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Físicos fazem caminho matemático das partículas ao Universo

Redação do Site Inovação Tecnológica – 05/08/2013

Como nas gravuras de M.C. Escher, em que as coisas se fundem de forma suave, o mundo é simultaneamente relativístico, clássico e quântico, dependendo das dimensões que consideremos.

Mas um vislumbre de como misturar as tintas e mover os pincéis para terminar esse quadro acaba de ser obtido de forma surpreendente por Steffen Gielen (Universidade de Hannover, Alemanha), Daniele Oriti (Instituto Perímetro, Canadá) e Lorenzo Sindoni (Instituto Max Planck, Alemanha).

O trio partiu de equações da mecânica quântica e chegou a uma equação cosmológica, desenvolvida há quase um século, que descreve o tipo de universo mais fundamental, um universo vazio, onde as coisas ainda estão por ser criadas.

“Se você mostrar a última equação do nosso trabalho para um cosmólogo, ele não vai ficar muito impressionado porque é a equação mais básica da cosmologia,” comentou Gielen.

Mas o que impressiona é que a equação elaborada por Alexander Friedmann em 1924 – ele partiu da Relatividade Geral recém-elaborada por Einstein – foi derivada a partir das equações que tentam descrever a gravidade quântica.

Gravidade quântica

As pesquisas sobre a gravidade quântica tentam unificar a física do muito grande – as descrições da Teoria da Relatividade Geral de Einstein – com a física do muito pequeno – as partículas descritas pela mecânica quântica.

Ambas as teorias têm suportado valentemente décadas de verificação experimental, mas não conversam entre si – quem conseguir unificá-las será fatalmente chamado de “novo Einstein”.

Assim, quando o trio chegou a uma equação fundamental da cosmologia através de uma das vertentes propostas para explicar a gravidade em termos quânticos – chamada teoria dos grupos de campos – eles tiveram suas razões para se sentirem “bastante animados”.

Isto demonstra uma possibilidade de se encontrar uma compatibilidade entre a mecânica quântica e a relatividade geral, algo crucial para uma melhor compreensão das origens do universo, já que o Big Bang é o melhor exemplo de um caso de aparente incompatibilidade das duas teorias.

Agora os pesquisadores querem tentar encontrar a mesma compatibilidade usando modelos mais complexos do Universo, levando em conta coisas como a matéria e outros “complicadores”.

Ou seja, agora eles precisam preencher seu universo com “coisas” e ver se as previsões contidas em suas equações ainda se mantêm.

Bibliografia:

Cosmology from Group Field Theory Formalism for Quantum Gravity
Steffen Gielen, Daniele Oriti, Lorenzo Sindoni
Physical Review Letters
Vol.: 111, 031301
DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.031301

Paul Dirac–Manuscrito original de Doutorado–1926–Mecânica Quântica.

Paul Dirac Medalha Nobel

Dirac 3.jpgPaul Dirac, Califórnia, 1930

Prêmio(s)
Nobel prize medal.svg Nobel de Física (1933), Medalha Real (1939), Medalha Copley (1952), Medalha Max Planck (1952)

Paul Adrien Maurice Dirac OM, FRS (Bristol, 8 de Agosto de 1902Tallahassee, 20 de Outubro de 1984) foi um físico teórico britânico.

Estudou engenharia elétrica na Universidade de Bristol, completando o curso em 1921. Em 1923 se formou em matemática e recebeu uma bolsa de pesquisa no St John’s College, na Universidade de Cambridge.

Fez contribuições fundamentais para o desenvolvimento da Mecânica Quântica e Eletrodinâmica Quântica. Foi Professor lucasiano de Matemática da Universidade de Cambridge e passou os últimos dez anos da sua vida na Florida State University. Entre outras descobertas, formulou a Equação de Dirac, que descreve o comportamento do férmion e que o levou à previsão da existência da antimatéria.

Em sua tese, defendida em 1926, desenvolveu uma versão da Mecânica Quântica incorporando a “Mecânica Matricial” de Werner Heisenberg com a “Mecânica Ondulatória” de Erwin Schrödinger num único formalismo matemático.

Em 1928, desenvolveu a chamada Equação de Dirac, que descreve o comportamento relativístico do elétron. Esta teoria o levou a prever a existência do pósitron, a antipartícula do elétron, que foi observado experimentalmente em 1932 por Carl David Anderson.

Recebeu em 1933, junto com Erwin Schrödinger, o Nobel de Física1 .

Participou da 5ª, 6ª, 7ª e 8ª Conferência de Solvay.

Equação de Dirac

{\Delta x}\, {\Delta p} \ge \frac{\hbar}{2}

Na mecânica quântica, equação de Dirac é uma equação de onda relativística proposta por Paul Dirac em 1928 que descreve com sucesso partículas elementares de spin-½, como o elétron. Anteriormente, a equação de Klein-Gordon (uma equação de segunda ordem nas derivadas temporais e espaciais) foi proposta para a mesma função, mas apresentou severos problemas na definição de densidade de probabilidade. A equação de Dirac é uma equação de primeira ordem, o que eliminou este tipo de problema. Além disso, a equação de Dirac introduziu teoricamente o conceito de antipartícula, confirmado experimentalmente pela descoberta em 1932 do pósitron, e mostrou que spin poderia ser deduzido facilmente da equação, ao invés de postulado. Contudo, a equação de Dirac não é perfeitamente compatível com a teoria da relatividade, pois não prevê a criação e destruição de partículas, algo que apenas uma teoria quântica de campos poderia tratar.

A equação propriamente dita é dada por:

 \left(\alpha_0 mc^2 + \sum_{j = 1}^3 \alpha_j p_j \, c\right) \psi (\mathbf{x},t) = i \hbar \frac{\partial\psi}{\partial t} (\mathbf{x},t) ,

na qual m é a massa de repouso do elétron, c é a velocidade da luz, p é o operador momentum linear \hbar é a constante de Planck divida por 2π, x e t são as coordenadas de espaço e tempo e ψ(x, t) é uma função de onda com quatro componentes.

Cada α é um operador linear que se aplica à função de onda. Escritos como matrizes 4×4, são conhecidos como matrizes de Dirac. Uma das escolhas possíveis de matrizes é a seguinte:

\alpha_0 = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & -1 \end{bmatrix} \quad \alpha_1 = \begin{bmatrix} 0 & 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \end{bmatrix}
\alpha_2 = \begin{bmatrix} 0 & 0 & 0 & -i \\ 0 & 0 & i & 0 \\ 0 & -i& 0 & 0 \\ i & 0 & 0 & 0 \end{bmatrix} \quad \alpha_3 = \begin{bmatrix} 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & -1 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & -1 & 0 & 0 \end{bmatrix}

Fonte: Manuscrito de Paul Dirac (1926); Wikipedia.

Calor mostra comportamento surpreendente em escala atômica

  • Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/07/2013

Nanotermômetro mostra comportamento surpreendente do calor em escala atômica

Em um nanofio em escala molecular, o calor se concentra em um dos lados, deixando o outro frio. [Imagem: Pramod Reddy Lab]

Calor atômico

Depois de descobrir que, em nanoescala, a energia pode ser transportada diretamente do frio para o calor, pesquisadores agora verificaram que o calor pode nem mesmo se espalhar.

Quando uma corrente elétrica atravessa um material que conduz eletricidade, há uma certa resistência do material que resulta na geração de calor – isso só não acontece nos supercondutores.

Embora a geração de calor em circuitos maiores seja um fenômeno bem compreendido, a física clássica não consegue descrever a relação entre calor e eletricidade no limite da escala, na nanoescala, onde os componentes envolvidos têm cerca de um nanômetro de tamanho, sendo formados por apenas alguns átomos.

No mundo tangível, em macroescala, quando a eletricidade passa por um fio, o fio inteiro se aquece, assim como todos os eletrodos ao longo do circuito.

Agora, novas tecnologias de medição estão permitindo ver que não é nada disso que ocorre em nanoescala.

Quando o “fio” é uma molécula de escala nanométrica, conectando apenas dois eletrodos, a temperatura sobe predominantemente em apenas um deles.

“Em um dispositivo em escala atômica, todo o aquecimento fica concentrado em um lugar,” explica Pramod Reddy, da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos.

Teoria de Landauer

Entender de antemão onde a temperatura vai subir em um sistema eletrônico pode ser uma ajuda sem paralelo para os engenheiros que querem projetar computadores, telefones celulares e dispositivos médicos confiáveis e de alto desempenho.

