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.

A vermelha alizarina

A alizarina é um corante vermelho que durante milhares de anos foi extraído das raízes de uma planta (granza dos tintureiros). 

A alizarina tem a particularidade de só se ligar aos tecidos de forma estável se estes forem impregnados com um composto metálico como por exemplo o sulfato de alumínio. Estes funciona como "ponte" entre as moléculas do tecido e as do corante. Não se podendo ligar directamente ao tecido, o corante liga-se ao mordente que está por sua vez ligado às fibras do tecido tingindo-o.

Corantes com estas características chamam-se corantes de mordente.   

O que é ainda mais interessante é que a cor da alizarina depende do metal escolhido. Se o metal for alumínio os tecidos ficam vermelhos. Quando se usa estanho (II) ficam rosa e com ferro (II) ficam castanhos.

A alizarina foi usada como corante durante milhares de anos mas ninguém sabia a sua estrutura química até que dois jovens alemães Carl Graebe e Carl Liebermann decidiram estudá-la e em 1868 patentearam um método de produzir alizarina sintética. Mas os rendimentos eram baixos e o processo caro. 

Outros químicos, entre eles Perkin (que já referimos), começaram a investigar outras vias sintéticas e em Maio de 1869 ambos os grupos chegaram à mesma via sintética. Perkin registou a sua patente a 26 de Junho de 1869 em Londres, e uma patente quase idêntica tinha sido registada na véspera por Caro, Graebe e Liebermann que trabalhavam para a BASF.  O processo foi resolvido amigavelmente pois Perkin e a BASF decidiram partilhar o mercado da alizarina. Perkin ficava com o mercado inglês e a BASF com os mercados da Europa e USA.

Esta descoberta teve consequências devastadoras nos países da Europa do Sul e Ásia produtores da granza. Pode ter uma idéia se tiver em conta que em 1868 foram processadas 70000 toneladas de raízes de granza para produzir 750 toneladas de alizarina. Em 18973, 5 anos depois, os campos de granza tinham desaparecido e só a empresa de Perkin produzia 430 toneladas de alizarina.

As cenouras fazem os olhos bonitos! Será?

As cenouras contêm beta-caroteno. Este é um percursor da vitamina A, o que significa que no organismo o pigmento existente na cenouras, e não só, se transforma em vitamina A. Esta tem um papel muito importante no mecanismo da visão.  De facto, a sua falta causa perturbações na visão, nomeadamente: cegueira nocturna, fotofobia (hipersensibilidade à luz), hemorragia ocular, e mesmo cegueira (casos mais graves). *

Costuma dizer-se que “as cenouras fazem os olhos bonitos”, não sabemos se é verdade, mas que os fazem mais saudáveis e nos permitem ver melhor, isso fazem! E isso é o mais importante.

*
Além do papel na visão e na saúde dos olhos, a vitamina A também é importante para o crescimento e formação dos ossos, e a saúde da pele e do cabelo. A sua falta provoca alterações no olfacto e no gosto, desidratação da pele, desidratação das mucosas (com infecções frequentes).

 

Os carotenóides estão por todo o lado...

Os carotenóides são um grupo de pigmentos naturais. Este grupo inclui pigmentos amarelos, laranja e vermelho alaranjado que absorvem luz na zona do azul. Absorvem uma luz complementar da clorofila e muitas das plantas com clorofila contém também carotenóides para absorver o máximo de luz solar para a fotossíntese. Reagem também com o oxigénio, protegendo assim as células da degradação.

As moléculas dos carotenóides têm uma estrutura com dois anéis hexagonais ligados por uma longa cadeia, semelhante à da molécula que dá o nome a este grupo de compostos, o beta-caroteno. São insolúveis em água e solúveis em lípidos e, por isso não passam para a água de cozedura.

A cor dos carotenóides é muitas vezes mascarada pela clorofila, como sucede por exemplo nas laranjas quando ainda estão verdes e com as folhas de certas árvores. É por isso que, no Outono, bastam uns dias de frio para que a clorofila das folhas se comece a degradar e o laranja e o vermelho dos carotenóides passem a dominar, originando verdadeiros espectáculos de cor.

