Origami de Grafeno

William Hiroyuki Endo

 

   Por séculos, praticantes do origami, a arte de dobradura japonesa, transformaram pedaços de papel em belas e complexas estruturas tridimensionais. Aproveitando-se desta técnica, cientistas e engenheiros vêm tentando adaptá-la em materiais bidimensionais para transformá-los em estruturas “3D”, sejam elas em macro ou micro escala.

   Pensando nisto, pesquisadores da Universidade de Cornell (EUA) realizaram pesquisas com o grafeno, um alótropo bidimensional do carbono de espessura monoatômica e perceberam que ele é muito semelhante a uma folha de papel, podendo ser dobrado e amassado como ela. Explorando esta natureza, a equipe utilizou os princípios de kirigami, uma variante do origami que inclui o corte, para criar dobradiças e molas de grafeno.

   “Foi realmente apenas curiosidade e diversão”, disse Paul McEuen, que liderou a equipe de pesquisadores. “Nós estávamos falando sobre o que fazer com um pedaço de papel atomicamente fino e a óbvia ideia de fazer esses tipos de artes de papel veio à tona.” Os pesquisadores primeiro modelaram o grafeno e, em seguida, removeram as peças não desejadas usando um plasma de oxigênio.

Grafeno pode ser usado para criar molas que mantêm a sua condutividade quando esticado. (Barra de escala de 10 microns) © McEuen Group, da Universidade de Cornell

 

   Eles descobriram que as suas criações de kirigami mantinham a sua forma. Apesar da dobradiça ter apenas um átomo de espessura ela ainda estava intacta depois de ser aberta e fechada 10.000 vezes. Do mesmo modo, a extensão da mola de grafeno não afetava as suas capacidades condutoras. As aplicações destes resultados são potencialmente vastos, a equipe afirma que a técnica pode ser utilizada, por exemplo, na produção de dispositivos eletrônicos e sensores flexíveis.

   Este é um trabalho notável que abre novos caminhos para sistemas nano-eletromecânicos e também contribui para a nossa compreensão das membranas de grafeno”, diz Jannik Meyer, da Universidade de Viena, na Áustria, que não esteve envolvido no estudo. No entanto, ele salienta a necessidade de mais pesquisa: ‘Estou ansioso para ver se esses dispositivos também podem operar fora da solução líquida, que é um próximo passo importante para a realização de seu potencial.

 

 

Referências

http://www.nature.com/articles/nature14588.epdf
http://www.rsc.org/chemistryworld/2015/07/kirigami-graphene-makes-microscale-devices-springs-hinges
http://www.compoundchem.com/2015/08/02/twic02082015/

O Sol Nosso de Cada Dia

Paulo Lopes Barsanelli

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          Várias civilizações tinham o Sol como um deus, assim foi para os Incas, Maias, Astecas e os Egípcios. Todas estas eram politeístas e tinham vários outros entes da natureza adorados como deuses, tanto outro astro como a Lua, fenômenos como o trovão, quanto animais como o boi.

       Podemos não considerar o Sol como um deus, mas esta estrela é fundamental – e isto é inegável – para a manutenção da vida, seja considerando o seu papel na fotossíntese, no ciclo hidrológico ou no aquecimento da Terra. Mesmo os animais que vivem em zonas afóticas (regiões com ausência de luz encontradas a mais de 200 metros de profundidade nos oceanos ou no interior de cavernas) se extinguiriam por serem heterótrofos (carnívoros ou detritívoros) e possuírem na base da cadeia alimentar seres dependentes da luz solar.

Figura 1: Ilustração da galáxia Via-Láctea com destaque à posição do Sistema Solar.

