Applet Java de Dinâmica Molecular

Clicando no link a seguir AQUI, você vai acessar um simples applet java que simula um fluido (líquido, gás, sólido, depende da temperatura e pressão que você escolher) composto por discos macios.

É como se a gente estivesse observando uma caixa contendo partículas atômicas (argônio, xenônio, etc) só que apenas em duas dimensões.

Dá para usar esse programinha em uma aula de físico-química para ensinar sobre estados termodinâmicos da matéria apenas variando os valores das variáveis de estado (temperatura, densidade, pressão, número de átomos, etc).

<Dr. Chatoff mode on>

Apenas a título de informação, essa técnica de modelagem molecular é bem comum no meio acadêmico. Eu mesmo a conheço bem, visto que fiz doutorado em simulação de líquidos por dinâmica molecular.

As partículas resumem-se a bolinhas que interagem umas com as outras por meio de potenciais aditivos aos pares, no caso desse applet usa-se o potencial de Lennard-Jones 12-6.


 V(r) = 4\epsilon \left[ \left(\frac{\sigma}{r}\right)^{12} - \left(\frac{\sigma}{r}\right)^{6} \right],

Na equação acima, o parâmetro ε representa toda a parte eletrônica e nuclear do átomo, é chamado de parâmetro energético, polarizabilidade ou simplesmente "profundidade do poço de potencial". O parâmetro σ representa a distância entre dois átomos do mesmo tipo na qual a energia potencial é zero. Representa o tamanho do átomo, tem valores grandes para átomos grandes (xenônio, por exemplo) e valores pequenos para átomos pequenos (hélio, por exemplo).

O parâmetro r representa a distância de separação entre os dois átomos. Se r for muito pequeno, o ramo de energia potencial repulsiva
r−12 cresce absurdamente e as partículas tenderão a se repelir, se a distância r tornar-se muito grande, o ramo de energia potencial atrativa  r−6 vai assumir maior valor e fazer com que as partículas voltem a se aproximar. Isso ajuda a representar as famosas forças de dispersão, conhecidas na Química como forças de Van der Waals.


 

A figura acima, roubada descaradamente da Wikipedia, mostra a forma da função de potencial para um dímero de argônio (dímero significa um par de átomos se atraindo e se repelindo).

As partículas se movem usando-se uma série de equaçõíes desenvolvidas há muito tempo pelo Sr. Isaac Newton, aquelas mesmas que a gente estuda no ensino médio (F=m.a, lembram?).

A força da equação acima vem de um truque matemático. A função de potencial de Lennard-Jones passa por uma operação matemática conhecida por derivada e fornece a força entre duas partículas separadas por uma distância r. Com a força em mãos, pode-se calcular a nova posição das partículas, calcula-se a nova força entre as duas partículas, obtém-se uma nova posição e por aí vai. Isso tudo é chamado de equações de movimento. No caso do applet da dica do dia, o algoritmo usado é o de Verlet.

<Dr. chatoff mode off>


Agora, voltando ao applet:

Escolha um conjunto de parâmetros (número de átomos, tamanho dos átomos, passo temporal e velocidade da animação - ambos têm a ver com as equações de movimento) e observe como as partículas saem de uma situação de ordem perfeita para uma situação de bagunça absoluta em pouquíssimo tempo.

Se você achar que a coisa acontece rápido demais, pode usar o botão "slower" para observar a coisa com mais calma.

Além disso, por mais lento que você faça a simulação acontecer, lembre-se que tudo acontece na escala dos femtossegundos (algo em torno de 0,000000000000001 segundos). Em outras palavras, muuuuuuuuuiiito rápido mesmo.

 É claro que esse tipo de simulação pode se tornar muito mais complicada do que o mostrado nesse applet.

Na indústria farmacêutica é comum usar-se softwares mais complexos para investigar a interação de possíveis fármacos com sítios catalíticos de enzimas humanas ou de outros seres vivos. A utilidade disso é desenvolver novos medicamentos a um custo muito baixo.

