Do que somos feitos?
Desde a Grécia Antiga, pensadores quebram a cabeça para descobrir a matéria-prima de todas as coisas.
Se um dia alguém lhe pedir para construir um planeta como a Terra, vai aqui uma dica: o segredo de toda receita, como qualquer químico ou dona-de-casa pode lhe dizer, é escolher bem os ingredientes. Cumpra direitinho esse estágio e o resto vai ser só aquele trabalho besta de bater a massa e deixá-la descansar por alguns bilhões de anos. O esforço de construir um planeta fica restrito a apenas uma pergunta: “Que diabos de ingredientes eu uso para cozinhar a Terra?”
A resposta depende da época em que você nasceu. O primeiro a tentar solucionar o problema foi o filósofo grego Empédocles (490 a 430 a.C.). Para ele, era possível construir tudo o que existe na Terra com apenas quatro elementos: ar, água, fogo e terra. De acordo com a concentração de cada um na mistura, dava para fazer coisas tão diferentes como a rocha, a madeira, o vapor ou o barro. Para haver o equilíbrio e a vida continuar a existir, tais substâncias estariam sujeitas à ação de dois princípios: amor e ódio. Os dois se comportariam como as forças responsáveis por organizar e harmonizar as quatro partes essenciais, ora misturando, ora separando cada uma delas. Pronto, estava explicado o mundo.
Era uma idéia tão engenhosa que foi aceita pelas mentes mais afiadas da Grécia, entre elas a de Aristóteles (384 a 322 a.C.), que aprimorou o sistema. Para ele, amor e ódio não só misturavam os elementos como podiam transformar um em outro. Cada um dos ingredientes básicos tinha uma temperatura e uma umidade e era só mudar essas propriedades que os elementos se transformavam. Esfriando o ar, por exemplo, consegue-se água; molhando o fogo surge o ar, e assim por diante. Essa possibilidade deu origem ao sonho de encontrar a “pedra filosofal”, capaz de fazer qualquer metal virar ouro. Os chamados alquimistas se esforçavam, sempre sem sucesso, para chegar lá.
Essa história – e como a química evoluiu a partir dela – é o tema do livro The Ingredients (“Os Ingredientes”, ainda não traduzido), do jornalista inglês Philip Ball. Hoje se sabe que as experiências de Aristóteles nada mais faziam que trocar o estado físico da matéria. Terra era o nome dado para todos os sólidos (desde a areia até as lanças de metal), ar batizava os gases e água identificava os líquidos. Era só resfriar o vapor e transformá-lo em líquido que ele virava outro “elemento” – mesmo que tudo não passasse de água. O problema era o fogo, um fenômeno esquisito em que partículas ficavam se movimentando, excitadas pelo calor. Os antigos pensadores perceberam essa particularidade e conviveram com ela. Mas nunca a entenderam.
BRINCANDO COM FOGO
Os mistérios do fogo tiveram que esperar até o século 17 para ganharem uma explicação – mesmo assim, bastante peculiar. Nessa época, imaginou-se que as chamas não seriam um elemento em si, mas sim uma essência inflamável contida em praticamente todas as substâncias – chamada de flogístico -, que poderia ser liberada com o fornecimento de calor. Essa teoria mudou para sempre a história da química, principalmente porque nem todos concordaram em diminuir para três a lista de ingredientes no mundo. Um dos céticos era o pastor inglês Joseph Priestley (1733-1804). Ele descobriu que, com o aquecimento do óxido de mercúrio, havia liberação de um gás especial (na verdade, oxigênio) em cuja presença era possível produzir fogo com chamas muito mais intensas. Segundo a ciência da época, isso era um problema: o fogo estava aumentando quando o flogístico já havia sido consumido. O pastor denominou esse no gás de “ar sem flogístico” e, em estudos seguintes, notou que ele possuía propriedades milagrosas, capazes até mesmo de prolongar a vida. Um ratinho, colocado em uma caixa lacrada cheia do intrigante gás, sobrevivia por mais tempo que outro roedor envolto em ar comum.