          A fonte de energia da Terra fica a uma distância média de 149.597.870.700 m que equivale a 1 UA (unidade astronômica), possui uma massa de 1,989×10³⁰ kg (99,867 % de toda a massa do Sistema Solar) e um raio de 695.500 km (ou seja, cerca de 333 mil vezes mais pesada e aproximadamente 109 vezes maior que a Terra). Essa nossa fonte por sua vez, que orbita – juntamente com todo o Sistema Solar – o centro da Via-láctea com uma velocidade de 250 km/s, está posicionada atualmente a ⅔ do raio desta galáxia (o que corresponde a 27 mil anos luz) numa região conhecida como Braço de Orion (assista aqui a uma simulação desse movimento, é demais). O ano solar é completado em aproximadamente 220 milhões de anos terrestres, como a Sol foi formado há aproximadamente 4,6 bilhões de anos, Ele já completou cerca de 21 revoluções. A Figura 1 demonstra a posição do Sistema Solar na Via-Láctea.

Figura 2: Representação das camadas solares com suas respectivas densidades.

Mas como o Sol foi formado, qual sua composição e de onde vem tanta energia?

          A formação do Sol ainda não é um evento que possui explicação confirmada, porém existem teorias sobre. A teoria mais aceita indica que inicialmente haviam apenas uma imensa quantidade de gases – como oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, hélio, etc. – e poeira (composta por outros elementos químicos como ferro, alumínio, etc.) no lugar do Sistema Solar que, devido a condições adequadas desconhecidas, começaram a se aglomerarem. O bloco maior formado primeiramente passou a conter mais facilmente seus gases e atingiu alta proporção sendo capaz de atrair gravitacionalmente blocos menores até a formação do Sol que conhecemos. Os blocos menores remanescentes deram origem aos planetas do sistema.

          O Sol é constituído por 7 camadas, 3 contidas em seu interior (núcleo ou zona de condução, zona de irradiação e zona de convecção) e 4 em sua atmosfera (fotosfera, cromosfera, região de transição e coroa) como ilustra a Figura 2. A densidade média do Sol é de 1,4 g/cm³, variando de 150 g/cm³ no núcleo a 2×10^-15 g/cm³ na coroa.

Figura 3: Nucleossíntese de hélio a partir de núcleos de hidrogênio.

       A energia que mantém o Sol vivo provém de seu núcleo onde ocorrem, principalmente, fusões nucleares entre átomos de hidrogênio formando átomos de hélio e segue a equação de Einstein . Caso o procedimento de geração de energia fosse simplesmente reações de combustão, o Sol não me manteria aquecido por mais de 100 anos. As altas pressão (bilhões de atm) e temperatura (cerca de 15 milhões ⁰C) encontradas no núcleo do Sol permitem tais reações nucleares. A Figura 3 esquematiza a nucleossíntese de hélio a partir de hidrogênio na qual ocorre a fusão de dois núcleos de hidrogênio formando deutério que por sua vez colide com outro núcleo de hidrogênio formando núcleo de hélio-3 liberando energia na forma de radiação gama. Dois núcleos de hélio-3 se fundem para gerarem hélio-4.

           Após a formação de hélio, este é utilizado na formação de carbono, oxigênio e neônio que por sua vez são precursores dos outros elementos até número atômico igual ao silício. O silício é então empregado na produção de todos os elementos até o ferro.

           O Sol possui a seguinte constituição: 73 % em hidrogênio, 25 % em hélio e 2 % em outros elementos. O último elemento mais abundante no sol é o ferro, isto deve-se ao fato de que este é o último elemento, em ordem crescente de número atômico, que é formado pela conversão de massa em energia. O subsequentes ao ferro são formados na direção oposta e por isso surgem apenas em eventos extremos como a formação de supernovas após a explosão de estrelas.

          A energia gerada no núcleo se propaga tal como a luz na zona de irradiação e na zona de convecção há o transporte por movimentos convectivos de parcelas de plasma que são aquecidas na interface com a zona de irradiação. Essa energia vem sendo gerada e transportada assim desde a ignição do Sol há 4,6 bilhões de anos e deve continuar por pelo menos mais 5 bilhões de anos quando esgotar-se-ão as reservas de hidrogênio.

Figura 4: Movimento convectivo da massa solar na zona de convecção e a representação dos pontos frios visíveis como manchas solares.

