A Medida da Temperatura

Os instrumentos que medem temperatura são chamados termômetros.Eles medem o grau de agitação térmica das partículas de um corpo.

Sensação térmica:Colocando a mão sobre um corpo temos sensações térmicas e expressamos essas sensações utilizando palavras como quente, gelado, morno ou frio, por exemplo. Mas os sensores térmicos que temos na pele não permitem dizer a que temperatura estão os corpos. Além disso, cada pessoa tem sensações térmicas diferentes e, para a mesma pessoa, as sensações térmicas podem até ser enganosas. Para saber, maneira precisa, a temperatura de um corpo, foi necessário criar instrumentos chamados termômetros.

Termômetros:Em geral, quando a temperatura de um corpo varia, ocorrem também outras variações. Por exemplo, na maioria dos casos, o volume de um corpo aumenta quando sua temperatura aumenta e diminui quando sua temperatura diminui. No primeiro caso, dizemos que o corpo sofre expansão térmica e, no segundo, que sofre contração térmica. Para cada variação de temperatura há uma variação de volume. O funcionamento dos termômetros tem, por base, mudanças que ocorrem nas propriedades dos materiais, quando sua temperatura sofre variações. Nos termômetros mais utilizados, a temperatura é medida pela dilatação de líquidos, geralmente o mércurio ou o álcool.

O termômetro de mercúrio:O termômetro de mercúrio é, em geral, utilizado para medir a temperatura do nosso corpo ou do ambiente e a temperatura de substâncias em laboratórios. É formado por um tubo fino de vidro, chamado capilar. A extremidade inferior do capilar é larga e forma um recipiente chamado bulbo, que contém o mercúrio. Mede-se a temperatura colocando o corpo em contato com o termômetro e espera-se algum tempo para que o corpo e o termômetro entrem em equilíbrio térmico. Se o corpo está mais quente que o termômetro, cede calor ao vidro e ao mercúrio e este se dilata, subindo pelo capilar. Se o corpo está frio, é o termômetro que cede calor ao corpo e, então, o mercúrio se contrai e desce no capilar. Quando o corpo e o termômetro entram em equilíbrio térmico, ficam à mesma temperatura. A altura do mercúrio no capilar é diretamente propocional à temperatura do corpo; por isso essa altura deve estar associada a uma escala de temperatura.

Os pontos fixos:As temperaturas de fusão e de ebulição das substâncias puras permanecem constantes enquanto tais substâncias mudam de estado. Por exemplo. enquanto uma certa quantidade de água pura está em ebulição, sua temperatura permanece a mesma. Assim, as temperaturas de fusão e de ebulição são chamados pontos fixos e seus valores são definidos na graduação de escalas de temperatura.

A escala Celsius:um astrônomo, de origem sueca, chamado Anders Celsius (1701-1744) criou uma escala de temperatura de fusão do gelo e a temperatura de ebulição da água ao nível do mar, e atribuindo a essas temperaturas os valores 0 e 100, respectivamente. Essa escala é chamada escala Celsius de temperatura. Para criar a escala, Celsius marcou a altura alcançada pelo mercúrio em cada um dos pontos fixos e dividiu a distância entre as duas marcas (0 °C e 100 °C ) em 100 partes iguais. Cada divisão representa a variação de temperatura de um grau Celsius ( 1°C ). Existem escalas de temperatura em que os valores dos pontos fixos não são 0 e 100. Na escala Fahrenheit, por exemplo, aos pontos fixos foram atribuídos os valores de temperatura 32 e 212; além disso, a distância entre os dois valores foi dividida em 180 partes iguais; cada parte corresponde a 1°F.

O termômetro clínico:A temperatura do corpo humano é praticamente constante, mantendo-se em torno de 37°C. Essa temperatura pode se elevar devido a causas orgânicas, na situação que chamamos febre. Para saber qual é a temperatura do corpo, utiliza-se um tipo de termômetros chamado termômetro clínico. A escala vai de 35 °C a 42 °C. Tal escala corresponde ao intervalo de variação da temperatura corporal, e cada grau está subdividido em 10 partes iguais, o que permite medir alterações de temperatura muito pequenas, de 0,1 °C. Junto do bulbo, o capilar é mais estreito; com isso o mercúrio não desce quando afastamos o termômetro do corpo.