Estes compostos existem em quase todos os organismos vivos. Alguns exemplos de alimentos ricos em carotenóides: as cenouras, as batatas-doces, as mangas, os pêssegos, os tomates, as laranjas, a melancia, os ovos, o milho, cenouras, os mariscos, etc. etc.

Durante os processos culinários não se verificam alterações da sua cor, a não ser que o calor seja mesmo excessivo.

Clorofila - sem ela era difícil vivermos...

A clorofila é uma mistura de dois compostos com estruturas muito, muito semelhantes  - a clorofila a (verde azul) e a b (verde azeitona). A figura representa a molécula da clorofila a que, tal como a da clorofila b, tem um átomo de magnésio (a cor de rosa na figura) . A clorofila é um pigmento verde, tal significa que absorve tanto a luz violeta como a vermelha. 

Pode-se dizer que é talvez a molécula mais importante para a existência dos seres vivos, uma vez que é ela que fixa a maior parte da energia solar que é utilizada pelas plantas na fotossíntese  e que é usada pelos animais no seu  metabolismo, tendo um papel fundamental neste processo:

Num post anterior já falámos da alteração da cor dos vegetais verdes ao serem cozinhados e do papel da clorofila nesse processo.

Explosão na central Nuclear de Fukushima

Um assunto muito actual! Uma explicação, publicada na revista Visão, que nos pareceu muito esclarecedora e que aqui reproduzimos:

 
Central de Fukushima - Porque o reator não parou


1. Um reator nuclear é uma unidade na qual se aquece água para produzir vapor. Este aciona turbinas que produzem electricidade.
 
2. O aquecimento da água é efectuado através de reacções nucleares, entre barras de urânio (o combustível)*.
 
3. Aquando do tremor de terra, as barras de controlo foram acionadas automaticamente. Estas servem para parar as reações nucleares – são o interruptor.
 
4. Apesar de interrompidas as reações, o núcleo continua a libertar calor. Normalmente, é necessário continuar a arrefecê-lo para parar o reator. Como o sistema de refrigeração da central foi afetado pelo tsunami, deixou de entrar água no reator. Em consequência, a maior parte da água remanescente vaporizou e aumentou a pressão dentro da cápsula metálica que rodeia o reator, feita de uma liga de zircónio.
 
5. A altas temperaturas, o vapor de água pode separar-se em hidrogénio e oxigénio. Na presença do zircónio, esta mistura é altamente explosiva. Pode ter sido esta a razão para a explosão ocorrer.

6. Se no decorrer da explosão a cápsula metálica e o bunker que a envolvem foram danificados, pode haver libertação de material radioativo para a atmosfera
 
7. Os engenheiros que tentam controlar os danos decidiram bombardear água do mar para arrefecer o núcleo do reator. Estão também a usar ácido bórico, que controla as reações nucleares.

In Visão nº 941, p. 82, 2011

 
*Quando um átomo do isótopo de urânio U- 235 se decompõe em partículas menores, produz energia e neutrões. Quando isto ocorre na presença de uma grande quantidade de urânio, começa uma reação em cadeia auto-sustentável, em que os neutrões emitidos pomovem a decomposição de outros átomos de urânio.

Experimente - veja a Saccharomyces cerevisae em actividade

Veja Saccharomyces cerevisa em actividade e o resultado das reacções químicas que ocorreram

Precisa de:

tubos ou frascos com uma capacidade que deve rondar os 50-100 ml

água (morna)

açúcar de mesa (a que os químicos chamam sacarose)

levedura em pó (à venda nos supermercados, na zona de produtos para bolos)

balões com uma abertura que se adapte à boca dos frascos

colheres de chá

Procedimento:

1 - Adicione, a cada um dos frascos, as quantidades de ingredientes indicadas no seguinte quadro e identifique-os.

tubo	designação	levedura	açúcar	água morna
1	controlo	1 colher	---	até cerca de ¾ do frasco
2	com açúcar (sacarose)	1 colher	1 colher	até cerca de ¾ do frasco

2 - Coloque, em cada tubo, a respectiva tampa e agite-os rápida e vigorosamente.

3 – Retire as tampas e adapte à boca de cada tubo um balão, de modo a que o tubo fique vedado.