          A fotosfera é a camada visível do Sol possuindo cerca de 330 km de espessura e temperatura de aproximadamente 6 mil ⁰C. Nela é possível observar as manchas solares provenientes do movimento convectivo do plasmas abaixo desta camada que formam zonas frias (manchas solares) e quentes como ilustrado pela Figura 4.

         A cromosfera se estende por 2 mil km após a fotosfera onde se encontra sua região mais quente com cerca de 9000 ⁰C. Ela possui cor avermelhada que é visível logo antes e logo após aos eclipses solares. É na cromosfera onde ocorrem as protuberâncias solares que se originam nas proximidades nas manchas solares na devido a associações de campos magnéticos. As explosões solares que dão origem a essas protuberâncias podem interromper as comunicações a longa distância aqui na Terra quando partículas muito energéticas expelidas pela Estrela atingem e ionizam nossa atmosfera dificultando que esta continue refletindo as ondas de rádio do Sol de volta para o espaço e aquelas provenientes das emissoras de volta para a Terra.

          A coroa é a camada mais extensa do sol abrangendo praticamente todo o Sistema Solar, possui baixíssimas densidade e emissão de luz relativas, sendo possível sua visualização somente em eclipses totais.

           Para continuarmos desvendando a estrela que ilumina nossos dias e a sua influência no Sistema Solar, está previsto o lançamento da sonda Solar Orbiter pela ESA (Agência Espacial Europeia) para 2018 que deverá orbitar a 45 milhões de km dela onde a radiação solar pode atingir 13 vezes àquela registrada na Terra e a temperatura pode chegar 520 ⁰C.

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REFERÊNCIAS

http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2015/07/depois-de-plutao-6-projetos-que-devem-revolucionar-forma-como-vemos-o-espaco.html

http://astro.if.ufrgs.br/esol/esol.htm

Clique para acessar o aula6.pdf

http://www.observatorio.iag.usp.br/index.php/mencurio/curiodefin.html

http://mundoestranho.abril.com.br/materia/existe-algum-ser-vivo-que-consegue-sobreviver-sem-luz

http://www.ccvalg.pt/astronomia/galaxias/via_lactea.htm

http://www.apolo11.com/via_lactea.php

http://www.apolo11.com/tema_astronomia_sol.php

http://www.apolo11.com/tema_astronomia_sol_estrutura.php

https://tudosobreastronomia.wordpress.com/2010/05/14/o-sol/

http://www.quimlab.com.br/guiadoselementos/formacao_elementos.htm

http://www.suapesquisa.com/Sol

http://www.suapesquisa.com/astecas/

http://www.historiadomundo.com.br/inca/

https://jarconsian.wordpress.com/2013/09/25/horus-o-deus-Sol-do-egito/

http://www.culturabrasil.org/egito.htm

Há vida no Mar Morto

Deborah Vilhagra Faria

Quando falamos em Mar Morto, o primeiro pensamento que nos vem é que não há nenhuma forma de vida presente nesse ambiente. Mas será que isso é verdade mesmo?

O Mar Morto se localiza na divisa de Israel com a Jordânia e está a 396 metros abaixo do nível do mar, depressão mais profunda da Terra. A lama presente em torno desse mar, na verdade um lago, tem propriedades terapêuticas e é utilizada para diversos tratamentos, desde artrite, dores musculares e o estresse como também para tratamentos de pele, sendo muito explorada pela indústria de cosméticos. Suas águas possuem um nível de salinidade altíssimo faz com que sua densidade seja maior do que a do corpo humano, levando seus turistas a flutuarem sobre as águas. Para efeito de comparação, os oceanos, em geral, possuem em média a concentração salina de 35 g/L sendo que 80% é composto por Cloreto de Sódio (NaCl) e os 20% restantes por Sulfato de Cálcio (CaSO₄), Sulfato de Magnésio (MgSO₄) e Cloreto de Magnésio (MgCl₂). Por sua vez, o Mar Morto, possui concentração salina de 340 g/L, cerca de 10 vezes mais! Sua composição mineral é: 67% de cloro, 17% de magnésio, 10% de sódio e 0,2% de enxofre, sendo este último o responsável pelo forte odor.