Além disso, teorias sobre o estado líquido da matéria são desenvolvidas com o auxílio desses softwares.

Dá para aprender coisas bem legais com a DM (ou MD, na sigla em inglês - de Molecular Dynamics), e assim que for possível eu vou postar exemplos mais concretos aqui no blog.

Peço desculpas aos leitores ocasionais pelo post mais técnico que o normal, mas me deu vontade de escrever sobre isso. :)

 

P.S.: Esqueci de colocar o link para o applet, mas agora já está corrigido. Divirtam-se.

Protótipo de carro movido a hidrogênio

E eis que surge mais um protótipo de veículo movido a hidrogênio


E não é um protótipo feioso e sem nenhuma apelo comercial, é um protótipo bem bonito e destinado a rodar pelas ruas das grandes cidades.

Ele é capaz de desenvolver velocidades em torno de 50 milhas por hora, rodando apenas com hidrogênio e utilizando-se de uma rede de células de combustível para deixar os motores mais poderosos.

Motores? Sim! Esse carrinho tem um motor para cada roda. E com apenas 2,2 libras de hidrogênio, ele é capaz de rodar até 240 milhas, tem capacidade para duas pessoas e é bem bonitinho.
O custo dessa belezinha? Algo em torno de 200 libras ou 330 dólares americanos (por mês, ou você achou que algo tão bom ia sair tão barato?).

FONTE:Engadget, Blog do Curso de Química da UNIFRA

Princípios de Química - Parte II: Átomos são como pudins?

Continuando o assunto sobre os desenvolvimentos que levaram aos modelos mais modernos de átomo, vou avançar um pouco sobre como chegamos ao que se ensina nas escolas acerca da matéria em disciplinas de Química.

No post anterior, eu falei do modelo de Dalton.

Agora vou falar rapidamente sobre o modelo de Thomson.

Nas escolas, é comum ensinar que o átomo de Thomson é um "pudim de passas". O que não se costuma falar é como se chegou a esse apelido.

Saibam que naquela época os cientistas estavam começando a desenvolver sistemas de geração de vácuo, e estavam empolgados com as possibilidades abertas com essa nova tecnologia. Teve até um período na história da humanidade em que se acreditava ser impossível gerar vácuo.

Agora, imaginem que alguém teve a ideia de pegar um tubo de vidro transparente e adaptou uma bomba de vácuo nele. Em seguida, esse alguém resolveu tirar o ar lá de dentro, até deixar o interior do tubo o mais vazio possível. Claro que não era possível remover TODO o ar, mas dava para deixar com uma pressão bem baixa.

Esse tubo é hoje conhecido como AMPOLA DE CROOKES (William Crookes foi o cirador da coisa toda).

Se você retirasse o ar de dentro do tubo e resolvesse, por exemplo, ligar o bicho na eletricidade, o que aconteceria?????

O que você vê na figura aí acima, LUZ!

Na época eles chamaram isso de RAIOS CATÓDICOS. Hoje, todo mundo que possui uma tv com tubo tem, na verdade, um descendente da ampola de Crookes na sala de casa.

O Thomson entra na história como o cara que pegou a ampola de Crookes, ou tubo de raios catódicos, e fez experimentos usando um campo elétrico.

Ele pensou que os raios catódicos não podiam surgir do nada, deveriam se originar do pouquíssimo gás restante dentro do tubo.

Quando ele ligava o tubo na eletricidade, a extremidade negativa (esquerda - cátodo) emitia partículas que eram atraídas pela extremidade positiva (direita - ânodo), gerando o facho de luz esverdeada visto na imagem.

O Sr. Thomson pensou, ainda, que esse facho composto por partículas carregadas negativamente poderia ser atraído por um campo elétrico. Instalou placas metálicas carregadas no caminho do feixe de partículas e observou que os raios catódicos sempre eram atraídos pela placa.

