Cientistas querem fazer fotossíntese artificial

Da redação30/09/2003

Cientistas especializados na conversão de dióxido de carbono (CO2) em monóxido de carbono (CO), um passo crucial na transformação do CO2 em compostos orgânicos úteis, como o metanol, estão tentando imitar o que as plantas fazem quando convertem CO2 e água em carboidratos e oxigênio na presença de clorofila e luz do Sol. A "fotossíntese artificial" poderá gerar combustíveis baratos e matérias-primas para a indústria química a partir da energia solar.
Atingir esse objetivo, contudo, não é uma tarefa simples. "A natureza descobriu uma forma de fazer isso ao longo de eras," afirma Etsuko Fujita, uma química do Departamento de Energia dos Laboratórios Brookhaven (Estados Unidos). "É uma química muito complicada."

Fotossíntese

A natureza utiliza clorofila como absorvedor da luz e agente transferidor de elétrons. Entretanto, a clorofila não reage diretamente com o CO2. Ao se retirar a clorofila da planta e colocá-la em um sistema artificial, ela se decompõe rapidamente, resultando apenas em uma pequena produção de CO.

A equipe da Dr. Fujita passou então a trabalhar com catalisadores artificiais feitos de complexos de metais de transição tais como o rênio. Esses catalisadores absorvem a energia da luz solar e transferem elétrons para o CO2, liberando CO. Mas até agora, ninguém havia explicado em detalhes como esse processo funciona.
Estudando essas reações em escalas de tempo desde muito curtas até longas (de 8 a 10 segundos até horas), a Dra. Fujita e seus colegas descobriram um importante passo intermediário. O resultado mais intrigante é o envolvimento de dois complexos de metal energéticos para ativar uma molécula de CO2. Sem o CO2, o complexo dimeriza muito mais lentamente do que seria de se esperar.

O trabalho, ainda nos estágios iniciais, ao incorporar um enfoque combinado téorico e experimental, poderá ajudar a explicar porque a reação acontece tão lentamente, o que poderá, em última instância, resultar na fabricação de catalisadores mais eficientes. Esses catalisadores poderão então substituir a clorofila natural no processo de fotossíntese artificial.
Esta etapa inicial do trabalho será publicado na edição de Outubro do periódico Journal of the American Chemical Society.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010160030930

Catalisador sem metal é mais um passo rumo à fotossíntese artificial

Da redação do Inovação tecnológica, 23/03/2007

Os químicos sempre invejaram as plantas. Em primeiro lugar porque elas conseguem fixar o hidrogênio e, mais particularmente, porque elas são capazes de capturar o dióxido de carbono do ar e convertê-lo em energia. É por isso que há muito tempo, esses pesquisadores tentam criar sua própria fotossíntese artificial.

Agora, a equipe do Dr. Markus Antonietti, do Instituto Max Planck, Alemanha, deu um passo importante nesse sentido. Ele e sua equipe conseguiram ativar o CO2 para uso em uma reação química.

Catalisadores

"A ativação química do dióxido de carbono, ou seja, sua segmentação em uma reação química," explica Antonietti," é um dos maiores desafios na química sintética. As ligações na molécula de CO2 são muito estáveis, o que exige uma grande quantidade de energia para quebrá-las. Até hoje, eram conhecidos apenas alguns poucos catalisadores metálicos capazes de quebrar as ligações C-O na molécula de CO2.

A equipe do Dr. Antonietti resolveu seguir um caminho diferente: eles utilizaram um catalisador não-metálico, o nitreto de carbono grafítico. A inspiração, é claro, veio das próprias plantas.
A fotossíntese natural envolve um importante passo intermediário: a ligação do CO2 a átomos de nitrogênio, formando carbamatos. Os pesquisadores então resolveram testar catalisadores ricos em nitrogênio com estrutura que os permitissem formar carbamatos.

Catalisador ideal

A nova classe de catalisadores tem uma estrutura de camadas planas, parecidas com as camadas do grafite. As camadas individuais consistem em sistemas de anéis envolvendo átomos de carbono e nitrogênio. Esse material poroso, chamado nitreto de carbono grafítico, é muito resistente ao calor e, embora entre em muitas interações químicas, é tão estável que quase sempre se re-forma - ou seja, é um catalisador ideal.
O novo catalisador pode então ser utilizado para ativar o dióxido de carbono. Ele permite oxidar o benzeno (um anel aromático com seis carbonos) em fenol (que possui um grupo OH adicional). O sub-produto dessa reação é o monóxido de carbono (CO), que pode ser então utilizado diretamente nas reações químicas.