Quatro anos depois, em 1778,0 químico francês Antoine Lavoisier interpretou essas observações como indícios de que esse gás era um novo elemento e batizou-o de oxigênio. A teoria do flogístico veio abaixo. Até então, acreditava-se que uma substância queimando dentro de um recipiente fechado se apagasse uma hora porque o ar ficava saturado de flogístico. Já a nova teoria propunha que o oxigênio era consumido durante a combustão, de modo que a queima terminava quando o ar ficava pobre desse gás. A compreensão mais exata do processo de queima permitiu ainda a Lavoisier identificar os três estados físicos da matéria: sólido, líquido e gasoso. Com isso, foi possível distinguir as variações de cada substância. Era o fim definitivo das confusões que descabelaram os velhos pesquisadores – água, gelo e vapor passaram a ser simplesmente água.
Daí para uma nova definição dos ingredientes do Universo foi um pulo. “Elemento é qualquer substância que não pode ser dividida em componentes mais simples a partir de reações químicas”, afirmou Lavoisier, que listou 33 deles. Nem todos estavam corretos – constavam da lista a luz, o calor e a lima, hoje conhecida como óxido de cálcio, um composto resultante da combinação entre cálcio e oxigênio.
A partir desse momento, tudo era uma questão de saber se o elemento se apresentava em sua versão mais simples. Se ele pudesse ser dividido em duas coisas diferentes, é porque não era ainda o ingrediente básico. Em 1800, já se conheciam mais de 36 elementos e a tendência era que essa lista aumentasse rapidamente. Conscientes disso, os químicos passaram a ter a preocupação de criar uma maneira fácil de representar e organizar esse monte de substâncias.
O pontapé inicial foi dado por John Dalton. Ele comparou a mesma quantidade dos 36 elementos e viu quais eram mais pesados. Dividiu então os elementos tendo por base o peso, associando um desenho para cada um deles. O resultado foi um painel confuso, formado por três dúzias de símbolos esféricos. Uma solução mais prática veio do sueco Jons Jacob Berzelius em 1811. Ele propôs que cada elemento fosse representado pela inicial do nome em latim e, em caso de coincidência, pelas duas primeiras letras. Assim, oxigênio virou O e carbono passou a ser C, enquanto o cobalto tomou-se Co.
O próximo passo seria separar os elementos em grupos, de acordo com alguns critérios. O primeiro deles, proposto por Lavoisier, era dividir as substâncias em gases, não-metais, metais e “terrenos”, que incluíam a lima. Dezenas de outras tentativas se seguiram até a elaboração do modelo mais aceitável, que se tornaria a base para a tabela periódica atual. O pai dessa nova disposição foi o russo Dmitri Mendeleyev (1834-1907). Ele bolou um arranjo em que os elementos apareciam identificados pelo esquema de Berzelius e dispostos em colunas verticais (a disposição horizontal era mais comum na época). Também estavam divididos por propriedades físicas e químicas e em ordem crescente de peso. Mendeleyev teve até o cuidado de deixar lacunas na tabela, para elementos a serem descobertos (e que de fato o foram). O resultado final foi a primeira versão da tabela que aparece acima.
Essa representação ganhou força com a descoberta de partículas ainda menores que os átomos. Descobriram-se prótons – partículas de carga positiva no núcleo do átomo – e nêutrons – sem carga elétrica mas capazes de aumentar o peso do núcleo. Por fim, existem pedaços minúsculos de matéria girando em volta disso tudo, os elétrons, que têm carga negativa. A diferença entre os elementos está no número de prótons que possuem. Com essa descoberta, pode-se contar o número de ingredientes do Universo: 92. Junte todos os itens da tabela acima até chegar ao urânio e você terá material para construir um planetinha bacana.
FAZENDO OURO
Não era só na química primitiva de Aristóteles que um elemento podia se transformar em outro. Milênios depois, os cientistas observaram em laboratório uma série de metamorfoses misteriosas. Um punhado de átomos de tório, por exemplo, podia começar a emitir outro elemento, o radônio, mesmo que este não estivesse ali originalmente. Como pode?
Para chegar à resposta, os cientistas precisaram conhecer as misteriosas substâncias emitidas por alguns elementos (que hoje conhecemos como radiativos”). Essas partículas – chamadas de alfa e beta – conseguem aumentar ou diminuir o número de prótons no átomo. Aprenda a lidar com elas e será possível transformar um elemento em outro. O tórío (com 90 prótons), por exemplo, emite partículas alfa até ficar com apenas 86 prótons e, assim, virar radônio.
