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Plasma: o estado físico predominante no universo
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Raios e os arranha-céus de Atlanta, nos EUA / David Selby: Wikimedia Commons

A natureza costuma nos presentear com diversas imagens que são, ao mesmo tempo, belas e assustadoras. Os raios são um dos grandes exemplos disso. Talvez você já tenha se perguntado: do que é feito um raio? Qual seu estado físico, sólido, líquido ou gasoso?

Na realidade, nenhum dos três… O estado físico dos raios é chamado de plasma. Ele constitui o estado físico predominante no universo. Além dos raios, na natureza encontramos plasma na ionosfera, nas auroras boreal e austral, no fogo fátuo, nas estrelas, por consequência das reações de fusão nuclear, no vento solar nas nebulosas interestelares. O homem já desenvolveu tecnologia que utiliza plasma: telas de televisão de plasma, arco elétrico em lâmpadas a arco voltaico, arco de solda, lâmpadas fluorescentes.

No plasma encontramos moléculas de gás, gás ionizado e elétrons. Possui em sua estrutura tanto partículas com carga elétrica positiva (gás ionizado) quanto partículas com carga elétrica negativa (elétrons), mas em quantidades praticamente iguais, tornando-o eletricamente neutro. Como os gases, os plasmas possuem forma e volume dos recipientes que os contém (quando for o caso). Mas as semelhanças com os gases terminam por aí. Devido a sua estrutura contendo portadores de carga elétrica, o plasma é bastante condutor elétrico, enquanto um gás possui condutividade elétrica muito baixa. Os gases são constituídos por um único tipo de partícula, a molécula que o constitui, enquanto o plasma é formado por três (moléculas de gás, gás ionizado e elétrons).

Globo de plasma

Basicamente, para se obter plasma é necessário aquecer razoavelmente um gás, provocando a quebra das ligações atômicas, e também levando à ionização de parte desses átomos. É o que acontece, por exemplo, no nosso Sol. Artificialmente, pode-se produzir plasma através do estabelecimento de uma corrente elétrica em um gás. Como um gás é um material dielétrico, ou seja, um material não condutor elétrico, deve-se utilizar um gerador que forneça uma determinada diferença de potencial (ddp), para formar um campo elétrico na região onde está o gás, intenso o suficiente para ionizá-lo e transformá-lo em plasma. Quando tal transformação ocorre, estabelece-se uma corrente elétrico através do plasma, formando um arco elétrico luminoso entre os polos do gerador.

Em uma tempestade elétrica, nuvens adquirem cargas elétricas elevadas, levando à formação de um campo elétrico entre as nuvens, ou entre as nuvens e o solo. Se esse campo elétrico for intenso o suficiente, o ar da região é ionizado, formando plasma, que, por ser condutor, permite que ocorram as descargas elétricas. Essas descargas elétricas são chamadas de raios.
Agora que você já aprendeu um pouquinho sobre plasmas, aprofunde seus conhecimentos e tente explicar o que acontece em um globo de plasma, como o da figura a seguir.

 


Como as drogas agem no nosso organismo
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Drogas são substâncias capazes de alterar tanto as funções fisiológicas como psicológicas comportamentais de um organismo. Nesse sentido, um laxante e o crack podem ser classificados como drogas, mas é no sentido mais conhecido, e no menos benéfico, que o termo é mais utilizado.

Dentre as drogas lícitas estão o tabaco, os ansiolíticos (calmantes), a cafeína e o álcool.

O álcool é a droga lícita que mais causa prejuízos à saúde humana no mundo. Ele age sobre o sistema nervoso alterando o comportamento e podendo inclusive levar à dependência. O seu consumo  promove, inicialmente, a desinibição, relaxamento e euforia. Em um segundo momento começam a aparecer os efeitos depressores, como dificuldade de fala e de raciocínio, lentidão de reflexos, piora da coordenação motora e alteração de comportamento. Um indivíduo alcoolizado risonho pode de repente transformar-se em um sujeito violento. Esses efeitos reunidos podem causar  um grande número de problemas, como a violência doméstica e acidentes de trânsito, muitos deles com morte ou invalidez permanente.

As drogas ilícitas mais preocupantes são as psicotrópicas, isto é, as que alteram a cognição, o humor e o comportamento, podendo causar dependência. Essas substâncias podem ser classificadas, segundo o pesquisador e psiquiatra francês Louis Chaloult, em: depressoras, estimulantes e perturbadoras.

As drogas depressoras diminuem a atividade do Sistema Nervoso Central (SNC), fazendo com que passe a funcionar mais lentamente, como é o caso dos inalantes (cola e outros solventes), soníferos, ansiolíticos etc.

As drogas estimulantes aceleram a atividade do SNC, aumentando o estado de vigília (diminui o sono) e a coordenação motora. Nesse grupo encontra-se a cocaína e sua variante mais polêmica na atualidade, o crack.