Autor: Alex Sandro

Temperatura e Calor

Pode-se definir como temperatura a medida da energia cinética das partículas de um corpo. Além dessa definição, pode-se afirmar que temperatura é a grandeza escalar que determinará se um corpo está "quente" ou "frio". O calor pode ser definido como sendo a energia térmica em movimento, que se transfere de um corpo a outro unicamente pela diferença de temperatura entre esses corpos. Embora sejam grandezas muito relacionadas, calor e temperatura não são sinônimos. São palavras que devem ser utilizadas com significativa distinção. Por exemplo, não dizemos que um corpo quente tem calor; dizemos que ele se encontra a uma determinada temperatura.

A temperatura de um corpo está relacionada com o movimento dos átomos, das moléculas ou dos íons que o constituem. Este movimento pode ser denominado agitação térmica. Devido a esse movimento os corpos possuem energia térmica. A temperatura de um corpo é a medida da intensidade da agitação térmica de sua partículas. Quanto maior a velocidade de suas partículas, maior a temperatura do corpo. Por exemplo, quando a água é aquecida, o movimento de suas partículas torna-se mais intenso, por isso sua temperatura aumenta. Se a água é colocada no refrigerador, a agitação térmica de suas partículas diminui e, por consequência, sua temperatura diminui.

O calor é simplesmente a energia térmica em movimento, isto é, em dinâmica; o calor é a energia térmica em transferência entre os corpos. O calor sempre transfere-se de um corpo mais quente para um corpo mais frio. Por exemplo: em dias nublados com a temperatura baixa, sentimos mais frio porque o calor do nosso corpo é transferido para o ambiente (que está mais frio).

Quando dois corpos que estão em contato têm a mesma temperatura, estão em equilíbrio térmico. Como o calor é uma forma de energia, sua unidade no Sistema Internacional de Medidas (S.I.) pode ser o Joule (J), que é a unidade de energia. Todavia, para o calor, utiliza-se uma unidade mais típica: a caloria (cal), ou um de seus múltiplos, como a quilocaloria (kcal). A relação entre caloria e Joule é: 1 cal = 4,186 J.

Quando estuda-se sobre calor, tem-se que aprender outras grandezas relacionadas com ele. Um exemplo disso é a chamada capacidade térmica e o calor específico. A capacidade térmica pode ser entendida como sendo a quantidade de calor que um corpo absorve, produzindo uma certa variação de temperatura. Matematicamente, define-se: quando um corpo absorve uma quantidade de calor dQ, produzindo uma variação de temperatura dt, sua capacidade térmica C será C = dQ/dt. Quanto maior for a capacidade térmica de um corpo, maior será a quantidade de calor que devemos fornecer a ele para provocar uma determinada elevação em sua temperatura. A unidade de capacidade térmica no S.I. é o J/ °C. O calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para aumentar (ou diminuir) em uma dada temperatura uma dada quantidade de massa de uma substância. Matematicamente, define-se: se um corpo de massa m tem uma capacidade térmica C, o calor específico, c, do material que constitui o corpo é dado por c = C/m. A unidade de calor específico é a cal/g . °C.

Autor: Eliakim Ferreira Oliveira.

Transformação de Energia

A energia não pode ser criada, muito menos destruída; ela apenas pode ser transformada em outra forma de energia. Conclui-se, pois, que toda forma de energia provém de alguma outra forma de energia. Existe, então, o que podemos chamar de cadeia de energia. Todavia, podemos afirmar que quase toda forma de energia que conhecemos, direta ou indiretamente, têm origem na energia solar. A energia armazenada nas moléculas que formam o petróleo é de origem solar. Na combustão da gasolina e de outros derivados do petróleo, essa energia é liberada na forma de energia térmica, que será transformada em energia cinética de movimento ou em energia elétrica.

A água e os diferentes sais e rochas absorvem quantidades diferentes de energia solar; por isso o aquecimento da superfície terrestre não é o mesmo em todos os pontos da Terra. As diferenças de temperatura produzem o deslocamento de massas de ar, ou seja, os ventos. A energia dos ventos, também chamada de energia eólica, pode ser transmitida para as pás de uma turbina (chamada turbina eólica) e posteriormente ser convertida em energia elétrica.

Deve-se ao célebre inventor norte-americano Thomas Alva Edison (1847-1931) (retratado na fotografia acima) o projeto das primeiras instalações elétricas para a produção de energia elétrica. Essas instalações foram as primeiras usinas termoéletricas, que transformavam a energia térmica da combustão do carvão e do petróleo em energia elétrica. Nas primeiras décadas do século XX foram construídas as primeiras usinas hidroelétricas, em que a energia cinética da água é transformada em energia elétrica. No início eram aproveitadas quedas d'água naturais; com o desenvolvimento da construção civil, foram produzidos lagos artificiais e assim poder ter quedas d'água capazes de gerar maiores quantidades de energia.