A descoberta reviveu o sonho dos alquimistas – produzir ouro a partir de metais comuns. Os químicos tentaram até conseguir, o que ocorreu em 1941, ao extraírem um próton do núcleo de mercúrio e transformarem o metal em ouro. Só que a experiência não era tão simples, o que acabou com o sonho de riqueza instantânea desses desbravadores. A tecnologia permitia, no entanto, aumentar a tabela. Os cientistas conheciam agora os ingredientes do Universo, mas, como qualquer químico ou dona-de-casa pode lhe dizer, ater-se à receita original é coisa de principiante. A lista, na verdade, não tem fim: sempre é possível colocar um próton a mais no núcleo e conseguir um novo componente da tabela periódica. Um átomo de urânio com um próton a mais vira um netúnio, uma substância que ninguém nunca havia visto, mas que poderia ser feita em laboratório. Desde então, o grupo formado por elementos artificiais não parou de crescer, em parte graças à variedade de reações nucleares que os cientistas descobriram.
Foi possível, por exemplo, somar dois átomos e criar os maiores elementos que aparecem na tabela periódica, alguns com mais de 110 prótons. Não é uma tarefa fácil. Essa reação, a fusão de átomos, envolve energias altíssimas e técnicas que ainda precisam ser aprimoradas. Para piorar, os átomos mais pesados emitem radiação e se transformam em outros mais leves em milésimos de segundo, dificultando a observação. Encontrar um jeito fácil de somar os átomos, no entanto, é um dos grandes sonhos dos cientistas. Esse truque é tão poderoso que está nele a fonte de energia do Sol, onde 600 bilhões de toneladas de hidrogênio são fundidas a cada segundo e transformadas em hélio, em uma temperatura que alcança 10 milhões de graus centígrados.
Até hoje, os químicos conseguiram produzir e observar 116 elementos. E provável que, no futuro, essas pesquisas levem não só a mais substâncias como a uma compreensão melhor a respeito daquelas que já conhecemos. Não é pouca coisa. O nível atômico abriga as maiores energias que o homem conhece e, por consequência, as maiores oportunidades. Se desvendarmos os quebra-cabeças escondidos na tabela periódica, poderemos até, quem sabe, descobrir uma receita para construir novos planetas. Mas não é preciso sonhar tanto: mudar a Terra já seria um tremendo avanço.
Modelo grego
Até o século 18, acreditava-se que o mundo era feito com esses quatro ingredientes. Cada um possuía uma temperatura e uma umidade – a terra, por exemplo, era fria e seca. Para misturar tudo, era só usar amor ou ódio
Hidrogênio
Estilo: o mais simples e Leve de todos na tabela. Se não estiver ligado a nenhum outro elemento, a gravidade não consegue segurá-Lo e ele vai literalmente para o espaço.
História: a cobaia favorita dos químicos, foi a partir dele que cientistas descobriram como funcionam os átomos.
Curiosidade: é o elemento mais abundante no Universo.
Lantanídeos e actinídeos
Estilo: cada grupo tem características parecidas com o elemento que dá nome a eles – os actinídeos parecem o actínio e os lantanídeos, o lantânio.
História: foram uma das poucas mudanças na tabela periódica depois de ela ser inventada por Mendeleyev, em 1869.
Curiosidade: são todos radiativos. Mantenha longe de crianças – e de adultos também!
Carbono
Estilo: com os mesmos átomos, faz coisas tão diferentes como um diamante ou um grafite. Além disso, é a base de toda a química orgânica.
História: foi a referência para medir a massa dos demais elementos.
Curiosidade: é bem fácil de ser manuseado em laboratório.
Oxigênio
Estilo: componente de 21% da atmosfera e essencial à vida.
História: foi o primeiro elemento a ser isolado. Com isso, derrubou o modelo clássico grego, que dividia o mundo em água, fogo, terra e ar.
Curiosidade: todo oxigénio existente na Terra surgiu a partir da ação de seres vivos, como plantas e bactérias.
Urânio
Estilo: o mais pesado dos elementos da natureza. Emite radiação, como todo bom actinídeo.
História: foi o último elemento natural a ser descoberto, pondo fim à pergunta que dá nome a esta reportagem.
Curiosidade: atualmente é usado para geração de energia nuclear e na coloração de vidros.
Elemento 118
Estilo: ninguém sabe ao certo, até porque ele se decompõe em milésimos de segundo.
História: feito em laboratório em 1999, nunca mais deu as caras. Foi retirado da tabela periódica dois anos depois, por Ninguém confirmar a experiência que lhe deu origem. O elemento 117, por sua vez, nunca foi isolado.
Curiosidade: feito com a fusão de chumbo (Pb) com criptônio (Kr).
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