4 - Observe o resultado ao fim de 5,10,15 e 20 minutos. Verificará certamente que a levedura precisa de alimento (o açúcar) - só num dos tubos se verificam alterações. À medida que cresce e se reproduz, vai produzindo um gás cuja quantidade aumenta lentamente ao longo do tempo.

Para que a Saccharomyces cerevisae desempenhe vem o seu papel e produza bom pão, muitas reacções químicas têm que ocorrer

Já lhe dissemos que o fermento de padeiro é  um micróbio vivo - a levedura Saccharomyces cerevisae. Para que ela desempenhe o seu papel, muitas reacções químicas têm que ocorrer... Quer saber um pouco mais sobre a forma como ela actua? Então vamos a isso...

A farinha contém amido (cerca de 70%), o qual é formado por moléculas de um açúcar (glucose) ligadas entre si como se fossem contas de um colar. A levedura utiliza essas glucoses para obter a energia de que precisa. A este processo, que ocorre na ausência de oxigénio, chama-se fermentação e nele produz-se um gás – o dióxido de carbono, um álcool – o etanol, e outras substâncias que fazem com que o pão tenha um sabor e um cheirinho de fazer crescer a água na boca.

Para actuarem, as leveduras precisam de uma temperatura adequada. Se esta for muito alta (acima de 55ºC), morrem; se for muito baixas (abaixo de 10ºC), ficam meio "adormecidas". Por isso, se dissolver o fermento de padeiro em água demasiado quente, o pão não vai crescer. Mas pode congelar o fermento, ou mesmo massa de pão; ao descongelar as leveduras "acordam" e voltam a ficar activas. 

A levedura vai assim actuar antes de ir para o forno, produzindo o dióxido de carbono que converterá a massa de pão numa espuma: diz-se que a massa leveda. Nos primeiros minutos no forno, ela ainda continua a produzir dióxido de carbono, mas rapidamente acaba por morrer com o progressivo aumento da temperatura.

A massa de pão tem uma estrutura diferente de uma massa de bolos: é mais elástica e vai retendo o dióxido de carbono até que, no forno, o amido gelatinize e as proteínas coagulem, fixando toda a estrutura e conferindo ao pão a textura que tanto apreciamos.

Experimente - faça uma Reacção Química - e fique a saber mais sobre a forma como actua um fermento

http://www.cienciaviva.pt/projectos/pollen/livroPT_pollen.pdf

Experimente a repetir, mas usando água fria ... verá a diferença!

Fermento para bolos, fermento de padeiro... Qual a diferença?

Qual a diferença entre os fermentos que se usam para pão e para bolos? Esta é uma dúvida de muitas pessoas. Em comum, apenas têm o facto de darem lugar à libertação de um gás – o dióxido de carbono – que faz as massas crescerem. 

O fermento para os bolos é um fermento químico. É composto por uma base (o bicarbonato de sódio) e por um ácido, contendo ainda amido que tem o papel de absorver a humidade do ar, mantendo aqueles dois componentes separados e secos para que o fermento se conserve em bom estado até à altura de ser usado. Quando se mistura este fermento com um líquido contendo água, o bicarbonato e o ácido vão interagir (reagir, diz-se em linguagem química) e dar origem a novos produtos. Neste caso, o mais importante é a formação de dióxido de carbono, um gás, produzindo milhões de bolhinhas.

Esta reacção é muito mais rápida a quente do que a frio. Como no forno as temperaturas são elevadas, a produção de gás é rápida, levando ao aumento de volume da massa. Forma-se então uma espuma sólida que, com o calor do forno, vai solidificar, devido à gelatinização do amido e à coagulação das proteínas. O fermento permite assim que os bolos cresçam e fiquem fofinhos.

Apesar de mais lenta, a reacção também se dá à temperatura ambiente. Vê agora porque é que a massa dos bolos não devem esperar muito antes de ir para o forno? É que, embora lentamente, o gás vai-se formando e vai escapando. Ou seja, na altura de ir para o forno já não se forma tanto gás e o bolo cresce muito menos.

Quanto ao fermento para pão - fermento de padeiro – disponível na forma de uma massa húmida, usada nas padarias, ou seco e granulado, como o que se vende nos supermercados, é um micróbio vivo - a levedura Saccharomyces cerevisae. Esta foi identificada como responsável pelo crescimento da massa de pão por Pasteur, no século XIX. 

