O polietileno

O polietileno, provavelmente o plástico produzido em maior quantidade,  foi preparado pela primeira vez na Grã-Bretanha em 1934 nos laboratórios da ICI.

No plástico inicialmente produzido formavam-se longas moléculas com algumas ramificações, estas impediam as cadeias de polímero de se interligarem numa estrutura bem ordenada e compacta e formavam como que um emaranhado mais ou menos desordenado. O resultado era um polímero de baixa densidade, macio, flexível e com um ponto de fusão relativamente baixo. Este polímero conhecido com polietileno de baixa densidade (LDPE) é usado como isolante de material eléctrico e ainda em embalagens, sacos de plástico e filmes para embalagem.

Mais tarde, por volta de 1950, em consequência do desenvolvimento de catalizadores organometálicos pelo químico alemão Karl Ziegler, o polímero pode ser produzido noutras condições e com propriedades diferentes. De facto, estes catalizadores controlam a forma como os monómeros se ligam e as cadeias produzidas não são ramificadas. Isto permite que as cadeias se alinhem paralelamente umas às outras, estabeleçam melhores ligações e o plástico fique com uma estrutura mais cristalina. Ao polietileno com estas características chama-se polietileno de alta densidade (HDPE). Este polímero é mais denso, mais duro, com ponto de fusão mais elevado e mais rígido do que o polietileno de baixa densidade. É usado no fabrico de garrafas e outros contentores para líquidos e no  fabrico de depósitos de gasolina para automóveis, alguidares, tanques de água e canalizações. Como o seu ponto de fusão é elevado pode ser esterilizado sendo também usado para equipamento hospitalar.

Nada se perde, nada se cria - tudo se transforma...

Lavoisier foi um cientista do século XVIII, nascido em 1743, em Paris[1], que usou a sua cozinha como laboratório e se interessou e investigou muitas coisas e, também, a preparação de sopas[2]… Como resultado de muitos dos seus trabalho ele concluiu que “na natureza nada se perde e nada se cria, tudo se transforma”. Nem matéria, nem energia. Esta conclusão, que ainda hoje é aceite como verdadeira, tirou-a das suas investigações, mas nada é tão verdade para tudo nesta vida, a começar por nós próprios. Nascemos da junção de “materiais” provenientes dos nossos Pais e vamos crescendo à custa do que vamos conseguindo das nossas Mães, quando ainda estamos nas suas barrigas. E durante toda a nossa vida vamos ingerindo alimentos que vamos transformando, através da digestão, no que nos faz mais falta, rejeitando aquilo que não nos interessa. Por fim, acabamos a nossa vida regressando à terra e “oferecendo” os materiais que nos restam aos outros seres que nela habitam. É assim o ciclo da Vida.

Se pensarmos neste assunto parece-nos, algumas vezes, que esta verdade falha. Por exemplo, quando pomos ao lume uma panela com água, se nos distraímos um bom bocado, quando voltamos à cozinha, na panela já não há quase nada; perdeu-se! Mas também é verdade que a cozinha há-de estar bem mais húmida. E se a quantidade de água era muito grande, vai encontrar a sua pequena cozinha envolta num quase nevoeiro e até pode sentir os óculos a embaciar-se. Ou seja, a água líquida não se perdeu – transformou-se, passando a gás. Transformou-se em vapor de água – e lá foi ele para o ar, para a Liberdade. Só há uma solução: encher de novo a panela e voltar a pô-la ao lume, ficando de alerta ao que lá se irá passar.

Outro exemplo: o que se passou com um pedaço de carne que pusemos a assar, que era tão grande e ficou tão pequeno e encolhido? Resposta: o mesmo – transformou-se. Com o calor houve alteração das suas moléculas, elas começaram a ligar-se entre si e, se exagerarmos no calor e no tempo de assadura, essas ligações acabam por ser tão fores, que a água que existia na carne é expulsa e ela fica um pouco seca. Mas terá um bom molho, no mínimo e um bom cheirinho! Este também é devido a uma transformação: é que há várias moléculas que, à superfície da carne e com o calor forte, se transformam noutras, que lhe dão o forte sabor e aroma. Já se cozinharmos a carne em água, por exemplo, como a temperatura é mais baixa (inferior a 100ºC), nunca iremos obter aquela camada escurinha, estaladiça e muito saborosa. Também neste caso, nada se perdeu, nem nada se criou, mas houve várias transformações.