Essa nova informação é essencial não apenas no processo normal de miniaturização da eletrônica tradicional, que já está partindo para o uso de nanofios, como também da eletrônica molecular e dos aparatos usados na computação quântica.

“A coisa mais importante é entender a relação entre o calor dissipado e a estrutura eletrônica do dispositivo, sem o que você não vai conseguir alcançar a escala atômica. Este trabalho dá pistas sobre isso pela primeira vez.

“Os resultados deste trabalho atestam firmemente a validade de uma teoria de dissipação de calor originalmente proposta por Rolf Landauer, um físico da IBM.

“Além disso, os insights obtidos neste trabalho também permitem uma compreensão mais profunda da relação entre a dissipação de calor e fenômenos termoelétricos em escala atômica – a conversão de calor em eletricidade,” conclui o pesquisador.

Bibliografia:
Heat dissipation in atomic-scale junctions
Woochul Lee, Kyeongtae Kim, Wonho Jeong, Linda Angela Zotti, Fabian Pauly, Juan Carlos Cuevas, Pramod Reddy
Nature
Vol.: 498, 209-212
DOI: 10.1038/nature12183

Feira Mundial de Chicago de 1893.

De onde veio o futuro: uma viagem pela Feira Mundial de Chicago de 1893

Por - <!– Matt Novak–>  12 jul, 2013 – 07:18
  O que você faria se tivesse uma máquina do tempo? Assistiria a construção das pirâmides do Egito? Acompanharia Jesus enquanto ele transformava água em vinho? Mataria Hitler, talvez? Essas são algumas causas nobres. Mas já disse isso muitas vezes e mantenho minha posição: se eu tivesse uma máquina do tempo, visitaria a Feira Mundial de 1893, em Chicago.

A feira era oficialmente chamada World’s Columbian Exposition para homenagear os 400 anos da chegada de Cristóvão Colombo à América do Norte. Ela foi a feira feita para encerrar as grandes feiras. Foi a 15º exposição como esta realizada no mundo, a segunda nos Estados Unidos. Montada próximo ao Lago Michigan, nada nela era pequena: 2,4 km² de área de exposição, e mais de 200 instalações. Mas o seu legado físico não é nada perto do legado do progresso tecnológico que ela deixou.

 

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Estima-se que um em cada quatro americanos viram a exposição em 1893, o que é surpreendente considerando que ela ficou aberta apenas por 6 meses. E por que eu gostaria de me juntar aos milhões (27 milhões, segundo algumas estimativas) que visitaram a Feira? Claro, tinha a arquitetura Beaux-Arts (que inspirou Frank Baum quando ele imaginou a Cidade das Esmeraldas do Magico de Oz), além de enormes estátuas e vendedores de comida. Mas o principal motivo é que ela representava o Futuro.

Como outras que a antecederam, a Feira Mundial de 1983 foi onde inventores de todas as partes do mundo puderam mostrar novos gadgets. Mas a edição de Chicago se destaca pela enorme amplitude de suas ofertas, incluindo máquinas primitivas de fax, novos telefones, um trem elétrico, luzes de neon e cintos elétricos que alegavam curar diversas doenças. O século XX estava no horizonte, e as pessoas invadiram Chicago para ver o que ele reservava.

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Como você deve lembrar, tenho uma grande coleção de todo o tipo de coisa que eu chamo de “paleofuturas” – livros, magazines, fotografias, entre outros, e coleciono há seis anos. Nos meus arquivos há uma coleção de ingressos originais para as Feiras Mundiais – tenho tickets para as edições de Nova York de 1939 e 1964, ticket para a exposição de 1900 em Paris, e até para a Feira Mundial de 1982 em Knoxville (que algumas pessoas devem se lembrar de um episódio de 1996 de Os Simpsons). Também tenho o ticket da Feira de 1983 que você pode ver acima.

Então pegue seu ingresso e vamos ver algumas das coisas mais legais que apareceram naquele ano.

Chicago prepara seu caminho para o futuro

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A Feira de 1893 foi a tentativa da cidade de Chicago tentar conquistar algum respeito dentro dos Estados Unidos. O pessoal de Nova York não gostava muito de lá – mas a cidade pretendia melhorar para mostrar para aquele pessoal de Nova York e do resto do mundo qual era o seu potencial.

Como você pode ver no pôster acima, Chicago queria desesperadamente ser conhecida como a “Metrópole do Oeste” em um tempo em que qualquer coisa no Oeste era considerada selvagem. Naquele fim de século XIX, Chicago estava emergindo como uma força econômica e cultural. E a Feira Mundial era a oportunidade de provar isso para o mundo.

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Exposição de Nikola Tesla

A Feira era uma excelente oportunidade para inventores mostrarem suas mais recentes ofertas. E as contribuições do lendário Nikola Tesla incluem alguns fantásticos exemplos de tecnologias que se tornaram comuns nos anos seguintes, junto com alguns gadgets divertidos que estavam apenas em demonstração.

Na última categoria, encontramos o Ovo de Colombo. Na anterior, o motor de corrente alternada. A presença de Tesla foi além da sua exposição. A Westinghouse, empregadora de Tesla, ganhou o contrato para iluminar toda a White City, um projeto de cidade ideal que foi apresentada na feira. Então, o trabalho de Tesla – especificamente seu desenvolvimento de sistemas de energia de corrente alternada – estava virtualmente em todas as partes da Feira.

Em uma biografia de Tesla de 1996, escrita por Marc Seifer, há uma explicação do que estava sendo mostrado pelo inventor:

A exibição de Tesla, que ocupou parte do espaço da Westinghouse, contava com diversos dispositivos de corrente alternada em fase inicial de desenvolvimento, incluindo motores, armaduras, geradores e placas fosforescentes de eletricistas notáveis, como Helmholtz, Faraday, Maxwell, Henry, e Franklin, e uma placa do poeta favorito sérvio dele, Jovan Zmaj Jovanovich. Tesla também mostrou tubos de vácuo iluminados por meio de transmissão sem fio, o seu ovo de Colombo rotatório, folhas de luz criadas por descarga de alta frequência entre duas placas de isolamento, e outros sinais de neon que mostravam “Westinghouse” e “Bem-vindo, eletricistas”. As duas últimas amostras “produziam o efeito de uma descarga atmosférica modificada… acompanhada de um barulho ensurdecedor semelhante.” Esta foi, provavelmente, uma das mais sensacionais atrações vistas na instalação, já que o barulho poderia ser ouvido em qualquer lugar, e a luz do relâmpago era bastante brilhante.

O Templo Egípcio Iluminado

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A reprodução de um templo egípcio de 1.800 a.C foi um dos destaques da feira. Mas a Western Electric decidiu criar sua própria versão menor do templo, completando ela com luzes elétricas brilhantes.

A exibição da Western Electric era intencionalmente provocativa, com a mistura do velho com o novo. Imagens egípcias foram feitos para parecerem modernos, com luzes elétricas e até telefones egípcios funcionais. Como o guia da feira explica:

Outra grande exibição na parte de elétrica foi organizada pela Western Electric Company, de Chicago. Ela tinha três pavilhões, um deles decorado como um templo egípcio com painéis no exterior com figuras egípcias associadas a eletricidade. Há um grupo de donzelas egípcias da época de Ramsés operando um telefone, e outro grupo de homens do mesmo período enviando linhas telegráficas. O conceito é muito popular.

Abaixo está uma foto do interior do templo, tirada do livro The Chicago World’s Fair of 1893: A Photographic Record de Stanley Appelbaum.

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O Telautógrafo de Elisha Gray

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O telautógrafo foi inventado pelo engenheiro elétrico Elisha Gray e foi mostrado para o público pela primeira vez na Feira de 1893. A invenção foi patenteada em 1888, e devemos entendê-la como uma máquina de fax primitiva, convertendo escrita à mão em impulsos elétricos que poderiam ser enviados e reproduzidos em grandes distâncias.

Gray explicou o potencial para revolucionar o futuro da comunicação em uma entrevista de 1888 para a The Manufactures & Builder:

Com a minha invenção você pode sentar em seu escritório em Chicago, pegar uma caneta na sua mão, escrever uma mensagem para mim, e, enquanto a caneta se mexe, uma outra aqui no meu laboratório se move simultaneamente e forma as mesmas letras e palavras que você escreveu. O que você escreve em Chicago é instantaneamente reproduzido aqui em fac-simile. Você pode escrever em qualquer idioma, usar códigos ou criptogramas, não importa, a mensagem é reproduzida aqui. Se você quiser desenhar uma figura é a mesma coisa, ela é reproduzida aqui. O artista do seu jornal pode, com este dispositivo, telegrafar suas imagens do trem, ou outros repórteres podem telegrafar as descrições em palavras.