A Química na produção agrícola

No início do século XIX, quando a população mundial se aproximava dos mil milhões, o britânico Malthus previa que os recursos agrícolas, crescendo em forma de progressão aritmética, não poderiam acompanhar a subida da população humana, que tendia para crescer em forma de progressão geométrica. Desta afirmação, que parecia na altura indesmentível, foram tiradas posteriormente diversas consequências de ordem filosófica e política, todas pessimistas e nalguns casos mesmo perversas do ponto de vista humanista.

No entanto no final de século XX a população mundial atingiu os 6 mil milhões de pessoas e, se existem bolsas localizadas de fome no mundo, não são consequência da falta de capacidade global de produção de alimentos, mas sim de constrangimentos económicos de natureza local. Basta recordar que a União Europeia vem desincentivando, através de reformas sucessivas da denominada Política Agrícola Comum, a produção de bens agrícolas no espaço europeu e que nos EUA existem extensas áreas agrícolas de reserva que só são utilizadas em casos excepcionais.

A causa do falhanço das previsões de Malthus foi a intervenção da Química na produção agrícola, que permitiu aumentar a produtividade numa escala que não seria possível de outro modo.

Esta intervenção pode ser vista de forma clara e decisiva no ciclo do Azoto, átomo essencial a algumas moléculas que integram a matéria orgânica. As plantas, tirando algumas excepções, não têm a capacidade de absorver este átomo do manancial que as cerca (atmosfera, com 80% de Azoto), e isto contrariamente a outro átomo essencial, o Carbono, que é absorvido sob a forma de CO₂ graças à função clorofilina. Assim a única maneira “natural” de fechar o ciclo do Azoto é através da decomposição de material orgânico proveniente de seres animais ou vegetais mortos, ou das excreções de seres vivos, e esta forma de reposição é naturalmente limitada.

A fixação do Azoto atmosférico no solo só foi possível, em termos economicamente viáveis, a partir dos trabalhos dos químicos alemães Haber e Bosch, que, no inicio do século XX, conseguiram realizar à escala industrial a síntese de um composto reactivo, a Amoníaco, a partir da molécula muito pouco reactiva do Azoto atmosférico e de outro elemento abundante, o Hidrogénio. Curiosamente o incentivo que levou a esta inovação essencial não foi inicialmente a produção de adubos, mas sim a produção de nitratos para fins militares (explosivos) a serem utilizados na 1ª Guerra Mundial.

O Amoníaco, molécula com cerca de 82% em peso de Azoto, pode ser absorvido pelas plantas através de solo, embora por questões de facilidade de aplicação se prefira utilizar como adubos azotados substâncias sólidas facilmente produzidas a partir do Amoníaco, como a Ureia e o Nitrato de Amónio. A produção mundial de Amoníaco atinge hoje cerca de 150 milhões de toneladas por ano, na sua quase totalidade destinada à produção de adubos industriais.

A percentagem da população mundial cuja alimentação depende do uso de adubos industriais está hoje calculada em cerca de 48%.

Podemos assim dizer que a Química assegura nos dias de hoje a alimentação de cerca de 3 mil milhões de pessoas.

Podemos ainda concluir que a chamada “agricultura biológica” que defende a exclusão dos adubos de síntese, pode funcionar como um nicho de mercado em sociedades de abundância, mas não é seguramente alternativa para a alimentar a Humanidade.      

A importância do petróleo

Na Reino Unido, até 1949 o carvão era a maior fonte de matérias primas para a indústria química, seguida pelos hidratos de carbono, tendo o petróleo um peso inferior a 10%. Contudo a situação mudou. O consumo mundial de petróleo começou a aumentar, isto deveu-se principalmente às necessidades de combustíveis para transporte (automóveis e aviões). Como esta necessidade era maior no mundo desenvolvidos nestes países começaram a ser construídas refinarias. Começaram então a ser desenvolvidos processos para converter fracções de pouca procura em fracções com maior procura, por exemplo gasóleo em gasolina. Neste processo eram produzidos alcenos (etileno e propeno) como produtos secundários, a preços muito baixos devido à larga escala em que eram produzidos. Até esta altura o etileno era obtido por desidratação do etanol que por sua vez era obtido por fermentação de hidratos de carbono. Embora a técnica fosse bem dominada os preços eram muito elevados.