E falemos dumas alfaces que comprámos só há dois dias e que já estão com um ar velhinho e todas mirradinhas. Também elas se transformaram. Isto porque as alfaces, mesmo fora da terra, esteve a respirar: a consumir oxigénio. Tal como nós! E foi libertando dióxido de carbono e água. Por isso foi perdendo vários átomos e, como resultado, perdendo alguma da sua massa. É por isso que as guardamos sempre em sacos fechados; para não estarem em contacto com o oxigénio.

Voltando ao: Lavoisier: ele tinha mesmo toda a razão quando disse que “nada se perde, nada se cria; tudo se transforma”. Talvez seja por isso que se considera que é ele o Pai da Química.

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[1] foi morto numa guilhotina em 5 de Maio de 1794, na sequência de conflitos decorrentes da Revolução Francesa. Um matemático ilustre desse tempo, Lagrange, lastimou assim sua morte: “Bastou um instante para cortar a sua cabeça, mas cem anos não vão chegar para que surja uma outra semelhante”

[2] estudou a quantidade de carne que deveria ser adicionada às sopas, de modo a que fossem suficientemente nutritivos para os doentes de um hospital de Paris

Impressoras a cores - um outro desafio

Um desafio mais recente foi o desenvolvimento de corantes que pudessem ser usados nas impressoras mais modernas para permitir obter a vasta gama de cores necessária para os mais variados trabalhos, e em particular para a impressão de fotos, e nos diferentes tipos de suportes (papel, transparências, papel fotográfico...) de forma permanente. 

Este desfio também foi ultrapassado tendo sido sintetizados três corantes com as propriedades certas que misturados nas proporções convenientes permitem cobrir todo o espectro visível e que são estáveis às altas temperaturas a que ocorre a impressão. 

De facto, dos cerca de 1 milhão de corantes conhecidos nenhum tinha estas propriedades e tiveram que ser sintetizados novos compostos.  Os seguintes são exemplos:

Polímeros sintéticos - um novo desafio para a indústria de corantes

Com o desenvolvimento da indústria de polímeros, surgiram novos materiais e a introdução de uma vasta gama de fibras sintéticas. 

Tal  trouxe um desfio adicional na produção de corantes - o desenvolvimento de corantes próprios para este tipo de materiais.  Os novos materiais,como por exemplo os poliesteres ou o polipropileno, tinham características químicas diferentes dos tradicionais, como a lã, o algodão ou a seda, e portanto os corantes não se ligavam a eles e não os coravam. De facto é importante que se estabeleça uma ligação química entre a molécula do corante e as do material que se pretende corar.

O avanço da química, da compreensão da relação entre estrutura e propriedades e da tecnologia foi essencial para ultrapassar estes desafios e permitiu o desenvolvimento de uma vasta gama de corantes sintéticos que estão disponíveis actualmente e permitem corar das mais variadas cores e de forma bastante estável os mais diversos tipos de materiais.

Corantes resistentes à lavagem - foi um sonho, tornou-se uma realidade

Um sonho durante muitos anos foi o de produzir  corantes que se ligassem às fibras por ligações covalentes  (muito fortes) em vez das fracas ligações intermoleculares. Tal foi conseguido por volta de 1950 quando um grupo de químicos da ICI investigava a produção de melhores corantes para a lã.

Os resultados obtidos na prática não foram os que se pensava para a lã, mas davam bons resultados com o algodão, apesar de para serem usados ter sido necessário resolver uma série de problemas técnicos. 

O anúncio  da decisão final de produção comercial destes corantes foi feita em 1956, exactamente 100 anos depois da descoberta de Perkin. Os primeiros corantes a serem produzidos são os representados abaixo e foram o primeiro passo para o desenvolvimento de um conjunto de corantes que se ligam covalentemente aos tecidos e com os quais começou uma nova era na história dos corantes que passaram a ser muito mais resistentes à luz e às lavagens.