Um barulho ensurdecedor na Instalação Elétrica

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Uma das partes ruins de toda a tecnologia futurística apresentada na Feira deve ter sido o barulho. Segundo muitos relatos, havia um barulho ensurdecedor de máquinas na Feira de 1893. Aparentemente ninguém entendeu antes da abertura da Instalação Elétrica como tanto barulho poderia ser produzido quando todas as tecnologias eram mostradas em um espaço confinado. Durante horários de pico, muitas pessoas saíram depois de alguns minutos após encontrarem o barulho das máquinas. O barulho do futuro não era para todos.

As esteiras rolantes

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Recentemente passei meio ano observando o desenho animado Os Jetsons, que considero um dos programas de TV mais importantes do século XX por ser um marco cultural sobre o futuro. E a Feira Mundial de Chicago previu uma das criações que estariam na TV quase 70 anos depois.

Você deve lembrar que a família Jetson era meio preguiçosa. As máquinas faziam todo o trabalho para eles, e as calçadas se moviam em todos os lugares. Mas ao contrário do que pensam pessoas que cresceram assistindo Os Jetsons e as esteiras rolantes em lugares como aeroportos, essa promessa de futuro foi feita bem antes da existência do desenho animado. Esteiras rolantes fizeram sua estreia na Feira de 1893.

A ilustração acima veio de uma proposta de 1890 feita por Alfred Speer para uma calçada que se move. Ele patenteou a ideia duas décadas antes, mas o seu “pavimento móvel” não veria a luz do dia até Chicago abraçar a sua causa.

Uma edição de 1890 da Scientific American explicou como o sistema de Speer poderia funcionar:

Eles precisam ser feitos de diversos pequenos vagões encadeados. A primeira linha de correias precisa rodar a uma baixa velocidade, vamos dizer, 5km/h, e a partir deste cinturão de pavimento móvel, passageiros devem entrar sem dificuldade. A próxima parte pode ser mais veloz, 10km/h, mas a sua velocidade em relação à primeira parte é de 5km/h. Cada linha separada deve ter uma velocidade diferente em relação à adjacente; e, assim, o passageiro pode, ao trocar de uma plataforma para outra, aumentar ou diminuir a sua velocidade conforme ele quiser. Os assentos eram para ser colocados em pontos convenientes das plataformas de viagem.

Estranhamento, poucas fotografias das esteiras móveis de 1893 ainda existem. Abaixo a única foto que consegui. Infelizmente, nunca vi imagens com pessoas andando nelas.

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A Roda-Gigante e Midway

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Os 2,4km² da Feira eram para ser um ambiente “puro”. Um conselho de mulheres cujo trabalho era policiar moralmente e a “padrões decentes protestantes” na Feira ficou revoltado quando descobriu que elementos “impuros” – como dançarinas do ventre, atos de circo e passeios de parques de diversões – estavam pouco além do portão principal. Mas a verdade a “Midway”, como ficou conhecida a área com essas atrações, era onde os organizadores da Feira realmente faziam dinheiro. O mapa abaixo mostra onde ela estava posicionada: bem a oeste, quase literalmente no lado errado das coisas.

A Roda-Gigante fez a sua estreia na Midway em 1893. Era para rivalizar com a Torre Eiffel, que foi a peça principal da Exposição de Paris de 1889. Mas ela não tinha a mesma força. A roda-gigante original foi desmontada e enviada para a Feira Mundial de 1904 em St. Louis, e, depois disso, demolida em 1906.

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Direitos iguais para mulheres

Quando a feira abriu em 1893, direitos igualitários para mulheres era um sonho distante. As mulheres nos Estados Unidos não podiam votar e estavam relegadas às margens da vida pública. Mas os tempos estavam mudando lentamente. Mulheres importantes falaram na Feira sobre uma série de questões, incluindo o ícone dos direitos femininos, Susan B. Anthony, a defensora da reforma dos direitos trabalhistas Florence Kelley, e a abolicionista Julia Ward Howe.

Quando a Feira Mundial de Chicago foi financiada pelo Congresso, uma parte do dinheiro foi destinado para garantir que as mulheres fossem representadas. Como Susan Wels explica em seu artigo de 2003 sobre o papel das mulheres nas Feiras Mundiais de 1893 e 1915, a tecnologia futurista era vista como uma força libertadora para muitas mulheres americanas de classe média da época.

Ao autorizar e financiar o conselho feminino na Feira de Chicago, o Congresso estava de fato reconhecendo o crescimento organizado e influente do papel da mulher na sociedade americana. Novas tecnologias como encanamento doméstico, enlatamento, produção comercial de gelo e máquina de costura tinham libertado as mulheres de classe média de muitas tarefas domésticas, e mais e mais mulheres entravam em faculdades e no mercado de trabalho. Muitas, incluindo profissionais e mulheres de classe alta, estavam entrando em grupos de reforma social, e essas mulheres se organizaram para aumentar sua visibilidade e influência.

Foi durante uma série de artigos publicada pouco antes da Feira que a sufragista Mart E. Lease explicou como o futuro dos alimentos libertaria as mulheres do penoso trabalho de cozinha e limpeza. Escrevendo em um artigo que apareceu em jornais em todo o país, Lease falou o futuro da tecnologia como algo fantástico, com pílulas de refeição (ou “pequenos frascos”) que ajudariam a aliviar muitos problemas da mulher moderna:

A agricultura vai ser desenvolvida por eletricidade, a força motriz do futuro. A ciência vai criar a força da vida a partir da forma condensada de barro rico, ou de germes agora encontrados no coração do milho, ou o suco delicioso dos frutos. Um frasco pequeno dessa vida do seio fértil da Mãe Terra vai fornecer ao homem a subsistência para os dias, e, assim, os problemas de cozinhar serão resolvidos. O abate de animais, o apetite por carne que deixou o mundo fedendo a sangue e a humanidade bestializada, vai se tornar um dos horrores do passado. Abatedouros, açougues e gados serão convertidos em conservatórios e camas de flores.

Apesar da presença de mulheres importantes na Feira, ainda foram feitos alguns deslizes. O maior evento, realizado no dia 4 de julho de 1893, não teve discurso de nenhuma mulher. EM resposta, cinco mulheres da Associação Nacional do Sufrágio Feminino invadiram o programa do Dia da Independência e distribuíram cópias da Declaração dos Direitos Femininos para o responsável pelo evento. As mulheres só passaram a votar nos EUA quase três décadas depois com a ratificação da 19ª Emenda Constitucional de 1920.

O futurismo dos alimentos

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Algumas comidas que ainda são populares hoje em dia foram apresentadas na Exposição de 1893, incluindo alguns tipos de salgadinho, trigo desfiado e gomas de mascar. E mesmo que não tenha sido lançada na Feira, uma cerveja popular nos Estados Unidos atualmente mudou de nome graças ao evento.

De acordo com a Pabst, a cerveja mudou seu nome para Pabst Blue Ribbon após ser declarada a “Melhor Cerveja” da Feira de 1893. Por mais que isso seja verdade, a definição da melhor cerveja não rendeu a ela uma faixa azul.

Roupas cortadas por eletricidade

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Admito que existem dezenas de tecnologias, pessoas, ideias e alguns espetáculos gerais futuristas que foram apresentados na Feira e eu nem faço ideia. Algumas vezes vejo dicas de algumas coisas – como a placa “Roupas cortadas por eletricidade” na foto acima” e me pergunto o que isso deve significar. Como essas máquinas funcionavam? Como as pessoas reagiram quando viram pela primeira vez?

É por isso, amigos, que preciso de uma máquina do tempo. É ótimo ler sobre a Feira, olhar fotos, e assistir documentários – mas nada substitui a experiência de viver o momento. Uma foto não pode capturar o sentimento no ar, o cheiro das máquinas, a brisa do Lago Michigan, e o odor do corpo humano do século XIX. Quem diz que olhar fotos é como viajar no tempo está mentindo. Viagem no tempo é como viajar no tempo, e se você um dia encontrar algo parecido com a máquina do Doc Brown, por favor me avise. Nós podemos andar um pouco com Jesus, mas antes vamos pasar na Feira Mundial de Chicago de 1893.