Fotossíntese artificial

Da mesma forma que na fotossíntese, essa reação ocorre por meio dos carbamatos. No primeiro passo, o CO2 liga-se a grupos livres amino presentes no nitreto de carbono. Ele então oxida o benzeno para fenol e, ao final, o tão desejado CO se separa do catalisador.
"Isto pode tornar acessível uma nova, e até agora desconhecida química do CO2," diz Antonietti. "Poderá até mesmo ser o primeiro passo rumo à fotossíntese artificial."

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010160070323

Energia mecânica gera revolução na Química

Agência FAPESP27/03/2007

Pesquisadores da Universidade de Illinois, em Urbana-Champaign (Estados Unidos), descobriram uma nova maneira de manipular a matéria e conduzir as reações químicas para uma direção desejada. A nova técnica utiliza a força mecânica para alterar o curso das reações químicas e conseguir produtos cuja obtenção não seria possível em condições convencionais.
As aplicações potenciais incluem materiais que se auto-reparam rapidamente, ou indicam claramente quando sofreram dano. "É fundamentalmente uma nova maneira de fazer química", disse Jeffrey Moore, um dos autores da pesquisa.

Energia Mecânica

"Ao explorar a energia mecânica, podemos entrar nas moléculas e inserir vínculos específicos para levar a reações desejadas", disse Moore. A natureza direcional específica da força mecânica torna essa abordagem para o controle de reações fundamentalmente diferente das habituais restrições químicas e físicas.

Para demonstrar a técnica, Moore e sua equipe colocaram uma molécula mecanicamente ativa - chamada mecanóforo - no centro de uma longa cadeia polimérica. A cadeia de polímeros foi então esticada em direções opostas por um campo vetorial criado pelo colapso de cavidades produzidas por ultra-som, sujeitando o mecanóforo a uma distensão mecânica.
"Criamos uma situação onde uma reação química poderia enveredar por um caminho ou outro", disse Moore. "Aplicando força ao mecanóforo, pudemos influenciar para qual destes dois caminhos a reação seguiria", disse.

Uma aplicação potencial da técnica é criar um gatilho para soltar a energia mecânica acumulada em polímeros distendidos dentro de caminhos químicos como uma reação de auto-reparação.

Reparação automática

No conceito original de auto-reparação, microcápsulas de um agente reparador são rompidas quando um dano ocorre no material. Uma ação capilar então transporta o agente auto-reparador para a rachadura, onde se mistura com um catalisador químico e a polimerização acontece.
Com o novo gatilho mecânico, no entanto, a energia mecânica iniciaria a polimerização diretamente, queimando várias etapas. A ligação cruzada de cadeias vizinhas evitaria a propagação de uma rachadura e danos adicionais.
"Demonstramos que é possível usar a força mecânica para dirigir as reações químicas ao longo de caminhos que são inatingíveis por meios convencionais. Estamos pesquisando agora o desenvolvimento de mecanóforos adicionais nos quais a reatividade química será ativada por força externa", disse o cientista.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010160070327