File:JJ Thomson exp2.jpg

Ele ainda conseguiu calcular a razão carga/massa dessas partículas negativas: elas deveriam ser cerca de 2000 vezes mais leves que o átomo mais leve existente (hidrogênio).

Assim, Thomson concluiu que essas partículas (ele chamava de corpúsculos) eram:

  • 2000 vezes mais leves que o átomo de hidrogênio;
  • possuíam carga negativa;
  • estavam presentes nos átomos de Dalton como se fossem passas em um pudim;
  • davam origem aos raios catódicos (graças a isso inventaram a TV anos depois).
Maaaaaasssss, como ele concluiu que os "corpúsculos" ficavam encaixadinhos nos átomos como se fossem gotas de chocolate num cookie?

File:Plum pudding atom.svg
Bom, os átomos disponíveis no laboratório de Thomson eram gasosos e eletricamente neutros. Para ser eletricamente neutro, o átomo não pode ser atraído por campos elétricos, e isso eles sabiam determinar com certeza.

Além disso, se uma carga negativa existe em um átomo neutro, é porque deve existir exatamente uma carga positiva para gerar a neutralidade elétrica.

Assim, como os raios catódicos eram provenientes dos átomos gasosos dentro do tubo, eles deveriam possuir ao mesmo tempo cargas positivas muito pesadas e cargas negativas muito leves.

A imagem que Thomson pôde criar para tal átomo foi a de um pudim com passas encravadas em sua massa.

Na parte 3 dessa série de posts, vou falar do modelo de Rutherford e Bohr. (O filho do Thomson trabalhou com Rutherford, sabiam?).

A escala do Universo

Vi no Sedentário e resolvi postar aqui no blog essa animação interativa que nos permite viajar pelas escalas de tamanho da matéria do universo.

Vou copiar o texto do autor do post original, de autoria do Kentaro Mori, na sequência:

<Kibe Mode On>

Do menor comprimento físico observável, o comprimento de Planck, medindo 0,00000000000000000000000000000000001 metros; ao maior tamanho, o tamanho do próprio Universo estimado em 930.000.000.000.000.000.000.000.000 metros: são muitos zeros em uma diferença de magnitude difícil de compreender.

Ou talvez nem tanto. Em uma fantástica animação interativa em Flash, você pode viajar por todas as escalas do Universo, começando da espuma quântica na escala de frações de yoctometros, passando por átomos, moléculas, vírus, células, seres vivos, planetas, estrelas, nebulosas, galáxias, aglomerados, o agrupamento local, o universo observável e o próprio Universo, com tamanho medido em yottametros.

De 10^-35 a 10^26, é uma longa viagem, e você pode arrastar a barra com o mouse para navegar ou usar as teclas de direção do teclado se desejar mais precisão.

Como Phil “Bad Astronomer” Plait comentou, “minha parte favorita está no extremo menor, quando você precisa passar por várias potências de dez com nada acontecendo até o comprimento de Planck, a menor escala no Universo. É uma noção um tanto aterradora”.

Será mera casualidade que a maior parte dos objetos que ilustram as escalas do Universo se concentre nas escalas ao redor de nosso próprio tamanho? Teorias físicas sugerem que pode haver uma incrível complexidade em escalas próximas do comprimento de Planck, bem como resta quase literalmente um Universo a descobrir em escalas estelares, galácticas, de grande agrupamentos. São quase 60 potências de dez do mundo bem real em que vivemos disponíveis para exploração científica.

Como dizia Sagan, nós mal começamos a explorar as margens do oceano cósmico, que se estende tanto pelas estrelas quanto pelo interior dos átomos.

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<Kibe Mode Off>

Não faz muito o meu estilo copiar na íntegra os textos dos outros, mas achei o texto bem escrito e acho que poderia estragá-lo se resolvesse editá-lo.