Créditos das imagens

Capa de um livro, artista desconhecido. Cerca de 1893, escaneado do livro The White City: Chicago’s World’s Columbian Exposition of 1893 do Museu de História de Chicago

Grande Bacia da Feira de 1893 do Brooklyn Museum

21 de outubro, 1893 ingresso “Manhattan Day” escaneado da coleção do autor

“Chicago of To-day: The Metropolis of the West” escaneado do livro The White City: Chicago’s World’s Columbian Exposition of 1893 do Museu de História de Chicago

Fotrografia de 1893 da exposição de Nikola Tesla na Feira (Wikimedia Commons)

Templo Egípcio da Western Electric Company do Field Museum

Interior do templo, escaneado do The Chicago World’s Fair of 1893: A Photographic Record de Stanley Appelbaum

Telautógrafo, cerca de 1893 RedOrbit

Interior da Instalação Elétrica, escaneado do livro The Chicago World’s Fair of 1893: A Photographic Record de Stanley Appelbaum

Calçada móvel de Alfred Speed, do livro Victorian Inventions Leonard de Vries, 1971

Área com a calçada móvel na Feira de 1893 (Wikimedia Commons)

Pôster da Roda-Gigante, escaneada do livro The White City: Chicago’s World’s Columbian Exposition of 1893 do Museu de História de Chicago

Mapa da exposição, escaneada do livro The White City: Chicago’s World’s Columbian Exposition of 1893 do Museu de História de Chicago

Foto de uma fábrica abandonada da Pabst Brewery em Milwaukee, Wisconsin, tirada pelo autor em 2005

Grupo de mulheres na Feira, escaneado do livro The Chicago World’s Fair of 1893: A Photographic Record de Stanley Appelbaum

Instalação Elétrica do Brooklyn Museum

Josiah Willard Gibbs: o mais brilhante joão-ninguém.

Quem Foi?

Josiah Willard Gibbs: o mais brilhante joão-ninguém

Josiah Willard Gibbs revolucionou a física e antecipou trabalhos de Einstein. O problema é que ninguém ficou sabendo.

por Álvaro Oppermann

O cientista americano J. Willard Gibbs foi um dos sujeitos que, no século 19, assentou as bases da física moderna. Mas ninguém ouviu falar dele. Não é de estranhar: Gibbs talvez tenha sido o cientista mais tímido da história contemporânea. Quase nunca arredou pé do lugar em que nasceu, em 1839: morou a vida toda ao lado da Universidade Yale, em Connecticut, EUA, onde lecionava. Vivia a 3 quarteirões da universidade e, a não ser por uma temporada de estudos na Europa – Paris, Berlim e Heidelberg, entre 1866 e 1869 – não se sabe que tenha saído dessa pequena área.

Ao voltar da Europa, Gibbs assumiu a cadeira de física matemática em Yale. E começou a fazer uma descoberta atrás da outra. Entre 1876 e 1878, escreveu uma série de trabalhos geniais sobre termodinâmica, reunidos num volume de nome Sobre o Equilíbrio de Substâncias Heterogêneas. Mostrou que a entropia (a tendência de todas as coisas ao caos) podia ser descrita estatisticamente e aplicada a todas as coisas, de átomos a galáxias. E que, quando levada a um valor máximo, fazia o sistema voltar ao equilíbrio (como se um quarto, de tão bagunçado, voltasse a ficar em ordem). A descoberta era genial, mas o tímido Gibbs decidiu publicá-la numa revista editada pelo seu cunhado, um bibliotecário de Yale, desconhecida até mesmo em Connecticut. Ninguém leu, ninguém ficou sabendo. Quinze anos depois, essas mesmas descobertas seriam feitas por Max Planck, que mais tarde viria a se tornar o fundador da física quântica. Planck ficou estarrecido ao saber que algumas de suas primeiras descobertas haviam sido feitas originalmente pelo americano.

A timidez atrapalhava Gibbs até nas finanças. Nos primeiros 10 anos como professor, não recebeu salário nem reclamou – afinal, sua média de alunos por semestre era pouco superior a um. Solteirão, morava com a irmã e o cunhado e não fazia questão de muito dinheiro. Depois do trabalho sobre entropia, Gibbs inventou o cálculo vetorial (que usou para descrever a órbita de cometas). Em 1901, escreveu um trabalho sobre o comportamento de partículas atômicas. De novo, ninguém leu e, entre 1902 e 1904, as mesmas idéias seriam descobertas por Albert Einstein. Gibbs poderia ter ganhado o Nobel, mas morreu em 1903 quase desconhecido.

Grandes momentos

• Gibbs era de uma família de 7 gerações de eruditos americanos. Seu pai, teólogo em Yale, esteve envolvido no caso Amistad (que inspirou um filme de Steven Spielberg). Geniozinho precoce, J. Willard ganhou prêmios na juventude em matemática e latim.

• Em vida, 3 cientistas o entenderam, todos europeus: o escocês James Clerk Maxwell, o francês Henri Louis le Chatelier e o alemão Wilhelm Ostwald.

• Bill Bryson, autor de Uma Breve História de Quase Tudo, o descreveu como “o mais brilhante ilustre desconhecido da história”.

Listas de exercícios para alunos da ETEC Julio de Mesquita

Alunos do 2ºH, favor fazer download da lista sobre estequeometria, a lista de gases não é necessária.

Cinemática (Física) – 1º B – 2013 – com gabarito

Cinemática (Física) – 1º B – 2013 – entregar

Funções químicas – 2º D – 2013 – entregar

Estequeometria – 2º Anos – 2013 – entregar

Estequeometria – 2º Anos – 2013 – com gabarito

Equílibrio químico – 3º I – Com gab.

Equilíbrio químico – 3º I – 2013 – entregar

Transf. Gasosas – 2º Anos – 2013 – entregar

Transf. Gasosas – 2º Anos – 2013 – com gabarito

Termoquímica – QG – 3ºA – ETEC – 2013 – entregar

reações orgânicas – SICO II – 2ºA – ETEC – 2013 – entregar

Modelos atômicos – 1º anos- ETEC – 2013 – entregar

Modelos atômicos – 1º anos- ETEC – 2013 – com gabarito

Teletransporte vai continuar sendo ficção’, diz Nobel

REINALDO JOSÉ LOPES
COLABORAÇÃO PARA A FOLHA

Os ganhadores do Prêmio Nobel parecem ter descoberto o Brasil em 2013. Após um evento no fim de fevereiro que reuniu cinco deles na USP de São Carlos, mais três laureados estiveram no Rio nesta semana –entre eles o francês Serge Haroche, 68, em sua segunda visita ao país neste ano.

“No meu caso é coincidência, acho, mas não se pode negar que a ciência brasileira hoje está muito mais aberta à colaboração com o exterior e muito mais competitiva”, disse Haroche à Folha. O vencedor do Prêmio Nobel em Física do ano passado veio participar da reunião magna da Academia Brasileira de Ciências.

Nascido no Marrocos, Haroche construiu sua carreira científica na França, onde vive hoje. Sua especialidade é manipular e observar o comportamento de partículas de luz, os fótons, com a ajuda de átomos especialmente preparados. Isso permite entender os fenômenos bizarros que povoam o Universo na escala quântica, o mundo das partículas elementares, que às vezes parecem estar em dois lugares ao mesmo tempo ou desenvolver estranhas conexões à distância.

Em entrevista por telefone, ele disse que é impossível prever que tipo de tecnologia poderá surgir a partir do maior controle do misterioso mundo quântico, mas não se mostrou muito animado com a perspectiva de teletransportar pessoas.

“No fundo, o teletransporte quântico envolve apenas o transporte de um tipo muito específico e muito sutil de informação, que é a informação dos estados quânticos de uma partícula. Não é nem de longe uma passagem dimensional, está mais para um fax.”

Patrick Kovarik/AFP

O físico Serge Haroche, no Collège de France, em Paris

O físico Serge Haroche, no Collège de France, em Paris

Folha – Mesmo um ganhador do Nobel como o sr., o físico americano Richard Feynman, morto em 1988, costumava dizer que ninguém entende a mecânica quântica. Está ficando mais fácil entender a lógica desse domínio aparentemente maluco da física?
Serge Haroche – É verdade que a lógica do mundo quântico é muito diferente daquela que conseguimos estabelecer usando nossos próprios sentidos. Em grande parte isso acontece simplesmente porque o nosso organismo e o nosso cérebro evoluíram num ambiente no qual os fenômenos quânticos não são relevantes, o chamado mundo clássico.

É por isso que nós não conseguimos entender de maneira intuitiva o funcionamento dos processos quânticos, embora seja possível descrevê-los matematicamente com grande precisão.

No entanto, o que as últimas décadas trouxeram é uma capacidade de controle muito melhor dos fenômenos quânticos e da transição do ambiente quântico para o ambiente clássico, a chamada ‘decoerência’ [quando, por exemplo, as múltiplas e infinitas trajetórias possíveis de uma partícula no estado quântico são reduzidas a uma única trajetória pela ação de um observador]. É como se fosse um vazamento da informação quântica.