Cientistas descobrem novo processo para a produção de amônia

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010160040304

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Cornell (Estados Unidos) conseguiu converter nitrogênio em amônia utilizando um processo vislumbrado há décadas pelos cientistas, mas que até agora ninguém havia conseguido realizar.
O novo processo utiliza um complexo de zircônio metálico para adicionar átomos de hidrogênio a uma molécula de nitrogênio e convertê-la para amônia, sem a necessidade de altas temperaturas ou altas pressões.
"O valor do nosso trabalho é que nós respondemos à questão básica da química de como pegar essa molécula [de nitrogênio] inerte e não reativa e transformá-la em algo útil," explica o professor Paul Chirik, coordenador do trabalho.
O nitrogênio representa 78 por cento da atmosfera terrestre e, graças a um processo industrial de mais de 90 anos de idade, ele pode ser convertido em fertilizantes à base de amônia, representando a base da agricultura moderna.
O problema com a conversão do nitrogênio em uma forma industrial e utilizável é que sua molécula é formada por dois átomos com ligações químicas extremamente fortes. Somente o monóxido de carbono tem uma ligação mais forte do que a da molécula de nitrogênio. Mas, enquanto o monóxido de carbono adere facilmente a outras moléculas, o nitrogênio é não-polar e não se liga facilmente a metais. É também muito difícil inserir ou retirar elétrons das moléculas de nitrogênio.
O método de conversão de nitrogênio em amônia, chamado de processo Haber-Bosch (em homenagem a seus criadores Fritz Haber e Carl Bosch) é responsável pela produção de mais de 100 milhões de toneladas de amônia anualmente para a agricultura e para a indústria química. O processo exige altas temperaturas e pressões para que o nitrogênio e o hidrogênio interajam sobre uma superfície de ferro, que serve como catalisador.
Mas a equipe do Dr. Chirik conseguiu quebrar a ligação atômica da molécula de nitrogênio utilizando zircônio em forma solúvel a apenas 45º C e adicionar átomos de hidrogênio a esta "ponte de di-nitrogênio". A completa conversão para amônia foi feita a 85º C.
A descoberta poderá ter impacto na produção de amônia. Antes disso, porém, os cientistas precisam transformar o processo de laboratório, que age molécula a molécula, em um processo de larga escala que possa ser utilizado em ambiente industrial.
O próprio Dr. Chirik afirma que as chances de que o processo Haber-Bosch venha a ser substituído graças à sua descoberta são muito pequenas. Ele acredita que o novo método possa ser mais útil para a produção de compostos de nitrogênio de alto valor agregado e baixos volumes de produção, como as hidrazinas para combustível de foguetes ou químicos finos para sintetização de drogas.
Ao contrário do processo Haber-Bosch, o novo processo não utiliza um catalisador. O zircônio forma um novo complexo no qual átomos de hidrogênio são adicionados à ponte de di-nitrogênio, formando a amônia, uma molécula por vez. Na verdade, os cientistas não conhecem uma substância que possa funcionar como catalisador nesse processo, o que então poderia fazer com que ele atingisse dimensões industriais. A busca desse catalisador passa agora a ser justamente o foco das pesquisas da equipe.

Cientistas descobrem em novo estado físico da matéria

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010160040226

Cientistas do Laboratório JILA e da Universidade do Colorado (Estados Unidos) relataram a primeira observação de um novo estado físico da matéria, conhecido como "condensado fermiônico". O condensado fermiônico é formado por pares de átomos em um gás e era procurado há muito tempo pelos cientistas, que previam a existência desse novo estado da matéria em suas teorias.
Os físicos Deborah S. Jin, Markus Greiner e Cindy Regal, responsáveis pela descoberta, acreditam que, à medida em que as pesquisas avançarem, o condensado fermiônico poderá ajudar a solucionar os mistérios da supercondutividade em alta temperatura, um fenômeno com potencial para revolucionar a geração e transmissão de energia elétrica e toda a indústria eletrônica.
"A força do emparelhamento em nosso condensado fermiônico, ajustado para massa e densidade, corresponderia a um supercondutor a temperatura ambiente," explica a Dr. Jin. "Isso me deixa otimista em que a física fundamental que nós aprendermos por meio do condensado fermiônico irá eventualmente ajudar outros [pesquisadores] a projetar materiais supercondutores mais práticos."
Esta nova descoberta complementa a descoberta do condensado de Bose-Einstein, que rendeu o Prêmio Nobel de Física de 2.001 aos Drs. Eric Cornell e Carl Wieman. O condensado de Bose-Einstein é uma coleção de milhares de partículas ultra-frias ocupando um único estado quântico, ou seja, todos os átomos se comportam como um único e gigantesco átomo. Os condensados de Bose-Einstein são feitos de bósons, uma classe formada por partículas que são essencialmente gregárias: ao invés de se moverem sozinhas, elas adotam o movimento de suas vizinhas.
Ao contrário dos bósons, os férmions - a outra metade da família de partículas e blocos básicos com os quais a matéria é construída - são essencialmente solitários. Por definição, nenhum férmion poderá estar exatamente no mesmo estado quântico que outro férmion. Conseqüentemente, para um físico, mesmo o termo "condensado fermiônico" é um paradoxo.
Por décadas, os físicos vêm propondo que a supercondutividade (que envolve férmions) e o condensado de Bose-Einstein estão intimamente relacionados. Eles propõem que o condensado de Bose-Einstein e a supercondutividade seriam dois extremos de um mesmo comportamento superfluídico, um estado incomum no qual a matéria não apresenta resistência ao fluxo. O hélio líquido superfluídico, por exemplo, quando colocado no centro de um compartimento aberto irá espontaneamente fluir para os dois lados do compartimento.
A temperatura na qual os metais e ligas se tornam supercondutores depende da intensidade da "interação emparelhada" entre seus elétrons. A temperatura mais alta que se conhece na qual ainda ocorre a supercondutividade é de -135º C.
Na experiência que os cientistas agora fizeram, um gás com 500.000 átomos de potássio foi resfriado até 50 bilionésimos de grau acima do zero absoluto e então submetido a um campo magnético. Esse campo magnético fez com que os férmions se juntassem em pares, de forma semelhante aos pares de elétrons que produzem a supercondutividade, o fenômeno no qual a eletricidade flui sem resistência. A equipe da Dra. Jin detectou o emparelhamento e verificou a formação do condensado fermiônico pela primeira vez no dia 16 de Dezembro do ano passado. Apesar da divulgação pela Internet, o trabalho ainda não foi publicado em um periódico científico revisado por outros cientistas.