A cocaína inibe a recaptação dos neurotransmissores dopamina e noradrenalina da fenda sináptica, potencializando seus efeitos que levam à sensação de euforia, aumento das atividades motoras e intelectuais, perda do sono, do cansaço e do apetite. Na sua forma em pó é bem solúvel em água, facilitando sua inalação ou a diluição para injetá-la diretamente nas veias. O crack é uma variação da cocaína, porém é pouco solúvel em água. No entanto, ao ser aquecido, volatiliza com facilidade, podendo ser fumado utilizando cachimbos, forma pela qual os efeitos ocorrem mais rapidamente – de  10 a 15 segundos. Depois de uns 5 minutos a droga já foi metabolizada, estimulando o usuário a consumí-la  novamente, o que denota seu  alto poder viciante.

Dentre as drogas perturbadoras estão a maconha, o êxtase e o LSD.

O sistema nervoso produz naturalmente uma substância, a anandamida, que age nos receptores canabinoides do sistema nervoso. O THC, princípio ativo da maconha, age nos mesmos receptores, amplificando suas sensações. Os efeitos agudos (mais imediatos) da maconha podem ser sensação de paz, bem-estar ou angústia, hilaridade (vontade de rir), diminuição do cansaço, etc. Durante seu efeito, há evidente alteração na percepção de tempo e espaço, em geral com passagem mais lenta do tempo e confusão no cálculo de distâncias. Isso pode ser especialmente perigoso, por exemplo, para quem está dirigindo ou atravessando uma rua e não consegue calcular a distância e velocidade de aproximação de outros veículos. Outro efeito bem conhecido é o aumento do apetite. Alguns outros efeitos do uso prolongado da droga podem ser a perda da memória recente, efeitos psíquicos (delírios e alucinações), perda de motivação e redução na produção de espermatozoides. A maioria desses efeitos costuma desaparecer após a interrupção do uso da droga. Atualmente, há inúmeras discussões a respeito da legalização e descriminalização da maconha. O conhecimento científico atual tem muitos argumentos contra e a favor do uso dos princípios ativos da maconha. Portanto, essa é uma discussão que está longe de terminar.

Para maiores conhecimentos a respeito do efeito de outras drogas, recomendo a consulta dos links a seguir:

The Science of Addiction: Genetics and the Brain – Mouse Party

Classificação das drogas psicotrópicas

Drogas psicotrópicas – o que são e como agem


É possível tornar a água do mar potável?
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Existe muito mais água nos oceanos e mares do que nos rios, lagos e geleiras. Estima­se que o volume da água dos oceanos seja de aproximadamente 1,5 · 1021 L. No entanto, o ser humano não pode usá-la para beber, nem para muitas outras finalidades, devido à existência de muitos sais dissolvidos nela. A tabela abaixo mostra os íons componentes de aproximadamente 99% desses sais.

(Fonte: Química, volume 2: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 151)

A Organização das Nações  Unidas (ONU) estima que cerca de 14% da população mundial será atingida pela escassez de água até 2025.  Considerando que os oceanos recobrem dois terços da superfície da Terra, não é surpreendente que suas águas sejam consideradas uma fonte de água potável em regiões onde o suprimento é insuficiente para atender à demanda humana.

Para obtermos água potável a partir da água dos oceanos, é possível utilizar um processo de dessalinização chamado Osmose Reversa. Ao aplicar  à solução de água oceânica uma pressão superior à pressão osmótica, provoca-se a passagem de moléculas do solvente da solução mais concentrada para a mais diluída. O esquema a seguir ilustra esse processo:

(Fonte: Química, volume 2: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 151)

A pressão osmótica da água do mar é de aproximadamente 30 atmosferas (atm) quando comparada com à da água pura. Então, para obtermos a sua osmose reversa, são necessárias pressões superiores a 30 atm. Por não necessitar de mudanças de estado físico da água e, portanto, de consumo de energia térmica, esse é o processo mais utilizado atualmente. A principal dificuldade para a utilização desse método é o desenvolvimento de membranas semipermeáveis de baixo custo, que permitam somente a passagem da água e impeçam a passagem dos solutos, e que possam ser usadas em larga escala por longos períodos sem que sejam danificadas pelas grandes pressões a que são submetidas.

Recentemente, os avanços na era da nanotecnologia, um dos mais promissores campos de pesquisa envolvendo ciências dos materiais, trouxe a possibilidade de técnicas de dessalinização da água do mar utilizando grafeno, uma das formas alotrópicas do carbono.

Na natureza, o elemento químico carbono (C) forma três variedades alotrópicas: diamante, grafite e fulereno. Essas três substâncias simples diferem entre si no arranjo dos átomos que formam o retículo cristalino.

A grafite apresenta anéis hexagonais planos.

(Fonte: Química, volume 1: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 233)

No diamante, cada átomo de carbono está ligado a quatro outros átomos de carbono formando um arranjo espacial.

(Fonte: Química, volume 1: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 233)

Os fulerenos apresentam uma forma semelhante à de uma bola de futebol, podendo ser composta por diferentes quantidades de átomos de carbono, por exemplo, 60 átomos de carbono (C60).