Hoje conseguimos controlar muito melhor essa transição. Mas, de fato, é algo extremamente contraintuitivo, embora seja possível dissecar o fenômeno intelectualmente.

Mas não é estranho que exista essa fronteira entre o quântico e o clássico? O Universo não deveria se comportar sempre segundo as mesmas leis, independentemente da escala?
O que nós estamos vendo é que essa fronteira não é muito clara. Trata-se, no fundo, de uma questão de tecnologia: até que ponto você é capaz de controlar seu ambiente para que a decoerência não aconteça, ou seja, que tamanho máximo o seu sistema pode ter e ainda assim se comportar de modo quântico. E há trabalhos muito bonitos sendo feitos nesse sentido, com grande número de elétrons, por exemplo, mostrando como é possível sobrepujar a decoerência. Tem havido muito progresso nessa área, embora seja cedo para dizer qual o limite desse controle.

O sonho de ficção científica ligado a esse tipo de pesquisa é o teletransporte quântico de objetos macroscópicos, como um carro ou uma pessoa…
E eu realmente acho que vai continuar sendo ficção científica, porque no fundo o teletransporte quântico envolve apenas o transporte de um tipo muito específico e muito sutil de informação, que é a informação dos estados quânticos de uma partícula. Não é nem de longe uma passagem dimensional, está mais para um fax.

E você, na verdade, destrói a informação original e cria uma cópia dela em outro lugar, então seria algo muito perigoso, poderia haver erros nesse processo…

Então o capitão Kirk, da série “Jornada nas Estrelas”, na qual o teletransporte é uma tecnologia corriqueira, é um sujeito ainda mais corajoso do que a gente imaginava?
Sim (risos). A verdade é que nós nunca sabemos qual será o resultado tecnológico da pesquisa básica, não dá para traçar uma linha direta entre o que fazemos hoje e o que teremos daqui a 50 anos ou cem anos quando pensamos em aplicações. O mais provável, e é possível ver isso numa série de áreas, é que as grandes inovações tecnológicas surjam a partir de vários campos diferentes da pesquisa básica, sendo que, no começo, nenhum deles parecia ter algo a ver com a tecnologia que apareceria mais tarde.

É o caso do laser, certo? Ninguém estava pensando em desenvolver um novo tipo de bisturi para cirurgias de miopia, as pessoas só estavam interessadas em entender as propriedades daquele tipo esquisito de luz.
E a mesma coisa aconteceu no caso da ressonância magnética, que só existe graças a duas pessoas [o americano Paul Lauterbur, morto em 2007, e o britânico Sir Peter Mansfield] que estavam trabalhando com ciência básica. Se você mostrasse a eles, na época, um aparelho de ressonância atual, seria algo completamente inesperado, porque criar o aparelho exigiria ter à mão computadores com capacidade de processamento rápido e uma série de outras coisas que só apareceriam bem mais tarde.

Isso vale também para o nosso trabalho. No curto prazo ele pode levar a relógios atômicos mais precisos e ao avanço da chamada comunicação quântica, na criptografia de dados sigilosos. Também se fala em computadores quânticos, mas não seria um simples computador de mesa, mas sim algo para simular esses processos quânticos complicados que temos dificuldade de entender totalmente hoje. Estaria mais para um simulador quântico, digamos, voltado para fins muito específicos.

Já é a segunda vez que o sr. visita o Brasil só neste ano. Há pouco tempo, o sr. esteve na USP de São Carlos com mais quatro ganhadores do Nobel, e agora outros dois vencedores do prêmio vieram. Há alguma coisa diferente acontecendo na ciência brasileira atual ou é só coincidência?
No meu caso é coincidência, acho, mas não se pode negar que a ciência brasileira hoje está muito mais aberta à colaboração com o exterior e muito mais competitiva. Isso vale tanto para a física que é feita em São Carlos quanto aqui no Rio de Janeiro, entre outros lugares.
A minha relação com o Brasil, na verdade, é bastante antiga, tem mais de 30 anos. Começou nos anos 1980, quando surgiram acordos de cooperação entre o CNRS [Centro Nacional de Pesquisa Científica, francês] e órgãos brasileiros. Foi quando comecei a colaborar, na área de óptica quântica, com gente como Luiz Davidovich e Moysés Nussenzveig [ambos físicos da UFRJ].

Tendo nascido no Marrocos, o sr. hoje tem contato com a ciência feita em países islâmicos? Apesar do estereótipo do fundamentalismo, a ciência tem avançado nesses lugares?
Eu deixei o Marrocos com 12 anos de idade e só voltei para lá no ano passado, curiosamente. Já tinha sido convidado para visitar o país antes, e é claro que, depois do Nobel, eles estavam com ainda mais vontade de me receber.

Fui para lá a convite da Academia Marroquina de Ciências e fui muito bem recebido. Devo dizer que eles fazem um bom trabalho teórico por lá, do mesmo nível do que é feito na França. O lado experimental é mais difícil para eles porque falta dinheiro. Nesse aspecto, é como se eles estivessem no estágio em que o Brasil estava 20 anos atrás –aqui o financiamento melhorou muito.

Acho importante apoiarmos a ciência em locais como o Marrocos, que está longe de ser fundamentalista e onde há esperança de que a ciência traga alguma estabilidade e progresso para uma região que ainda é frágil.

Lista de exercícios sobre hidrocarbonetos–2ºD–ETEC Júlio de Mesquita

Lista de Hidrocarbonetos
Exercícios de aplicação

1 (UEL) Quantos átomos de hidrogênio há na molécula do ciclobuteno?

a) 4

b) 5

c) 6

d) 7

e) 8

2 (UFMG) Com relação ao benzeno, a afirmativa FALSA é:

a) ele é insolúvel em água.

b) ele é um hidrocarboneto aromático.

c) ele sofre reação de combustão.

d) Suas moléculas são insaturadas.

e) suas moléculas têm carbonos tetraédricos.

3 (UFSCar) Considere as afirmações seguintes sobre hidrocarbonetos.

(I) Hidrocarbonetos são compostos orgânicos constituídos somente de carbono e hidrogênio.

(II) São chamados de alcenos somente os hidrocarbonetos insaturados de cadeia linear.

(III) Cicloalcanos são hidrocarbonetos alifáticos saturados de fórmula geral CnH2n.

(IV) São hidrocarbonetos aromáticos: bromobenzeno, p-nitrotolueno e naftaleno.

São corretas as afirmações:

a) I e III, apenas.

b) I, III e IV, apenas.

c) II e III, apenas.

d) III e IV, apenas.

e) I, II e IV, apenas.

Tarefa proposta
Tarefa fundamental

1) (Uel) Na estrutura do 1,3-pentadieno, o número de carbonos insaturados é:

a) 1

b) 2

c) 3

d) 4

e) 5

2) (Uel) Qual das fórmulas moleculares representa um ciclano?

a) C6H14

b) C6H12

c) C6H10

d) C6H8

e) C6H6

3) (PUC-MG) Os compostos isopentano, neopentano e isobutano apresentam o seguinte número de carbonos, respectivamente:

a) 5, 5, 4

b) 6, 6, 4

c) 5, 6, 4

d) 6, 4, 5

e) 6, 6, 5

4 (Mackenzie) Sobre a substância decano, é INCORRETO afirmar que:

Dado: C (Z = 6) e H (Z = 1)

a) o número de carbonos em sua estrutura é igual a dez.

b) é um alcano.

c) o número de hidrogênios em sua cadeia é igual a 22.

d) deve ter fórmula molecular C4H10.

e) apresenta somente ligações covalentes em sua estrutura.

5 (Mackenzie) Relativamente ao composto de fórmula H2C=CH-CH=CH2 é incorreto afirmar que:

a) é um hidrocarboneto.

b) possui dois carbonos secundários em sua estrutura.

c) é um alceno.

d) sua fórmula molecular é C4H6.

e) tem a mesma fórmula do ciclobuteno.

6 (Mackenzie) Relativamente ao composto de fórmula estrutural H3C-CH2-CH2-CH3, considere as afirmações:

I – é um alcano.

II – apresenta somente carbonos primários em sua estrutura.

III – apresenta cadeia normal.

IV – tem fórmula molecular C4H10.

São corretas somente:

a) I e II.

b) I e III.

c) II, III e IV.

d) I, III e IV.

e) I e IV.