Na segunda metade do século XX, para gerar energia elétrica, começaram a ser construídas usinas nucleares, em que, para produzir o vapor de água que movia as turbinas, é utilizada a energia nuclear. Iniciou-se também a utilização de energia solar, da energia eólica, da energia geotérmica e da energia das marés. No entanto, a maior parte da produção mundial de energia elétrica, cerca de 65 %, é feita por usinas termoelétricas.

Autor: Eliakim Ferreira Oliveira.

A Energia

"A energia não pode ser criada, nem destruída. Ela apenas pode ser transformada..."

James Prescott Joule (1818-1889)

Existe energia em todas os seres vivos, em todos os tipos de movimento, no calor, na luz, no som... enfim, em todo o Universo. Em nosso cotidiano, é a energia que possibilita-nos realizar todas ações, atividades e tarefas. Podemos observar ou sentir suas manifestações, que, por sinal, são extremamente diversas. A energia apresenta-se de muitas formas e recebe nomes diferentes de acordo com a forma como manifesta-se: energia de movimento, o que chamamos de energia cinética; energia armazenada, o que podemos chamar de energia potencial; energia térmica; energia luminosa; energia sonora entre outras.

A energia cinética pode ser entendida como uma energia associada ao movimento de um corpo. Todo o corpo em movimento possui energia cinética. Matematicamente, ela pode ser resumida da seguinte forma: consideremos um corpo de massa m, movimentando-se com uma velocidade v; sua energia cinética E será a metade do produto de sua massa multiplicada pelo quadrado de sua velocidade, isto é, E = (1/2) mv². O trabalho realizado por um corpo em movimento pode ser quantificado como sendo a variação de sua energia cinética, ou seja, T = dE, onde dE é a respectiva variação de sua energia cinética.

A energia potencial pode ser explicada como sendo uma espécie de energia... armazenada! Nós não a percebemos, todavia podemos observar sua transformação em outras formas de energia. Por exemplo: uma pedra na beira de um precipício possui energia armazenada, devido a sua altura em relação ao solo. Se a pedra cair, a energia potencial transforma-se em energia cinética de movimento. Esse tipo de energia potencial, em que um corpo pode realizar trabalho a uma certa altura, é denominada energia potencial gravitacional, representada por Epg. A energia potencial gravitacional depende da altura h e da massa m de uma corpo, juntamente com a aceleração gravitacional g (que vale aproximadamente 9,8 m/s²). Com isso ela pode ser calculada pela seguinte expressão: Epg = mgh.

Outra forma de energia potencial é a energia armazenada numa mola comprimida ou esticada, salientando-se que uma mola em tais condições pode, por energia cinética, colocar um outro corpo em movimento. Esse tipo de energia potencial é chamada de energia potencial elástica, representada por Epel. A energia potencial elástica depende da deformação x da mola e do tipo de mola que é usada. A grandeza relacionada ao tipo de mola usada (mola mais "dura" ou mais "mole") é denominada constante elástica k da mola. Essa constante depende unicamente do tipo de mola. A energia potencial elástica pode ser quantificada da seguinte maneira: essa energia será igual a metade do produto da constante elástica k multiplicada pelo quadrado da deformação x, ou seja, Epel = (1/2) kx².

A energia química e a energia nuclear também são formas de energia potencial. A energia química armazenada nas moléculas de etanol, por exemplo, transforma-se em energia térmica durante a combustão. No núcleo dos átomos fica armazenada uma enorme quantidade de energia chamada nuclear, que é observada nas reações nucleares. Todo fenômeno luminoso ou sonoro também são manifestações de energia. A energia luminosa está relacionada a quantidade de luz incidente em uma determinada superfície, se transformando assim em energia térmica. A energia sonora, assim como em qualquer onda, está relacionada com a amplitude e frequência desta mesma. O calor pode ser considerada como a energia interna de um corpo, sendo ele apenas a energia térmica em movimento, passando de um corpo à outra, dependendo unicamente de uma diferença de temperatura. As descargas elétricas, como os relâmpagos e a energia elétrica produzida nas hidrelétricas, também são manifestações de energia.

Autor: Eliakim Ferreira Oliveira.