Chocolate que não derrete e não engorda é inventado na Suíça

Em uma conversa com uma amiga, fiquei sabendo de um tal de chocolate que não derrete à temperatura ambiente.

Daí, resolvi pesquisar sobre isso quando chegasse em casa.

Fuçando aqui e ali, encontrei algumas coisas bem interessantes sobre o tal chocolate.

Ele foi descoberto meio que por "acaso" quando os funcionários da empresa do chocolatier Barry Callebaut trabalhavam em outra invenção. Como resultado, eles desenvolveram um chocolate que só derrete a temperaturas acima de 55ºC ou quando entre em contato com as enzimas da saliva.

Com essas propriedades originais, o chocolate batizado de Vulcano, pode ser comido em dias quentes, não suja as mãos e ainda por cima é menos calórico que os seus similares.

O nome incomum dado ao chocolate deve-se ao fato de que ele resiste ao calor, é extremamente aerado e tem uma consistência de espuma. Além disso, o Vulcano é bem leve e crocante, sem perder o sabor tradicional de um bom chocolate.

O desenvolvimento de tal chocolate é algo que vem sendo tentado há anos por diversos fabricantes. A americana Hershey's já tentou fazer algo similar mas só conseguiu desenvolver uma barra de chocolate dura e altamente quebrável.

A empresa de Barry foi a primeira a desenvolver algo que nenhuma outra conseguiu antes. Eles são os maiores fabricantes de chocolate no mundo, sendo responsáveis por fornecer matéria-prima a empresas de grande porte, como a Nestlé, por exemplo. Daqui a dois anos o chocolate será lançado no mercado, o que deverá elevar o lucro da empresa em 66%, trazendo lucros por volta dos US$190 milhões.

Wunder bar: Barry Callebaut's "Vulcano" chocolate doesn't melt at body temperature

Para quem não sabe, o corpo humano é uma fábrica química fantástica. Diversos ciclos bioquímicos ocorrem nas células do corpo humano, regulando o seu funcionamento.
As enzimas são as responsáveis por catalisar as reações bioquímicas, ou seja, diminuir a energia de ativação de uma determinada reação química.

As enzimas são, em sua maioria, especializadas em um determinado tipo de reação. Elas só catalisam aquela reação específica ou aquela classe de reações.

Outras são mais abrangentes, catalisam a decomposição de amidos, de açúcares, de gorduras, etc.

É justamente aí que reside o truque do chocolate Vulcano. Na saliva humana temos uma enzima chamada ptialina, responsável por iniciar o processo de digestão humana. A ptialina inicia a quebra dos amidos da alimentação que ingerimos, o que vai terminar produzindo açúcares mais simples e ajudar a produzir energia para o bom funcionamento do corpo humano.

Claro que o truque de derretimento do chocolate não foi revelado e nem será revelado tão cedo, mas o caminho parece ser esse, alguma enzima presente na saliva inicia o processo de derretimento do chocolate.

Quem quiser saber mais sobre a ptialina, pode acessar o link a seguir: Alfa-amilase


FONTES:
Revista Veja
Time
Swiss Info
Guardian

d-limoneno

Eu estava assistindo TV e notei que estão apregoando as fantásticas propriedades dessa substância como repelente natural de mosquitos e, portanto, como aditivo natural de uma famosa marca de inseticida.

Daí eu pensei: Será que o povão fica curioso para saber o que é esse bendito d-limoneno?

Estejam vocês curiosos ou não, eu vou escrever um pouco sobre esse composto orgânico.

Em primeiro lugar, é preciso saber de onde ele é obtido.

Pesquisei nas internetes e encontrei uma empresa americana chamada "Florida Chemical" que dedica-se a extrair produtos da casca de cítricos desde 1942.

Juntei uns textos daqui, outros dali, e montei esse post.