Tarefa complementar

7 (UFSCar) A queima do eucalipto para produzir carvão pode liberar substâncias irritantes e cancerígenas, tais como benzoantracenos, benzofluorantracenos e dibenzoantracenos, que apresentam em suas estruturas anéis de benzeno condensados. O antraceno apresenta três anéis e tem fórmula molecular

a) C14H8

b) C14H10

c) C14H12

d) C18H12

e) C18H14

8 (Mackenzie)

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Sobre o limoneno, substância obtida do óleo de limão, representada acima, é INCORRETO afirmar que:

a) apresenta uma cadeia cíclica e ramificada.

b) apresenta duas ligações covalentes pi.

c) apresenta um carbono quaternário.

d) sua fórmula molecular é C10H16.

e) apresenta três carbonos terciários.

9 (FGV) A destilação de hulha produz uma série de compostos, um dos quais é um hidrocarboneto de massa molar 78g/mol. Considerando-se que as massas molares do carbono, hidrogênio e oxigênio são, respectivamente, 12,1 e 16g/mol, concluímos que esse hidrocarboneto é:

a) hexeno

b) benzeno

c) pentano

d) ciclopentano

e) hexano

10 (PUC-MG) O benzopireno é um composto aromático formado na combustão da hulha e do fumo. Pode ser encontrado em carnes grelhadas, em carvão ou peças defumadas. Experiências em animais comprovaram sua potente ação cancerígena. Apresenta a seguinte fórmula estrutural:

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Sua fórmula molecular é:

a) C22H14

b) C20H20

c) C22H18

d) C20H14

e) C20H12

11 (UF-Fluminense) Tem-se uma amostra gasosa formada por um dos seguintes compostos:

CH4; C2H4; C2H6; C3H6 ou C3H8

Se 22g dessa amostra ocupam o volume de 24,6L à pressão de 0,5 atm e temperatura de 27°C (dado R = 0,082L.atm°K­1mol­1), conclui-se que se trata do gás:

Dados: Massas molares (g/mol): C = 12; H = 1

a) etano

b) metano

c) propano

d) propeno

e) eteno


Exercícios de aplicação

1 (PUC-PR) O composto:

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apresenta, como nomenclatura oficial, o seguinte nome:

a) 1,2,2,3,4-pentametil-2-fenil-butano.

b) 2,3,4,4-tetrametil-3-fenil-pentano.

c) 2,2,3,4-tetrametil-3-fenil-pentano.

d) 2,2,3-trimetil-3-etil-octano.

e) 2,2-dimetil-3-isopropil-3-fenil-butano.

2 (UFLA) De acordo com a IUPAC, o nome CORRETO do “Isopreno”, o monômero básico dos polímeros, é

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a) 4-metil-1,3-butadieno

b) 2-metileno-1,3-butadieno

c) 4-vinil-1-penteno

d) 2-metil-1,3-butadieno

e) 2-metil-1,3-pentadieno

3 (Mackenzie) Na substância trimetil-benzeno, o anel benzênico é ramificado por radicais:

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Tarefa proposta
Tarefa fundamental

1 (UF-Fluminense) Analise a estrutura seguinte e considere as regras de nomenclatura da IUPAC.

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Assinale a opção que indica as cadeias laterais ligadas, respectivamente, aos carbonos de números 4 e 5 da cadeia hidrocarbônica principal.

a) propil e isobutil

b) metil e isobutil

c) terc-pentil e terc-butil

d) propil e terc-pentil

e) metil e propil

2 (PUC-MG) A essência de morango tem fórmula:

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Os radicais ligados ao grupo funcional do composto são:

a) etil e butil

b) metil e isobutil

c) metil e sec-butil

d) etil e isobutil

e) metil e terc-butil

3 (Mackenzie) Dentre os diversos componentes da gasolina, encontra-se o isoctano, também chamado de 2,2,4 – trimetilpentano, que:

a) apresenta dois carbonos secundários em sua estrutura.

b) é isômero de cadeia do 3,4 – dimetilhexano.

c) por combustão total, forma unicamente gás carbônico.

d) é um hidrocarboneto alquênico.

e) possui cadeia carbônica alifática, saturada e normal.

4 (Cesgranrio) Assinale a única afirmativa correta, com relação ao composto que apresenta a estrutura a seguir:

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O composto:

a) é um alqueno;

b) apresenta um radical n-propila ligado ao carbono 4;

c) apresenta 2 radicais propila;

d) apresenta 3 radicais etila;

e) apresenta 2 radicais etila.

5 (UEL) Um dos hidrocarbonetos de fórmula C5H12 pode ter cadeia carbônica

a) cíclica saturada.

b) acíclica heterogênea.

c) cíclica ramificada.

d) aberta insaturada.

e) aberta ramificada.

Tarefa complementar

6 (UEL) A união dos radicais metil e n-propil dá origem ao

a) butano

b) metil propano

c) pentano

d) dimetil propano

e) metil butano

7 (UEL) A fórmula molecular do 2,3 – dimetil butano, é

a) C6H14

b) C6H12

c) C6H10

d) C4H10

e) C4H8

8 (Cesgranrio) A qualidade uma gasolina pode ser expressa pelo seu índice de octanagem. Uma gasolina de octanagem 80 significa que ela se comporta, no motor, como uma mistura contendo 80% de isooctano e 20% de heptano. Observe a estrutura do isooctano:

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De acordo com a nomenclatura IUPAC, esse hidrocarboneto é o:

a) iso – propil – pentano.

b) n – propil – pentano.

c) 2,4,4 – trimetil – pentano.

d) 2,2,4 – trimetil – pentano.

e) trimetil – isopentano.

9 (Vunesp) A gasolina contém 2,2,4-trimetilpentano. Escreva sua fórmula estrutural.

Hidrocarbonetos–2ºD Integrado de Nutrição–ETEC Júlio de Mesquita

Resumo sobre funções inorgânicas–2º H–ETEC Júlio de Mesquita.

FUNÇÕES QUÍMICAS INORGÂNICAS

Todas as substâncias e compostos existentes no chamado “Reino Mineral” podem ser agrupados em quatro grupos, conforme determinadas substâncias que apresentem propriedades em comum. Como exemplo, podemos usar as frutas, separando-as em dois grupos:

  • A – laranja, abacaxi, morango, limão, e tangerina
  • B – cajú, mamão, caqui, goiaba e manga.

Para caracterizar melhor, imagine o sabor destas frutas verdes… A característica do grupo A é que são azedas ou ácidas. As do grupo B “amarram” na boca, ou seja, tem sabor adstringente. Se forem misturadas as frutas do grupo A o sabor será reforçado. Porém, se misturarmos o grupo A com o B, surgem novos sabores, a acidez é atenuada, neutralizada.

O sabor azedo é uma característica das substâncias ácidas. Isso vale tanto para as frutas como para outros compostos químicos. Deve existir alguma parte comum nas moléculas de algumas substâncias destas frutas. Conceituamos função química como o conjunto de substâncias que possuem propriedades comuns. Estas propriedades devem-se a grupos de átomos comuns. Existem quatro funções: óxidos, bases, ácidos e sais, . O esquema abaixo mostra a relação entre estes grupos:

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Seria bom se você fizesse uma pequena revisão do que é uma ligação química antes de continuar!

FUNÇÃO QUÍMICA ÓXIDO

Os óxidos são compostos cuja molécula é formada pelo oxigênio e outro elemento químico qualquer (composto binário). Este outro elemento pode ser um metal, um não metal ou um semi metal.

Óxidos metálicos

São os óxidos onde o elemento diferente do oxigênio é um metal. Neste caso o composto é iônico. O ânion O2- chama-se óxido e o nome do composto será:

óxido de nome do elemento (valência) .

Exemplos:

Na1+ O2- ficará Na2O ou óxido de sódio Co2+ O2- ficará CoO ou óxido de cobalto II (deve ser indicado pois também tem cobalto III).

Pb4+ O2- ficará PbO2 ou óxido de chumbo IV (para não confundir com chumbo II = Pb2+)

 

Al2O3 Um truque prático: quando as valências forem diferentes, use-as como índices dos átomos:

O óxido de alumínio deverá ter vários átomos deste metal e do oxigênio em quantidades tais que a molécula, no seu total, tenha cargas elétricas positivas e negativas iguais (todos os átomos fazem todas suas ligações).