Corantes sintéticos - o início

Os corante naturais eram caros, pois eram necessárias quantidades muito grandes de animais ou plantas para extrair o corante. Assim,  até há cerca de 100 anos só as pessoas endinheiradas tinham direitos à cor, quando surgiram os corantes sintéticos isso mudou.

Tal como muitos outros avanços da ciência, aqui também tal aconteceu por acaso... Em 1856 algumas experiências planeadas não deram os resultados desejados. William Henry Perkin, estava a tentar sintetizar  quinina um composto natural usado para combater a malária. Usava dicromato de sódio para oxidar sulfato de anilina (fenilamina). No entanto em vez de quinina obteve um precipitado preto. Em vez de o deitar fora, resolveu analisá-lo e verificou que era um composto púrpura que tinha grandes potencialidades como corante. 

Assim foi sintetizado o primeiro corante sintético. Ironicamente este produto foi obtido porque a anilina estava muito impura. Ele tinha apenas 18 anos e estudava em Londres, mas decidiu de imediato abandonar os estudos e montar a sua indústria de corantes para produzir este composto. 

O corante fez um enorme sucesso pois havia grande procura de cores pela indústria da moda e  tanto a Rainha Victória como a Imperatriz Eugénia de França usaram roupas coradas com o novo corante chamado Mauve (malva). 

Este era formado por uma mistura de vários compostos sendo o mais importante o seguinte:

A indústria de corantes,  cresceu rapidamente e as bases muito sólidas obtidas da produção de corantes, económicas mas pricipalmente técnicas, conhecimento científico e experiência de investigação, permitiram desenvolver outras  áreas da indústria química. Assim a história do desenvolvimento de corantes está intimamente ligada com o desenvolvimento da química orgânica. 

Os corantes inicialmente produzidos tinham cores vivas mas eram pouco estáveis, obter corantes mais estáveis foi o desafio seguinte para os químicos.  Hoje adquiriram enorme importância os corantes sintéticos produzidos a partir de materiais de partida obtidos da petroquímica, e o conhecimento sobre corantes e a relação entre a sua estrutura e propriedades é tão grande que é possível sintetizá-los "por medida".

Vermelho de cochonilha um corante não muito próprio para vegetarianos

A natureza foi, e continua a ser uma boa fonte de substâncias que usamos como corantes, a alizarina referida no post anterior é um bom exemplo. O Homem, empiricamente, encontrou formas de extrair estas substâncias e de as usar. Mesmo sem saber as suas estruturas e propriedades, por tentativa e erro aprendeu a usá-las. Estes corantes naturais podem ser obtidos de plantas ou de animais.

Um exemplo de um corante, vermelho, obtido a partir de animais é o vermelho de cochonilha, ou carmim, Este é bastante utilizado em cosmética, como corante alimentar e ainda em  roupas. Extraído pelos mexicanos desde 1000 AC foi utilizado pelas civilizações asteca e maia e produzido quase exclusivamente em Oaxaca, por produtores indígenas. A cochonilha tornou-se mesmo, durante muito tempo, o segundo produto em valor exportado do México, superado apenas pela prata. O corante era muito consumido na Europa para onde foi trazido pelos espanhóis por volta de 1580 . 

Após a Guerra da Independência do México, entre 1810 e 1821, o monopólio da produção de cochonilha chegou ao fim. Produções em larga escala começaram a ser feitas na Guatemala e nas Ilhas Canárias. A procura por cochonilha diminuiu ainda mais quando surgiu no mercado a alizarina e os corantes sintéticos, no entanto continua a ser produzida e utilizada.

O corante é obtido a partir dos corpos secos e esmagados da fêmea de um insecto a Cochonilha ou Dactylopius coccus. Este é uma praga de plantas, particularmente do cacto Opuntia coccinellifera. Os insectos têm 2 a 5 milímetros de comprimento e formam colónias nas folhas, raízes e frutos das plantas, sugando a seiva, inoculando toxinas e provocando manchas, definhamento e morte da planta. Actualmente a cochonilha é já criada  para a produção do corante. São necessários cerca de setenta mil insectos para se obter aproximadamente meio quilo de corante.