A Química Orgânica e os Compostos Orgânicos

A Química Orgânica é, em suma, uma divisão da Química que foi proposta no ano de 1777 pelo ilustre químico sueco Torbern Olof Bergman (1735-1784). A Química Orgânica era definida como um ramo químico que estuda os compostos extraídos dos organismos vivos. No ano de 1807, foi formulada a Teoria da Força Vital pelo célebre químico também sueco Jöns Jacob Berzelius (1779-1848). Ela baseava-se na ideia de que os compostos orgânicos precisavam de uma força maior (o que podemos chamar de vida) para serem sintetizados. Todavia, em 1828, o grande químico alemão, Friedrich Wöhler (1800-1882) (retratado na fotografia acima), discípulo de Berzelius por sinal, a partir do cianeto de amônio (NH4OCN), produziu a uréia, que é um composto orgânico; começando, assim, a queda da teoria vital. Essa obtenção ficou conhecida como síntese de Wöhler. Após certo tempo, o grande químico francês Pierre Eugéne Marcellin Bertholot (1827-1907) realizou toda uma série de experiências a partir de 1854 e em 1862 sintetizou o acetileno. Em 1866, Bertholot obteve, por aquecimento, a polimerização do acetileno em benzeno e, assim, é derrubada a Teoria da Força Vital de uma vez por todas. Percebeu-se, então, que a definição de Bergman para a Química Orgânica não era adequada. Com isso, o célebre químico alemão Friedrich August Kekulé (1829-1896) propôs a nova definição aceita atualmente: "A Química Orgânica é o ramo da Química que estuda os compostos do carbono". Esta afirmação está correta, contudo, nem todo composto do carbono é orgânico, levando-se em conta o dióxido de carbono (CO2), o ácido carbônico (H2CO3), a grafite, os fulerenos, o diamante etc.

Existem compostos orgânicos formados apenas por átomos de carbono (C) e de hidrogênio (H). Tais compostos são chamados de hidrocarbonetos. O petróleo pode ser considerado como uma mistura de milhares de hidrocarbonetos. A gasolina, o querosene, o óleo diesel e todos os outros materiais extraídos do petróleo também são misturas de hidrocarbonetos. O gás metano (CH4) é o hidrocarboneto mais simples. O etano, também chamado etileno (C2H4), é um hidrocarboneto gasoso produzido a partir do petróleo e uma das mais importantes matérias-primas na produção de muitos plásticos.

Outros compostos orgânicos contêm, além de átomos de carbono e de hidrogênio, átomos de oxigênio. Um exemplo de composto desse tipo é o álcool etílico (C2H6O), utilizado como combustível e na fabricação de bebidas alcoólicas. Outros grupos de compostos orgânicos são os que possuem átomos de nitrogênio (N) e outros, ainda, possuem átomos de oxigênio (O) e de nitrogênio ligados entre si.

Existem também os compostos orgânicos sintéticos, tendo como principal representante os polímeros. Um polímero é uma molécula muito grande formada pela união de moléculas simples, chamadas monômeros. Cada polímero é formado por milhares de monômeros. A maior parte dos plásticos são polímeros sintéticos, obtidos nas indústrias a partir de monômeros extraídos do petróleo. Um exemplo de plástico sintético é o polietileno, formado pela união de milhares de moléculas de etileno (C2H4), que é uma substância extraída do petróleo. Entre os plásticos mais utilizados estão o polietileno de baixa densidade (PEBD) e de alta densidade (PEAD), o poloprotileno (PP), o cloreto de polivinila (PVC), o poliéster e o poliestireno (PS).

Autor: Eliakim Ferreira Oliveira.

O Ciclo do Nitrogênio

O nitrogênio é um elemento químico de símbolo N, número atômico 7 e número de massa 14 (quando não é um isótopo), representado no grupo (ou família) 15 da tabela periódica. É o quinto elemento químico mais abundante do Universo e à temperatura ambiente, com pressão de 1 atm, encontra-se na forma gasosa. Em sua forma molecular biatômica (N2) constitui 78% do ar atmosférico. A mais importante aplicação do nitrogênio que houve na história foi na obtenção do gás amoníaco pelo grande químico alemão Fritz Haber. Com tal descoberta, Haber revolucionou a indústria de fertilizantes, aumentando consideravelmente a economia alemã do período anterior a Primeira Guerra Mundial.

Considera-se que o nitrogênio foi, ao determinar algumas de suas propriedades. Todavia, pela mesma época, dedicaram-se também ao seu estudo o químico sueco Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) que o isolou, o químico e físico Henry Cavendish (1731-1810), e o também químico inglês Joseph Priestley (1733-1804). O nitrogênio é um gás tão inerte que o célebre químico francês Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) referia-se a ele como azote (ázoe), que é uma palavra francesa que significa "impróprio para manter a vida". Foi classificado entre os gases permanentes desde que o célebre físico e químico inglês Michael Faraday (1791-1867) não conseguiu torná-lo líquido a 50 atm e -110 °C.