A essas condições, não é possível encontrar nenhuma espécie de vida, pois por causa da alta concentração de sais, o efeito da osmose faz com que os organismos expostos sejam extremamente desidratados, visto que o meio externo é mais concentrado que o meio interno. Porém um microrganismo em particular consegue suportar esse ambiente: a bactéria Haloarcula marismortui. Esse microrganismo, além de suportar condições extremas, também possui uma rota metabólica diferente dos demais, que utilizam o ciclo do glioxilato e a via da etilmalonil-CoA como rota para, a partir de acetil-CoA, transformar compostos necessários para a produção de glicose, fonte de energia. A H. marismortui utiliza o ciclo do metil-aspartato, sendo que essa via metabólica é mais extensa e oferece vantagens para que ela sobreviva à salinidade extrema, pois um dos intermediários do ciclo atua limitando os efeitos da osmose.

Portanto, o estudo desses tipos de microrganismos tem uma grande importância, pois através do uso de bactérias que sobrevivem a condições extremas é possível desenvolver diversas aplicações em benefício da sociedade, sendo uma delas o tratamento biológico de efluentes.

 

 

 

 

E se o que sobra do seu café pudesse ser transformado em combustível?

E se o que sobra do seu café pudesse ser transformado em combustível?

Guilherme  Pires de Campos

No Brasil, como em outros países, o hábito de tomar café tem muitas vezes um caráter “ritualístico”. Uns tomam para relaxar, outros para se manter acordados e ativos, alguns para fazer uma pausa no trabalho, ente outro motivos. Como consequência disso, o Brasil consumiu cerca de 20,08 milhões de sacas de 60 kg de café no ano de 2013, o que resulta num consumo de 4,87 kg de café por habitante. Depois de feito, o que sobre do café (borra) até então era descartado por não ser mais útil.

Pesquisas recentes feitas pela USP mostram que a borra do café pode ser empregada para a produção de combustível, o qual pode produzir biodiesel suficiente para abastecer pequenas comunidades agrícolas.

A matéria prima utilizada na produção desse biodiesel são os óleos essenciais presentes na borra do café, a qual possuem de 11 a 20% de óleo. Segundo a pesquisa feita pela universidade, a partir de um quilo de borra de café é possível extrair até 100 mililitros de óleo, o que geraria cerca de 12 mililitros de biodiesel.

A produção desse biodiesel se dá pela retirada da umidade da borra de café e extração com etanol para retirar os óleos essenciais. Em seguida, o óleo extraído é colocado em contato com um catalisador alcalino, o qual é responsável pela transesterificação e se obtém o biodiesel.

    De forma mais detalhada, o pó de café é filtrado com água a 90°C (processo comum de preparo do café). Em seguida, a borra é transferida para um recipiente (vidro de relógio) e colocada para secar. Tendo-se retirado toda a umidade, preparam-se soluções da borra com etanol na proporção de 1:6, sob agitação lenta e constante por 2h. Em seguida a solução é passada para um funil de vidro, onde será possível observar a formação de duas fases (borra do café + óleo extraídos no etanol).

A transesterificação pode ser feita com dois catalisadores diferentes:

– Metóxido de sódio(MeONa): apresenta melhores resultados e não permite a formação de hidroxilas no processo, as quais realizam reação de saponificação com o óleo presente no meio reacional.

– Ácido sulfúrico (H₂SO₄): melhor catalisador ácido pelos testes realizados na pesquisa.

Com base na discussão feita pela pesquisadora, os resultados são satisfatórios quanto a obtenção do biodiesel. E a reação de transesterificação apresenta bons rendimentos em temperatura ambiente, tornando o processo mais simples e vantajoso economicamente.