Açucar invertido?

O açúcar invertido é um ingrediente utilizado pela indústria alimentícia e consiste em um xarope quimicamente produzido a partir do açúcar comum, a sacarose. É usado principalmente na fabricação de balas, para evitar que o açúcar cristalize e dê uma desagradável consistência arenosa ao doce, e biscoitos, aos quais confere maciez e coloração caramelada.

A inversão do açúcar provoca a quebra da sacarose em dois açúcares que formam a sua molécula: glicose e frutose. A fórmula da reação química é a seguinte:

C12H22O11 (sacarose) + H2O (água) => C6H12O6 (glicose) + C6H12O6 (frutose).

O termo invertido decorre de uma característica física da sacarose, que se altera nesse processo: originalmente, um raio de luz polarizada que incide sobre a sacarose gira para a direita. Após o processamento de inversão, a luz desvia para a esquerda.

Lucia Tosi

Referência: Boletim do SBQ
Texto de Heloisa Beraldo do Departamento de Química UFMG

"Comunico, com grande tristeza, que a professora Lucia Tosi faleceu no dia 25/02 em Campinas. Lucia Tosi foi durante muitos anos pesquisadora do CNRS em Paris. Esteve no Brasil em 1977 por ocasião da XVIII International Conference on Coordination Chemistry, 18th ICCC, realizada no campus da USP em São Paulo, e desde então passou a colaborar com pesquisadores de diferentes instituições brasileiras. Participou das primeiras reuniões do Simpósio Nacional de Química Inorgânica (SNQI), o qual, a partir de 1998, passou a chamar-se Brazilian Meeting on Inorganic Chemistry (BMIC). Lucia Tosi foi professora visitante do Departamento de Química da UFMG de 1984 a 1988. Fez depois várias visitas ao Departamento de Química da UFMG
como pesquisadora do CNPq. Ministrou disciplinas de Química Inorgânica, Química Bioinorgânica e História da Química. Teve papel fundamental na consolidação da pesquisa em Química Inorgânica e Bioinorgânica na UFMG e no Brasil. Lucia foi autora de um grande número de artigos científicos abordando vários temas, entre os quais a Química de Metaloproteínas e usos da Espectroscopia Raman. Foi também autora de um livro sobre técnicas
eletroquímicas. Escreveu igualmente muitos trabalhos sobre História da Ciência e sobre o papel das mulheres na Ciência, que foram publicados em revistas internacionais assim como em Química Nova e na revista Ciência Hoje, da SBPC. Contribuiu ainda com a revista Ciência Hoje na Escola. Lucia será sempre lembrada por sua personalidade marcante, sua importante vida acadêmica, seus múltiplos interesses e sua grande alegria de viver."