Alguns metais possuem duas ou mais valências diferentes. Neste caso damos um “sobrenome” em algarismo romano o metal, indicando sua valência:

· FeO onde Fe2+ O2- óxido de ferro II

· Fe2O3 onde Fe23+ O32- óxido de ferro III

· PbO onde Pb2+ O2- óxido de chumbo II

· PbO2 onde Pb4+ O22- óxido de chumbo IV

Óxidos não metálicos

São aqueles que apresentam elementos não metálicos ligados ao oxigênio. Os elementos não metálicos não perdem elétrons, portanto não existem cargas elétricas positivas (+) e negativas (-). A união entre os átomos ocorre por entrelaçamento de elétrons (pares eletrônicos). Representamos através de um “tracinho” (-) para cada par eletrônico. Alguns elementos podem “emprestar” pares eletrônicos ao oxigênio, os quais representamos por uma pequena seta (à): clip_image003 clip_image005

Podemos ainda supor que existe uma “valência positiva” para os elementos não metálicos. Esta “valência” será chamada de Número de Oxidação (Nox), de forma que poderemos fazer as fórmulas químicas dos óxidos não metálicos com a mesma facilidade que os metálicos. Estes Nox constam em tabelas químicas.

Exemplos de Nox: S2+, S4+, S6+,N3+, N5+.

O nome destes óxidos será dado da mesma maneira que os óxidos metálicos. Ou pode-se ainda indicar o número de elementos pelos prefixos nomo (=1), di(=2), tri (=3), tetra (=4), etc.

S2+ O2- fica SO ou óxido de enxofre II ou monóxido de enxofre
S4+ O2- fica SO2 ou óxido de enxofre IV ou monóxido de enxofre
S6+ O2- fica SO3 ou óxido de enxofre VI o u trióxido de enxofre
N3+ O2- fica N2O3 ou óxido de nitrogênio III, ou trióxido de dinitrogênio.
N5+ O2- fica N2O5 ou óxido de nitrogênio V, ou pentóxido de dinitrogênio.

Reatividade com a água

Óxidos não metálicos podem reagir com a água produzindo ácidos:

H2O + SO3 à H2SO4
H2O + N2O5 à 2 HNO3
São chamados “óxidos ácidos”.

Óxidos metálicos podem reagir com água formando bases:

H2O + Na2O à 2 HaOH
H2O + CaO à Ca(OH)2
São chamados “oxidos básicos”.

Alguns óxidos podem reagir com água e formar tanto ácidos como bases:

H2O + ZnO à Zn(OH)2
H2O + ZnO à H2ZnO2
São chamados “oxidos anfóteros”.

Existem óxidos que não reagem com a água, como CO (monóxido de carbono), SiO2 (dióxido de silício) ou Cr2O3 (óxido de cromo 3). São chamados “óxidos neutros”.

FUNÇÃO QUÍMICA BASE OU HIDRÓXIDO

Bases ou hidróxidos são compostos cujo ânion é somente a hidroxila (OH)-.
O cátion dever ser um metal de valência positiva. Devem ser colocadas tantas hidroxilas quanto forem as valências do cátion. Consulte a tabela de cátions para saber suas valências.

O nome de uma base será…..     hidróxido de nome do metal (valência)

Exemplos:

Mg(OH)2

= hidróxido de cálcio, o nosso “Leite de Magnésia”

Ag(OH)

= hidróxido de prata

Cr(OH)2

= hidróxido de cromo II ou hidróxido cromoso

Cr(OH)3

= hidróxido de cromo III ou hidróxido crômico

Pb(OH)4

= hidróxido de chumbo IV ou hidróxido plúmbico

Observe que se o metal possui duas valências diferentes ela deve ser mencionada em algarismos romanos junto ao nome do metal. Podemos ainda dar o sufixo ico para a maior valência e oso para a menor.

Solubilidade

As bases ou hidróxidos dos metais alcalino (família 1A da Tabela Periódica)são solúveis. Os elementos da família dos metais alcalino-terrosos (família 2A) formam compostos parcialmente solúveis. As demais bases são insolúveis.

FUNÇÃO QUÍMICA ÁCIDO

Ácidos são compostos onde o único tipo de cátion é o hidrogênio H+, um elemento não metálico. Como exemplo tem-se

  • o ácido clorídrico, ou HCl, presente no processo de digestão em nosso estômago
  • o ácido sulfúrico, ou H2SO4, existente nas baterias de automóveis
  • o ácido acético ou etanóico, ou H(CH3COO), existente no vinagre

O ânion pode ser um elementos não metálico ou um radical (conjunto de átomos, geralmente não metálicos). Estes ânions são encontrados em tabelas, juntamente com seus nomes. O sufixo do nome deve ser alterado para dar origem ao nome do ácido correspondente. Consulte a tabela de ânions para saber quais são.

De um modo geral, a fórmula química de um ácido é     Hx(ânion)      onde x é a valência do ânion: (ânion)x-.

O nome dos ácidos, de forma geral, será:     ácido nome do ânion (ico, oso ou ídrico)

Para dar o nome ao ácido, fazemos uma pequena alteração no sufixo do nome do ânion:

…ato passa a ser …ico

…ito passa a ser …oso

…eto passa a ser ídrico

Vejamos alguns exemplo:

ao ânion borato (BO3)3- adicionam-se 3 cátions hidrogênios H+, ficando H3+(BO3)3- ou H3BO3 o nome borato altera-se para bórico: ácido bórico ao ânion hipoclorito (ClO)- adiciona-se um cátion hidrogênio H+, ficando H+ (ClO)- ou HClO o nome hipoclorito altera-se para hipocloroso: ácido Hipocloroso H41+(SiO4) 4- do ânion silicato ficará com o nome ácido silícico: H4 SiO4 H21+(SnO2) 2- do ânion estanito ficará com o nome ácido estanoso: H2 SnO2

H1+(CN)1- do ânion cianeto ficará com o nome ácido cianídrico: H CN

Os ânions derivados do fósforo terão o acréscimo de uma sílaba (or): fosfato = fosfórico, fosfito = fosforoso
Os ânions do enxofre (sulfur) terão a sílaba ur: sulfato = sulfúrico, hipossulfito = hipossulfuroso.

Coeficiente de Ionização

Inicialmente a ligação entre o hidrogênio e o restante do ânion é feita por ligação covalente (reveja os conceitos). Porém, quando o ácido é misturado com água, esta provoca a ionização desta ligação, de modo que o hidrogênio torna-se cátion (H1+).

Nem todas as moléculas são ionizadas, mas apenas uma parte (ou porcentagem) que depende do tipo do ácido, das proporções de água e da temperatura.

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Esta porcentagem ionizada é o coeficiente de ionização do ácido e designada por a (alfa). Por exemplo:

· ácido sulfúrico: a = 0,68 ou 68%

· ácido clorídrico: a = 0,95 ou 95%

A “atividade química” de um ácido depende da sua capacidade de ionização e a chamamos de “força” do ácido. De um modo geral classificamos os ácidos em fracos, moderados e fortes:

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No caso dos oxiácidos (aqueles que possuem oxigênio) podemos considerar que a “força” depende da diferença entre o número de átomos de oxigênio e de hidrogênio:

ácidos fracos: diferença menor que 1 como o H2SnO2 ou o H3SbO3
ácidos moderados: diferença de 1 como o H3PO4 ou o HClO2
ácidos fortes: diferença de 2 como o H2SO4 ou o HBrO3
ácidos muito fortes: diferença maior que 2 como o HClO4 ou o H4P2O7

Volatilidade

Outra propriedade química importante dos ácidos é no que se refere a sua volatilidade, ou seja, a capacidade de passar ao estado gasoso (evaporar). Em temperatura ambiente podemos dizer que os ácidos são em geral fixos, isto é, não evaporam facilmente.

Como excessões a esta regra temos os seguintes ácidos, considerados voláteis: fluorídrico, clorídrico, bromídrico, iodídrico, cianídrico, sulfídrico, cianidrico, nitroso, nítrico, acético e fórmico. Você pode consultar esta volatilidade nas tabelas de química.

FUNÇÃO QUÍMICA SAL

Os sais são compostos químicos que não se enquadram nas composições dos óxidos, das bases ou dos ácidos. Eles não são compostos binários do oxigênio, possuem um cátion diferente de H+ e um ânion diferente da hidroxila (OH)-.

Como exemplos tem-se o

· sal comum de cozinha, o cloreto de sódio, de composição NaCl

· bicarbonato de sódio, ou NaHCO3

· gesso, de composição CaSO4 e denominado sulfato de cácio.

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A fórmula química geral de um sal é dada por   (cátion metálico) a (ânion) b , onde a, b são os índices dos átomos presentes.