Assim, uma pequena comunidade estaria possibilitada de produzir combustível para utilização em máquinas e equipamentos, reduzindo os gastos e utilizando uma matéria prima que é descartada diariamente.

 

 

Bibliografia

file:///C:/Users/Guilherme/Downloads/Denise_Dissertacao.pdf

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=biodiesel-borra-cafe&id=010115110216#.U8K_QPniZMh

http://g1.globo.com/economia/agronegocios/noticia/2014/02/consumo-de-cafe-no-brasil-registra-1-queda-em-10-anos-aponta-abic.html

 

Tatuagens sob o ponto de vista químico

 Tatuagens sob o ponto de vista químico

Stéphani Capeloci Visciglia

 

A Tabela Periódica dos elementos químicos é um arranjo que permite não só verificar as características dos elementos, mas também fazer previsões de como esses se comportam frente às reações. Os elementos da Família B da tabela são denominados Elementos de transição e são objetos de nosso estudo sobre as tatuagens.

Os elementos de transição possuem a propriedade de formar compostos coloridos, devido à presença de orbitais d para as transições eletrônicas que absorvem radiações na região visível do espectro. Também podem apresentar cor por causa da existência de orbitais parcialmente preenchidos, que permitem transições eletrônicas, responsáveis pela emissão luminosa. Os compostos dos elementos que apresentam todos os orbitais preenchidos (Zn, Cd e Hg) normalmente não são coloridos.

As tatuagens já existem há alguns anos, mas seu uso ultimamente se intensificou. Embora atualmente ainda ocorra discriminação, as tatuagens são vistas com naturalidade, principalmente pelo público jovem.

As tintas para tatuagem são compostas de pigmentos insolúveis em água veiculados com dióxido de titânio que são injetados na pele pelas agulhas. Por serem insolúveis, estes componentes permanecem em estado sólido na derme – camada profunda da pele – não sendo removidos pelos nossos sistemas de defesa. Originalmente, estes pigmentos consistiam de misturas de carvão – no caso da tinta preta – ou de sais inorgânicos principalmente de metais pesados como mercúrio, prata e chumbo – no caso das coloridas. A descoberta da toxicidade destes compostos fez a indústria de tintas buscar pigmentos orgânicos que pudessem ser utilizados com mesmo resultado. Embora não haja estudos completos sobre o toxicidade desses pigmentos, a ANVISA deu um prazo de até fevereiro de 2010 para que a indústrias façam o registro de suas tintas.

Abaixo alguns dos pigmentos orgânicos utilizados nas tintas modernas:

A partir do superior esquerdo, em sentido horário, pigmentos azul, vermelho, verde e amarelo.

A localização do pigmento depende da idade da tatuagem. Durante os primeiros 15 dias após o procedimento, os pigmentos se concentram na interface derme-epiderme, abaixo da camada de queratinização/cicatrização. Parte do pigmento é perdido nestes processos. A recomendação de não arrancar a famosa casquinha existe, pois a retirada da mesma pode remover fisicamente o pigmento, dilacerando as camadas da derme abaixo da cicatrização.   Quando a tatuagem sara, o que leva cerca de quinze dias, a maior parte do pigmento se concentra nas várias camadas da derme.

Abaixo um corte histológico mostrando a localização do pigmento vermelho na derme:

Os pigmentos insolúveis permanecem parte no interstício, nome dado ao meio externo às células, recobrindo os fibroblastos ou, ainda, endocitados por macrófagos e encapsulados em vacúolos intracelulares. As partículas de pigmento que permanecem na derme causam diminuição da produção de colágeno, o que pode estar associado a diversas complicações dermatológicas potencialmente causadas pela tatuagem. Além de encapsular as partículas de pigmento, os macrófagos têm a capacidade de metabolizá-los através do sistema citocromo P450, responsável pelo metabolismo dos chamados xeno-compostos, (substâncias estranhas e potencialmente danosas ao organismo), transformando-os em substâncias solúveis que podem ser eliminadas via circulação linfática. Portanto, quanto maior a proporção de pigmento endocitado por macrófagos, maior será a perda de coloração por metabolização do pigmento, já que parte deste será eliminado.