1) Fórmula química do d-limoneno

Skeletal structure of the R-isomer

d-Limoneno é um hidrocarboneto, classificado como um terpeno cíclico. É uma molécula quiral, e sua ocorrência biológica natural se dá sempre sob uma das formas enantioméricas. As frutas cítricas fornecem o d-limoneno ((+)-limoneno), que também é conhecido quimicamente como o enantiômero-(R).

<Dr. Chatoff mode on>
Hidrocarboneto = molécula composta apenas por átomos de carbono e hidrogênio
Terpeno = categoria de compostos orgânicos cuja estrutura básica é o isopreno, derivado nas plantas do ácido mevalônico.


Molécula quiral = Toda molécula que apresenta arranjos diferentes de átomos em torno de um átomo central e que produz dois arranjos que comportam-se como reflexos um do outro é classificada como quiral. A palavra quiral vem do grego "chiron", que significa "mão". O termo se relaciona também com "enantiômero" (significado = opostos).

(+)-limoneno = o sinal + refere-se ao comportamento que esse enantiômero do limoneno apresenta quando exposto à luz plano-polarizada (explico isso em um outro post). Basicamente, o d-limoneno desvia a luz polarizada no sentido horário, por isso o símbolo (+).

d-limoneno = a letra "d" quer dizer a mesma coisa que o símbolo (+), vem da palavra "dextrógiro", que significa "desvia a luz polarizada para a direita".

1-metil-4-prop-1-en-2-il-cyclohexeno = nome IUPAC do d-limoneno.

<Dr. Chatoff mode off>

2) Como ele é obtido?

Ele é o componente majoritário do óleo extraído de cascas de frutas cítricas. Quando as frutas cítricas são espremidas para se obter suco, o óleo é pressionado para fora da casca. O óleo é separado, e é destilado para recuperar certos compostos aromáticos e saborizantes. O óleo bruto é coletado. Esse óleo é usado para fins de aditivação alimentícia.

Após o processo de produção de sucos, as cascas são levadas a um extrator por vapor. Esse aparelho extrai mais óleo da pele das frutas. Quando o vapor é condensado, uma camada de óleo flutua na superfície da água condensada. Esse é o d-limoneno usado para fins técnicos.


3) Aplicações do d-limoneno (além de repelente de mosquitos)

d-limoneno: um limpador por natureza

Na década passada, o uso dessa substância expandiu-se tremendamente. Tem sido extremamente usado na fabricação de tintas sólidas, conferindo um certo odor de laranja aos produtos, e usado como um fluido de resfriamento secundário.

O maior segmento em crescimento envolve o uso do d-limoneno em produtos de limpeza domésticos/industriais, como solvente ou mesmo como composto solúvel em água.

Como solvente, ele pode substituir uma ampla variedade de produtos, incluíndo óleos minerais, MEK (metil-etil-cetona), acetona (propanona), tolueno, éteres glicólicos, e naturalmente solventes orgânicos fluorados e clorados. Como muitos solventes orgânicos, d-limoneno não é solúvel em água, assim ele pode ser usado em unidades de separação de água. Com uma constante de equilíbrio básica (Kb) de 67, d-limoneno tem propriedades de solubilidade próxima às dos CFCs (clorofluorcarbonos), indicando que ele é um solvente muito melhor que um típico óleo mineral. O d-limoneno pode ser usado em sprays desengordurantes ou óleos para banho, ou como um substituto direto a muitos solventes orgânicos.

Combinando o d-limoneno com um surfactante, pode-se obter uma solução possível de ser diluída e misturada com água. Em muitos casos esses produtos são usados em produtos de limpeza em substituição a produtos cáusticos ou a outros produtos solúveis em água. Uma solução concentrada de d-limoneno/solução surfactante pode ser preparada a fim de ser diluída posteriormente. As concentrações de tais soluções giram em torno de 5-15%. Em geral, são usadas em sprays de limpeza. As soluções solúveis em água são usadas em plantas industriais onde a remoção de resíduos solúveis ou não em água é desejada.