Os índices dependem das valências dos cátions e ânions, de forma que a carga iônica total positiva seja igual a carga iônica total negativa:

Na1+Cl1-(1-)

onde (1+) + (1-)

 

 

Na1+H1+(CO3)2-  

onde (1+) + (1+) + (2-)

 

 

Ca2+(SO4)2-  

onde (2+) + (2-)

 

 

Al23+ (CO3)32-

onde 2·(3+) + 3·(2+) ou (6+) +(6-)

 

 

nitrato de alumínio     Al3+ (NO3)1-     faltam cargas-
portanto serão necessários três ânions nitrato: Al3+ (NO3)31-     onde (3+) + 3 · (1-)

   
A soma das cargas = zero          

Os nomes dos sais são determinados pelos nomes dos ânions:     ânion de cátion.

Exemplos:

Al(PO4) ou fosfato de alumínio Ca (HPO3) ou fosfito de cálciosulfato de sódio Na1+(SO4)2-    faltam cargas +, portanto serão necessários dois átomos de sódio:   Na21+ (SO4)2- onde 2 · (1+) « (2-) silicato de bário Ba2+ (SiO4)4-    faltam cargas+,portanto serão necessários dois átomos de bário: Ba22+ (SiO4)4- onde

2 · (2+) «(4-)

Quando o cátion tiver duas ou mais valências, devemos indicá-la em algarismos romanos junto ao nome do metal:

Fe Cl2, onde Fe2+ Cl21- , o nome será cloreto de ferro II.
Fe Cl3, onde Fe3+ Cl31- , o nome será cloreto de ferro III.

Solubilidade

Uma das propriedades mais importantes dos sais refere-se a sua solubilidade, ou seja, sua capacidade de dissolver-se em água (ou outro solvente qualquer). Estes assunto pode ser explorado melhor nas apostilas de “Misturas” e de “Soluções“.

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Como regra geral podemos simplificar a solubilidade dos sais de acordo com os ânions, conforme a tabela ao lado.

Por exemplo: o gesso, ou sulfato de cálcio, é insolúvel.

Pela tabela podemos verificar que os sulfatos são compostos geralmente solúveis em água, com algumas excessões, como os metais alcalino terrosos (família 2A), do qual o cálcio faz parte;

o sal comum, ou cloreto de sódio, é solúvel pois os cloretos são solúveis, assim como os compostos dos metais alcalinos, como o sódio.

Como teste, verifique se os sais dos exercícios anteriores são solúveis ou não.

RESUMINDO AS FUNÇÕES

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Formulação e Nomenclatura dos compostos

C+y Ax- Þ CxAy

(nome do ânion) de (nome do cátion)

Tabela de Cátions

Os cátions em destaque são os mais estáveis.

Monovalentes

Bivalentes

Trivalentes

Tetravalentes

Li+

Na+

K+

Rb+

Cs+

NH+4

Ag+

Cu+

Hg+ (Hg2+2) Mercuroso

Au+ Auroso

H+

Mg2+

Ca2+

Sr2+

Ba2+

Zn2+

Cd2+

Cu2+ Cúprico

Hg2+ Mercúrico

Fe2+ Ferroso

Co2+ Cobaltoso

Ni2+ Niqueloso

Sn2+ Estanoso

Pb2+ Plumboso

Al3+

Bi3+

Cr3+

Au3+ Áurico

Fe3+ Férrico

Co3+ Cobáltico

Ni3+ Niquélico

Sn4+ Estânico

Pb4+ Plúmbico

Mn4+ Mangânico

Pt4+ Platínico

Tabela de Ânions

Dos Halogênios
Do Nitrogênio

F- Fluoreto

Cl- Cloreto

Br- Brometo

I- Iodeto

ClO- Hipoclorito

ClO-2 Clorito

ClO-3 Clorato

ClO-4 Perclorato

NO-2 Nitrito

NO-3 Nitrato

Do Carbono
Do Enxofre

CN- Cianeto

CON- Cianato

CNS- Tiocianato

C2H3O-2 Acetato

CO2-3 Carbonato

C2O2-4 Oxalato

[Fe(CN)6]3- Ferricianeto

[Fe(CN)6]4- Ferrocianeto

S2- Sulfeto

SO2-4 Sulfato

SO2-3 Sulfito

S2O2-3 Tiossulfato

S2O2-8 Persulfato

Do Fósforo
Outros

HPO2-3 Fosfito

PO3-4 (Orto)fosfato

P2O4-7 Pirofosfato

OH- Hidróxido

H- Hidreto

O2- Óxido

MnO-4 Permanganato

SiO2-3 (Meta)silicato

CrO2-4 Cromato

Cr2O2-7 Dicromato

AsO3-3 Arsenito

AsO3-4 Arsenato

SbO3-3 Antimonito

SbO3-4 Antimonato

BO3-3 Borato

SnO2-3 Estanato

SnO2-2 Estanito

AlO-2 Aluminato

PbO2-2 Plumbito

ZnO2-2 Zincato

EXERCÍCIOS DE NOMENCLATURA

1) Escreva a fórmula dos seguintes compostos : 

a)      fluoreto de sódio

b)      cloreto de potássio

c)       iodeto de sódio

d)       hipoclorito de potássio

e)       iodeto de césio

f)       nitrito de lítio

g)       nitrato de cálcio

h)       permanganato de potássio

i)       acetato cuproso

j)       iodeto de amônio

k)       óxido de bário

l)       peróxido de sódio

m)     peróxido de bário

n)       fosfato de zinco

o)      sulfato de magnésio

p)      ferricianeto de alumínio

q)      borato de bismuto

r)       ferrocianeto plúmbico

s)       cromato de amônio

t)       dicromato cuproso

u)      hidreto de sódio

v)     carbonato de lítio

w)     sulfeto de césio

x)     carbonato de potássio

y)     nitrito ferroso

z)    nitrato niqueloso

2) Observe as moléculas representadas abaixo e identifique a qual dos grupos funcionais ela pertence:

a)HClO2
b)H3PO4
c)Al(OH)3
d) Al2O3

e)Al(ClO2)3
f)P2O3
g)HAlO2
h) NaOH

i)NaPO3
j)Na2O
l)CO2
m) Fe(OH)2

Os compostos abaixo resolvem as questões 2, 3, 4 e 5:

I.

Cl2O7

 

V.

Al(ClO2)3

 

IX

N2O5

II.

H3PO4

 

VI.

P2O3

 

X.

K2O

               

III.

Al(OH)3

 

VII.

HAlO2

 

XI.

CO2

IV.

Cr2O3

 

VIII.

NaOH

 

XII.

Fe(OH)2

3) Usando os compostos acima,

a) Identifique os óxidos entre os vários compostos citados, classificando-os como metálico ou não.
b) Identifique as valências (ou Nox) dos elementos que fazem parte destes óxidos, representando-as simbolicamente.
c) Dê os nomes dos óxidos identificados.

4) Usando os compostos acima,

a) Identifique os hidróxidos entre os vários compostos citados.
b) Identifique as valências (ou Nox) dos metais que fazem parte destes hidróxidos, representando-as simbolicamente.
c) Dê os nomes dos hidróxidos identificados.

5) Usando os compostos acima,

a) Identifique os ácidos entre os vários compostos citados.
b) Identifique as valências dos ânions que fazem parte destes ácidos.
c) Dê os nomes dos ácidos identificados.

6) Usando os compostos acima,

a) Identifique os sais entre os vários compostos citados.
b) Identifique as valências dos ânions que fazem parte destes sais.
c) Dê os nomes dos sais identificados.

7) Procure, na tabela de ânions,

a) o ânion silicato
b) um ânion que tenha antimônio (Sb)
c) um âniom sem oxigênio e faça as fórmulas e nomes de sais com o cátion Mg2+.

Respostas:

1)ácidos: a, b, g; bases: c, h, m; sais: e, i; óxidos: d, f, j, l
2)metálicos: IV-X; não metálicos: I-VI-IX-XI; b)Cl7+, Cr3+, P3+, N5+, K1+, C4+; c)I-óxido de cloro VII; IV-óxido de cromo III; VI-óxido de fósforo III; óxido de nitrogênio V; X-óxido de potássio; XI-óxido de carbono IV
3a)III-VIII-XII; 3b)Al3+, Na1+, Fe2+; 3c)hidróxido de alumínio; hidróxido de sódio, hidróxido de ferro II ou hidróxido ferroso
4a)II-VII; 4b)(PO4)3-, (AlO1)-; 4c)ácido fosfórico, ácido alumínico
5a)V; 5b)Al3+ e (ClO2)-; 5c)clorito de alumínio
6a) (SiO4)4-; 6b) (SbO3)2 = antimonito de magnésio ou (SbO4)2 = antimonato; 6c)Livre escolha..

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