Por volta de 1959 a par com o carvão o petróleo era a principal fonte de matérias primas para a indústria química na Europa, tal como já acontecia há cerca de duas décadas nos EUA. O peso do petróleo tornava-se cada vez maior pois o seu preço não tinha tendência a aumentar, pois a escala de produção aumentava (economia de escala), os produtos químicos eram produtos secundários da indústria de combustíveis e os processos para transformar as diferentes fracções do petróleo eram cada vez mais sofisticados e eficientes permitindo obter uma vasta gama de compostos. Com o carvão passava-se o contrário dado a sua extracção ser um processo que requeria muita mão de obra além da procura para os produtos obtidos a partir do carvão (coque e gás de cidade) ser cada vez menor e portanto a quantidade de produtos químicos obtidos como produtos secundários ser também muito menor. Em 1969 o petróleo dominava completamente a cena internacional e isso continuou a acontecer até aos nossos dias.

Desde então com o desenvolvimento da química e da tecnologia a evolução tem sido grande e muito rápida. Note-se mesmo que o desenvolvimento da indústria química influencia e depende também do das outras indústrias. De facto fornece-lhes matérias primas, químicos para análises de controlo de qualidade, tratamento de efluentes, embalagens... Actualmente a indústria química atingiu uma certa maturidade e o seu impacto nas nossas vidas é inimaginável podendo mesmo dizer-se que a vida como a conhecemos hoje não seria possível sem a indústria química.

Influência da 2º Guerra Mundial no desenvolvimento da indústria química

O impacto da 2ª Guerra na indústria química foi idêntico ao da 1ª Guerra. A Alemanha voltou a ser isolada das suas fontes de matérias primas e a ter que se virar para os produtos sintético: borracha e gasolina a partir do carvão.

O Reino Unido e os EUA não foram afectados ao mesmo nível, mas a necessidade de polímeros, como o polietileno e o nylon, para isolamento eléctrico e pára-quedas era alta. 

No fim da guerra o desenvolvimento nestes três países na área dos polímeros tinha sido grande.

Durante a 2ª Guerra muitas das fábricas da indústria química na Alemanha foram destruídas e a informação sobre os processos obtida por ingleses e americanos. A I. G. Farben, uma grande e importante empresa, foi dividida pelos aliados num conjunto de pequenas companhias (Bayer, BASF, Hoechst) eliminando a sua competitividade. Tudo isto sem contar com a divisão politica da Alemanha em Oriental e Ocidental.

As maiores mudanças na química mundial desde o fim da guerra estão relacionadas com a química orgânica e em particular com as matérias primas usadas como intermediários (etileno, propeno, benzeno, tolueno...) e obtidas a partir do petróleo.

O início da indústria de polímeros

No período entre as Guerras houve um enorme incremento na indústria de polímeros (moléculas de grandes dimensões, e que constituem aquilo a que chamamos plásticos), estando o seu desenvolvimento posterior muito interligado com o da petroquímica. 

O homem sempre utilizou polímeros naturais (seda, lã, celulose...), no entanto o interesse químico pelos polímeros data do início do século 19. Nesta altura foram feitas tentativas para modificar quimicamente polímeros naturais para lhes dar outros usos e propriedades, e alguns exemplos foram já referidos em posts anteriores. O primeiro polímero não natural foi a nitrato de celulose, fabricado em 1862, pela nitração do polímero natural celulose. O celulóide, que era nitrato de celulose misturado com cânfora para o tornar mais maleável, foi usado para substituir o marfim das bolas de bilhar e teclas de piano, depois foi usado para produzir películas de cinema. No entanto é altamente inflamável e teve que ser substituído. Outros exemplos de polímeros sintéticos modificados são o acetato de celulose usado para impermeabilizar tecidos usados no fabrico de aeroplanos na 1ª guerra, como fibra semi-sintética e como filme na indústria fotográfica. E ainda a borracha vulcanizada.

O primeiro polímero 100% sintético, ou seja fabricado pelo homem a partir de pequenas moléculas,  foi a baquelite introduzida em 1909. Desenvolvida para substituir um produto natural em falta e que ainda hoje é usada. Embora a reacção fosse descoberta alguns 20 anos antes foi necessário um estudo muito sistemático e cuidado para controlar convenientemente a sua manufactura.