(Fonte: Química, volume 1: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 233)

Com o desenvolvimento da nanotecnologia, foram criadas novas variedades alotrópicas do carbono: grafeno e nanotubos de carbono.

Grafeno                                          Nanotubo de carbono

O grafeno consiste, basicamente, em uma única folha de grafite, na qual os átomos de carbono apresentam-se formando uma rede hexagonal.

(Fonte da imagem: pixabay)

Por se tratar de uma única folha, sua espessura é a de um átomo. Essa variedade alotrópica do carbono possui características específicas, como elevada resistência e flexibilidade, condutibilidade elétrica e térmica, além de ser muito leve.

Utilizando essa variedade alotrópica do carbono, um grupo de cientistas da Universidade de Manchester no Reino Unido desenvolveu uma espécie de “peneira” de óxido de grafeno.  Essa “peneira” tem a capacidade de remover os sais presentes na água do mar, sendo possível obter água potável. Apresenta-se, assim, como um método alternativo à osmose reversa.

Inicialmente, as “peneiras” de óxido de grafeno não se tinham mostradas eficientes para remover os íons provenientes do cloreto de sódio (NaCℓ), principal componente do sal de cozinha e presente em larga escala na água do mar. Essa ineficiência ocorria basicamente devido a uma alteração estrutural na “peneira”, quando em contato com a água. Tal problema permitia a passagem de espécies químicas indesejadas.

Para corrigir esse problema, os pesquisadores modificaram a estrutura através da utilização de resinas, que permitiu maior controle da permeabilidade da membrana em relação às espécies que a atravessavam ou que são retidas por ela, tornando o processo mais eficiente.

Um desafio quanto à aplicação das membranas de óxido de grafeno em larga escala é o preço do material. Apenas para efeito de comparação: o custo de um grama de ouro atualmente está em cerca de R$: 120,00, ao passo que um grama de grafeno custa cerca de R$: 350,00. Assim, se o custo das membranas semipermeáveis utilizadas no processo de osmose reversa já é elevado, o custo de produção das membranas de óxido de grafeno provavelmente será ainda mais.

Além do custo das membranas, mais testes em relação à durabilidade, quando expostas às condições de dessalinização a longo prazo, ainda precisam ser realizados para se verificar a real aplicabilidade nos processos de obtenção de água potável.

O grafeno é um novo material, produto das pesquisas na área da nanotecnologia, apresenta-se atualmente como grande promissor e com potencial aplicabilidade em várias áreas, tais como nas telecomunicações, na eletrônica e na energética. Vamos esperar, nos próximos anos, as revoluções tecnológicas que esse material pode proporcionar.

Bom estudo!

Referências:

http://super.abril.com.br/ciencia/peneira-de-grafeno-torna-agua-do-mar-potavel/ acesso em 11/04/2017
http://www.bbc.com/portuguese/geral-39483587  acesso em 11/04/2017
http://www1.folha.uol.com.br/ciencia/2017/04/1872537-cientistas-criam-peneira-de-grafeno-que-torna-agua-do-mar-potavel.shtml acesso em 11/04/2017
http://www.dsc.ufcg.edu.br/~pet/jornal/outubro2013/materias/inovacoes_tecnologicas.html acesso em 11/04/ 2017  acesso em 11/04/2017
Química, volume 1: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014.  Pág 233-234
Química, volume 2: química geral / João Usberco, Edgard Salvador. – 15. ed. –  São Paulo: Saraiva, 2014. Pág 151-153

 


Água Virtual: Saiba o que é e por que pode cair nos exames
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*Por João Usberco

splash water

A água doce usada pelos seres vivos localiza-se principalmente em rios, lagos e abaixo da superfície do solo (água subterrânea). Segundo o Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento (PNUD), 80% irrigam as plantações, 12% são utilizados pelas indústrias e apenas 8% dessa água são destinados às residências.

Além de consumirmos  água  diretamente em nossas casas, também a consumimos quando compramos algum produto que a contenha em sua fabricação. No gráfico abaixo, são mostradas as quantidades de água utilizadas para a fabricação de alguns produtos.

Agua Virtual - grafico

A água que não está presente no produto é chamada de “água virtual”. Repare que a quantidade de água virtual varia de um produto para outro, e que alguns produtos têm uma grande quantidade de água virtual.

Devido ao grande consumo de água, na agricultura, nas industrias e em nossas residências, a água torna-se um bem extremamente valioso. Existem estudos que indicam que no ano de 2030, devido ao crescimento da população mundial e consequente aumento do consumo, teremos sérios problemas de escassez. E esse é um ponto de atenção diante dos vestibulares e no Enem, ou seja, como a falta de água afetará nossas vidas no futuro.

O uso responsável, o trabalho para se evitar os desperdícios, as mudanças de hábito, a valorização de políticas de consumo, como a dos 3Rs (reduzir, reutilizar, reciclar), são alguns dos assuntos que o estudante deve se ater para ir bem nos exames. E, mais do que isto, o estudo servirá também para a conscientização do aluno como cidadão no seu dia a dia.

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