O nitrogênio é fundamental para a formação das proteínas. As plantas o absorvem do solo, transferindo-o para animais através das cadeias alimentares. No solo o nitrogênio é encontrado na forma de gás amônia (NH3), íons amônio (NH4+), nitritos (NO2-) e nitratos (NO3-). Nos seres vivos o nitrogênio está presente em todas as proteínas, no RNA (ácido ribonucléico) e DNA (ácido desoxirribonucléico). Átomos de nitrogênio circulam continuamente entre a atmosfera, o solo e os seres vivos. Para formar suas proteínas, as plantas e os animais precisam de nitrogênio, porém não conseguem absorvê-lo do ar. As plantas absorvem átomos de nitrogênio na forma de nitratos, dissolvidos na água. Esses átomos passam para os animais por meio da cadeia alimentar.

Algumas bactérias são capazes de absorver o nitrogênio diretamente do ar. Algumas delas vivem em simbiose com plantas, principalmente as fabáceas (leguminosas), e outras vivem livremente no solo. As bactérias simbióticas que vivem nas raízes das plantas fabáceas são as que retiram a maior parte de nitrogênio do ar. Essas bactérias absorvem o nitrogênio (das moléculas de NH3), que se dissolve na água formando íons NH4+. Estima-se que, anualmente, essas bactérias transferem do ar para o solo de 150 a 200 milhões de toneladas de nitrogênio. Uma espécie de bactéria, que vive no solo, transforma o NH4+ em nitrito (NO2-). Uma outra espécie, transforma o nitrito em nitrato (NO3-). O nitrato que existe no solo pode se formar também graças à ação de bactérias decompositoras. A ação das bactérias também é responsável pelo retorno dos átomos de nitrogênio do solo para a atmosfera. Essas bactérias transformam continuamente a amônia em nitrogênio (N2), que vai para o ar. Essa é a única via de retorno de N2 à atmosfera, fechando assim um grande ciclo, que abrange o ar, o solo e os seres vivos. O ciclo do nitrogênio explica porque o crescimento das plantas e dos animais depende de solos férteis, ricos em húmos, água e oxigênio.

Atualmente, para aumentar o teor de nitratos do solo, são utilizadas grandes quantidades de fertilizantes produzidos em indústrias, principalmente a uréia (CON2H4), que é um componente da urina, e o sulfato de amônio ((NH4)2SO4).

Autor: Eliakim Ferreira Oliveira.

O Ciclo do Carbono

O carbono (do latim carbo, carvão) é um elemento químico de símbolo C, número atômico 6 (6 prótons e, quando não é um íon, 6 elétrons), número de massa 12 e sólido à temperatura ambiente (25 °C). Dependendo de sua formação, pode ser encontrado na natureza de várias formas alotrópicas: carbono amorfo e cristalino, grafite e diamante. O carbono pode ser considerado o pilar básico da Química Orgânica, salientando-se que já foram encontrados mais de 10 milhões de compostos de carbono, formando estruturas orgânicas, especialmente seres vivos.

Na natureza, os átomos de carbono participam sucessivamente de diferentes substâncias que formam a atmosfera, a litosfera e o corpo dos seres vivos. Um dos ciclos naturais é o ciclo do carbono. Nele, átomos de carbono circulam entre a atmosfera, a hidrosfera, no organismo dos seres vivos e na litosfera. No planeta Terra, a maior parte do carbono encontra-se na forma de dióxido de carbono (CO2) (também conhecido como gás carbônico), que encontra-se no ar ou dissolvido na água.

O dióxido de carbono foi descoberto em 1754 pelo grande físico e químico escocês Joseph Black (1728-1799). Black inicialmente o denominou "ar fixo". O dióxido de carbono é incorporado à matéria orgânica por meio da fotossíntese, realizada pelos produtores, como as algas e as plantas. Nos ambientes aquáticos, o gás carbônico é encontrado dissolvido na água (H2O). No processo de fotossíntese, os átomos desse gás combinam-se com os átomos das moléculas de água formando cadeias carbônicas, como a da molécula do açúcar glicose (C6H12O6).

Os átomos de carbono passam dos organismos dos seres vivos para o ambiente por meio da respiração e também na decomposição da matéria orgânica. Nessa transformação, as ligações entre os átomos de carbono passam para o ambiente combinados com o oxigênio, formando assim o CO2. A combustão do carvão, do petróleo, do gás natural e de matéria orgânica é outra fonte de dióxido de carbono para a atmosfera.

Autor: Eliakim Ferreira Oliveira.