O desenvolvimento da tecnologia de alta pressão e das teorias químicas da polimerização levaram a que nos anos 30 e 40 surgissem no mercado alguns outros polímeros como, por exemplo, o nylon e o polietileno. 

O polietileno é provavelmente o plástico produzido em maior quantidade.  Este polímero foi preparado pela primeira vez na Grã-Bretanha em 1934 nos laboratórios da ICI. A produção industrial começou 5 anos mais tarde, quase no início da II Guerra. A sua primeira aplicação foi como isolante nos fios eléctricos dos radares militares. Dada importância destes na Guerra e a dificuldade de funcionarem eficientemente caso o polietileno não estivesse disponível, diz-se muitas vezes que o polietileno foi o plástico que ganhou a guerra.

Este foi apenas  início de uma indústria que nos permitiu ter acesso a uma grande variedade de novos materiais com características únicas, e a que muito devemos no que diz respeito à forma como vivemos e ainda à sua contribuição para o desenvolvimento da ciência e tecnologia. 

Influência da 1º Guerra Mundial no desenvolvimento da indústria química

Em 1914 a Alemanha dominava a indústria química a nível mundial e estava extremamente avançada em relação aos outros países no que diz respeito a química aplicada e desenvolvimento tecnológico. Contudo a 1º Guerra Mundial veio alterar a situação. Tanto na Alemanha como no Reino Unido foi estimulada a indústria envolvida na produção de explosivos. A Alemanha lançou-se na produção de nitratos para fertilizantes uma vez que os importados do Chile não lhes chegavam. Foi ainda isolada das suas fontes de matérias primas e, além disso, muitos mercados fecharam-se não lhe possibilitando a exportação dos seus corantes. Tal fez com que estes produtos faltassem no Reino Unido e nos EUA. Como resultado houve uma enorme expansão da produção destes produtos nestes dois países.

A guerra estimulou a produção interna dos diversos países e alertou os governos para a importância da indústria química e, em consequência, os anos de pós guerra foram anos de expansão para esta indústria. Este desenvolvimento levou a um excesso de produção e por volta de 1920 a concorrência internacional era grande e muitas empresas começaram reunir-se e a formar grandes companhias com grandes bases financeiras, muita experiência e conhecimentos científicos e tecnológicos. 

Os EUA tinham petróleo e refinarias próprias há alguns anos e nos anos 20 surgiu o interesse de usar fracções de petróleo para produzir compostos orgânicos. Contudo até 1940 as potencialidades eram limitadas e os EUA eram o único país com petroquímica. 

A indústria de corantes foi decisiva no processo de evolução da indústria química

A indústria de corantes, que se iniciou após a descoberta de Perkin referida no post anteiror, cresceu rapidamente e em 1870 a Inglaterra dominava esta indústria. Porém, a investigação em Inglaterra era muito académica nesta altura, ao passo que na Alemanha era muito mais dirigida para a aplicação prática dos produtos. Isto fez com que os alemães avançassem muito mais rapidamente na produção de corantes e tiveram tal sucesso que em 1914, quando do início da 1º Guerra Mundial eles dominavam a produção mundial destes compostos detendo mais de 75% do mercado mundial.

 BASF factory, Ludwigshafen (ca. 1900)    Edelstein Collection, Hebrew University

As bases muito sólidas obtidas da produção de corantes, não só bases económicas mas também técnicas, conhecimento científico e experiência de investigação, fez que as maiores companhias (BASF, Bayer, Hoechst) começassem a exercer actividades noutras áreas da indústria química. No início do século XX tinham feito avanços consideráveis na indústria farmacêutica. Os primeiros , medicamentos com sucesso a serem fabricados foram a Aspirina, lançada pela Bayer em 1899, e o Salvarsan, para tratamento da sífilis, lançado pela Hoechst em 1910.

 A BASF, por seu lado, concentrou-se na química inorgânica e teve bastante sucesso no desenvolvimento de um processo para fabrico de ácido sulfúrico e depois para produção de amoníaco (processo Haber). Este foi um passo fundamental no processo de evolução da indústria  química, pois exigia fábrica muito sofisticadas para processar gases a altas temperaturas e pressões.