sede pelo sangue da moça – o que é um perigo mortal para ela. Tudo bem que a autora criou um vampiro que é o cara perfeito, além de sex symbol bonitão… mas há algo que eu achei bizarro nele. Perdoe o spoiler quem ainda não leu o livro, mas sob a luz do sol ele brilha intensamente – o que justificaria sua preferência pela penumbra, já que ninguém gostaria de chamar tanta atenção, não é ? (tá, quase ninguém)

Puxa, vampiros no meu imaginário derretem, queimam ou evaporam sob a luz do sol. Mas simplesmente brilhar e mais nada? Doido. Para brilhar intensamente daquele jeito descrito no livro, só se a pele dele fosse feita de nanocristais como aqueles sintetizados pela equipe do professor Todd Krauss, da Universidade de Rochester (USA). Em geral os objetos absorvem a energia do sol e a reemitem como calor. Não é o caso dos tais nanocristais, que devido às suas características estruturais não deixam as partículas de luz ser transformadas em calor – elas batem no nanocristal e são logo refletidas como num espelho nanoscópico. Mas luz de que cor? A pergunta faz sentido porque, mudando o tamanho dos nanocristais, é possível mudar a cor da luz que eles emitem. E convenhamos, mais estranho que um vampiro brilhante é um vampiro brilhante e colorido. Tal fenômeno acontece porque mais de 70 % dos átomos que compõem um nanocristal estão na sua superfície (coisas que só a nanotecnologia faz por você). Essa característica faz com que os elétrons se afastem e se aproximem dos núcleos dos átomos de uma forma particular quando a luz bate neles, influenciando na energia da luz que é reemitida – e por consequencia, na sua cor (quanto mais azulada a luz, mais energética ela é, e quanto mais avermelhada, menos energética).

Peles feitas de nanocristais brilhantes não poderiam existir mesmo num mundo com vampiros porque não são moléculas orgânicas, mas sim materiais inorgânicos semi-condutores? Está bem…. não poderiam ser componentes da pele, mas poderiam ser componentes do que vai em cima dela (sejamos criativos!): já imaginou celebridades como a Britney Spears ou a Madonna vestindo uma roupitcha feita desses nanocristais e que brilha pra caramba sob os holofotes, tal qual um laser ambulante? (sim, é possível construir lasers com esses nanocristais na vida real…)

Imaginou? É, pode haver coisas mais bizarras que um vampiro que brilha sob o sol…

Você estava procurando informações sobre o livro Crepúsculo, seus principais personagens, Orkut, algum sex symbol ou as últimas da Britney ou da Madonna e acabou caindo aqui? Pois saiba que esse post faz parte da blogagem coletiva “Cientista também caça paraquedista“, do Science Blogs Brasil. Se gostou, volte sempre!!!

Se a gente não consegue ver as nanopartículas, como se faz para determinar o tamanho delas?

Quem pensou em microscópio eletrônico, acertou …. em parte. Antes de inventarem o microscópio eletrônico, já era possível determinar o tamanho de nanopartículas. Não acredita? Pois bem, uma brincadeira que todo mundo já fez na vida é olhar a dança das partículas de poeira suspensas no ar em um quarto na penumbra, com uma janela semi-aberta onde apenas alguns raios de sol possam passar (um amigo meu, quando era pequenininho, queria pegar um raio de sol desses de qualquer maneira – existe até uma foto do fato, mas essa é outra história). Alguém já se perguntou por que a poeira só é visível quando a luz incide sobre ela? Pois é, um físico da Grã-Bretanha chamado John Tyndall deve ter se perguntado justamente isso lá no século 19. Ele descobriu que as partículas de poeira refletem a luz. O que nós vemos não é a poeira em si, mas sim o efeito da luz sobre ela. Hoje chamamos esse fenômeno de efeito Tyndall.

Lord Rayleigh, o cientista que estudou o espalhamento de luz em partículas muito pequenas e, com isso, tornou possível determinar o tamanho de nanopartículas antes da construção do primeiro microscópio eletrônico.

Ah, mas a poeira do ar pode ser vista em microscópio óptico – portanto não é nanométrica! É verdade, mas John William Strutt, terceiro Barão Rayleigh e prêmio Nobel de física de 1904, descobriu um fenômeno parecido para partículas nanométricas. Lord Rayleigh percebeu não só que um feixe de luz pode ser espalhado por nanopartículas (que é quase a mesma coisa que refletido), mas também que a intensidade de luz espalhada depende do tamanho da nanopartícula e do ângulo de observação em relação ao feixe de luz que incide na amostra. A partir desse princípio, foi possível explicar porque o céu é azul (outra pergunta que todo mundo já se vez na vida). É esse fenômeno, chamado hoje de espalhamento Rayleigh, que os pesquisadores usam para determinar o tamanho de suas nanopartículas. Até porque ir correndo ao microscópio eletrônico no dia-a-dia de erros e acertos do lab, para contar um monte de nanopartículas em uma foto, além de mais trabalhoso (às vezes passa-se um turno inteiro tirando fotos de uma ou duas amostras) é bem mais caro.

Uma curiosidade: duas crateras, uma em Marte e outra na Lua, foram batizadas como Rayleigh em homenagem a esse Lord da ciência.

Sobre ScienceBlogs Brasil | Anuncie com ScienceBlogs Brasil | Política de Privacidade | Termos e Condições | Contato


ScienceBlogs por Seed Media Group. Group. ©2006-2011 Seed Media Group LLC. Todos direitos garantidos.


Páginas da Seed Media Group Seed Media Group | ScienceBlogs | SEEDMAGAZINE.COM