A escarificação da pele pela agulha, gera uma intensa reação inflamatória local, com repercussões sistêmicas, que leva ao recrutamento de macrófagos à derme sendo tatuada. Quanto mais longa a duração da seção de tatuagem, maior a reação inflamatória e mais macrófagos serão recrutados para o local. Daí a afirmação dos tatuadores de que a pele se torna “resistente” e ainda que “cospe” a tinta, deixando partes descoloridas no desenho.
Existem dois tipos de tatuagem:

Temporárias: são conhecidas como tatuagens de Hena, este nome provém da planta da qual é retirada a pigmentação: a Henna lausonia inermes (princípio ativo do corante é lausona (2-hidroxi-1,4-naftoquinona)1). Essa planta é originária da Índia e países do Oriente Médio, sua coloração natural é marrom ou ferrugem e não possui efeito tóxico. O risco está na adição de carbono e de substâncias contendo chumbo e mercúrio para obtenção da cor preta.

Definitivas: é preciso pensar muito antes de optar por este tipo de tatuagem, que como o próprio nome indica, é definitiva. Só existe uma forma de removê-la, que é através de laser: um processo doloroso e o resultado final não é muito satisfatório, pois no lugar da tatuagem fica uma cicatriz.

A técnica utilizada nas tatuagens permanentes consiste em introduzir na derme com o auxílio de agulhas, pigmentos que ficam retidos nas células da pele. As cores presentes nas tatuagens são provenientes de alguns produtos químicos. São sais de alguns elementos de transição.

Os pigmentos mais comuns e suas cores específicas estão relacionados abaixo:

Pigmento                                                         Cor

Sulfeto de Mercúrio ………………………………………………..     Preto
Carbono (carvão)     ……………………………………………….     Preto
Sais de cádmio        ……………………………………………….     Amarelo ou vermelho
Sais de crômio         ……………………………………………….     Verde
Sais de ferro            …………………………………………………   Castanho, rosa e amarelo
Óxido de Titânio     …………………………………………………     Branco
Sais de cobalto     …………………………………………………..     Azul

A intoxicação por metais pesados ocorre quando eles são absorvidos pelo corpo humano e passam a substituir alguns metais necessários para nossas funções biológicas. É importante lembrar que a intoxicação se dá pela ingestão, ao longo da vida. Os metais pesados se depositam nos tecidos ósseos e gordurosos, não sendo eliminados com o passar do tempo.

Alguns metais pesados e seus efeitos:

Alumínio– Anemia por deficiência de ferro; intoxicação crônica.
Cádmio– Câncer de pulmões e próstata; lesão nos rins.
Chumbo– Saturnismo (cólicas abdominais, tremores, fraqueza muscular, lesão renal e cerebral).
Mercúrio– Intoxicação do sistema nervoso central.
Cobalto– Fibrose pulmonar (endurecimento do pulmão) que pode levar à morte.
Cromo– Asma (bronquite); câncer.

Titânio- câncer do trato respiratório.

A cada dia, temos técnicas mais aperfeiçoadas para a composição das tatuagens e imagens mais trabalhadas e coloridas. Todas as cores utilizadas são provenientes dos metais de transição, chamados metais pesados. Porém, apesar das concentrações dos metais pesados existentes serem muito baixas, não causando danos imediatos à saúde, é bom lembrar que os metais se acumulam ao longo da vida.

Referencias

http://www.brasilescola.com/quimica/tatuagens-sob-ponto-vista-quimico.htm

http://portal.anvisa.gov.br/wps/wcm/connect/7259210047457ee38aacde3fbc4c6735/Tatuaem+e+Piercing.pdf?MOD=AJPERES

http://www.mackenzie.com.br/fileadmin/Pesquisa/pibic/publicacoes/2011/pdf/qui/bianca_ligramante.pdf