How do we get d-Limonene | Citrus Oil Manufacturing Process


FONTES:
Wikipedia
Florida Chemical

Sites para aprendizagem de assuntos variados - parte 5

O site de hoje é o Inovação Tecnológica. Eu conheço-o há um bom tempo, embora não seja um leitor assíduo.

É um site bem interessante sobre tecnologia, dividido em várias seções, com atualidades do meio científico, acadêmico e industrial.

A maior vantagem (para aqueles com um pouco de preguiça de aprender outra língua) é que o site é totalmente em português.

Siiiiimm, a língua de Camões impera nesse site.

Não deixe para depois, visite-o sem demora no seguinte link e divirta-se.

Para estimulá-los, eu selecionei uma notícia sobre a relação entre nanotecnologia e arte.

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=ciencia-arte-veja-belezas-reveladas-pela-nanotecnologia&id=010865100129

The Element Song

Essa música já é bem manjada no youtube, mas eu acho muito legal para deixar passar sem postar aqui no blog.

Basicamente é uma musiquinha bem ritmada que cita TODOS os elementos da tabela periodica.

Eu selecionei algumas versões do vídeo, cada uma com uma característica diferente.

A primeira é meio parada mas é interessante por mostrar a posição do elemento na tabela periodica que está sendo cantado na música.

A segunda versão mostra uma animação bem bonitinha, legal para ser usada em sala de aula para despertar o interesse da gurizada pela Química.

E, para os mais curiosos, a terceira versão contém a letra da música.



There's antimony, arsenic, aluminum, selenium,
And hydrogen and oxygen and nitrogen and rhenium,
And nickel, neodymium, neptunium, germanium,
And iron, americium, ruthenium, uranium,
Europium, zirconium, lutetium, vanadium,
And lanthanum and osmium and astatine and radium,
And gold and protactinium and indium and gallium, (gasp)
And iodine and thorium and thulium and thallium.

There's yttrium, ytterbium, actinium, rubidium,
And boron, gadolinium, niobium, iridium,
And strontium and silicon and silver and samarium,
And bismuth, bromine, lithium, beryllium, and barium.

There's holmium and helium and hafnium and erbium,
And phosphorus and francium and fluorine and terbium,
And manganese and mercury, molybdenum, magnesium,
Dysprosium and scandium and cerium and cesium.
And lead, praseodymium and platinum, plutonium,
Palladium, promethium, potassium, polonium,
And tantalum, technetium, titanium, tellurium, (gasp)
And cadmium and calcium and chromium and curium.

There's sulfur, californium and fermium, berkelium,
And also mendelevium, einsteinium, nobelium,
And argon, krypton, neon, radon, xenon, zinc and rhodium,
And chlorine, carbon, cobalt, copper, tungsten, tin and sodium.

These are the only ones of which the news has come to Hahvard,
And there may be many others but they haven't been discahvered.

Sir Isaac Newton, o teimoso

Vi essa lá no Learn Something Everyday e achei engraçado.

O maior físico do mundo, pai de diversas teorias e fundador da Física Moderna era uma pessoa sui generis. Isso não é nenhuma novidade.

O que vocês não sabiam era que ele se recusava a usar uma colher para comer.

Eu queria ver ele tomando sopa, será que ele virava a cumbuca e sorvia a sopa? Ou será que ele fazia uma conchinha com as mãos? hehehehe

Tá, são especulações puramente especulativas e inúteis.

Mas estou com pouco tempo de escrever e com menos tempo para escrever coisas profundas no dia de hoje.

Durmam com esse barulho! :P

P.S.: Estou preparando um guia de uso do Symyx Draw que pretendo usar para ensinar os meus alunos. Ah, e em breve vou postar uns fatos interessantes sobre a vida do Sir Isaac Newton no tocante à Química.