“Estradas? Para onde vamos não precisamos de estradas.”

"Depois de sofrer um acidente no banheiro quando tentava pendurar um relógio. O Dr. Emmet Brown, teve uma visão de um dispositivo, que mais tarde ele batizaria de capacitor de fluxo. Um aparelho capaz de gerar energia suficiente para realizar a viagem no tempo.

Como visto do filme BACK TO THE FUTURE, o Dr. Brown consegue criar uma maquina do tempo combinando o capacitor de fluxo que ele havia construido depois do acidente no banho, como um carro DeLorean DMC-12.

Para que sua maquina funcione é necessário uma energia de 1.21 GIGAWATTS, para isso usasse o PLUTÔNIO como combustível no o capacitor de fluxo que por sua vez inicia um processo de fissão nuclear com o plutônio para gerar toda a energia necessária. Em seguida combina a energia do plutônio com a aceleração do veiculo, de exatas 88 milhas por hora, cerca de 142 Km\h.

Nessas condições é possível ultrapassar as barreiras do tempo e espaço e assim viabilizar a viagem no tempo, como ele mesmo mostrou ser possível usando seu cachorro Eisntein no procedimento experimental e depois quando seu jovem ajudante Marty Mcfly usou para escapar de terroristas que queriam o plutônio de volta. Assim Mcflay voltou no tempo 30 anos, onde encontrou seus pais, ainda adolescentes e o próprio doutor Brown, 30 anos mais jovem com apenas um rabisco no papel do que seria no futuro o seu capacitor de fluxo.

Mas, será que a ideia que o Dr. Emmet Brown teve, funcionaria se fosse mesmo posta em prática e teria os mesmos resultados mostrados no filme?

            Bom, primeiro vamos tratar do combustível do Delorean DMC-12, O plutônio. O plutônio é um elemento químico dos metais de transição do grupo dos actinídeos. Com número atômico 94 e massa atômica de 244 u, é representando na tabela periódica pelo símbolo Pu e é um elemento bastante radioativo.

 O plutônio é um elemento químico que não é encontrado na natureza, mas é formado pelo decaimento do urânio nas usinas nucleares. É um elemento extremamente tóxico. A inalação ou ingestão de um milésimo (0,0001) de plutônio é fatal. Por isso que o Dr. Emmet e o Mcfly usaram roupas especial para se protegerem dos efeitos da radiação emitida pelo elemento.

O que o Dr. Brown fez na sua máquina, foi usar o plutônio como o combustível para gerar energia. O tipo de combustível nesse caso é o combustível nuclear, que é qualquer material consumido para obter a energia nuclear. Utilizado por usinas nucleares, possui uso questionável devido aos problemas que pode causar caso ocorram acidentes. Basicamente o grande perigo de combustíveis nucleares é o possível dano que pode causa à Natureza pela radioatividade por eles liberada. Tal radioatividade tende a causar danos diretamente nas células dos seres vivos, causando câncer e mutações genéticas. E, uma questão ainda não resolvida, é a destinação final segura do lixo nuclear.

Normalmente o Plutônio é utilizado como combustível nuclear em usinas nucleares. Neste caso é usado a fissão nuclear de pastilhas desta substância que aquecem tanques contendo água. O vapor gerado movimenta turbinas que, ligadas a geradores, produzem energia na forma elétrica. Os combustíveis nucleares, por originarem energia através da fissão nuclear, são extremamente eficientes, torando-os preferíveis ao uso de carvão e outras substâncias na produção de energia elétrica.

Então se fosse realmente usado como fonte de energia em um aparelho tão pequeno e em condições tão adversas como é o capacitor de fluxo, ele certamente não iria ter o resultado esperado. Isso porque a energia gerada pelo plutônio é ainda sim inferior aos 1,21 gigawatts (1.210.000.000 watts) de energia que o Delorean necessita e para conseguir uma energia tão grande o capacitor de fluxo teria que ser alimentado por um outro elemento que consiga atingir a energia necessária. Outro ponto seria que o capacitor teria que ter a capacidade de realizar um processo de fissão nuclear semelhante a uma usina nuclear. Pra ter uma ideia, a usina nuclear de Angra dos Reis I tem a capacidade de produção de 640 megawatts ( 640.000.000 watts) de energia, e ainda sim é inferior a energia que a maquina do tempo do Dr. Brown precisa pra realizar a vagem.  

Como já abordamos, o capacitor de fluxo do Dr. Brown, realiza o processo de fissão nuclear para converter o plutônio em energia. Bom, a fissão nuclear é o processo pelo qual um núcleo de massa grande se divide em dois fragmentos de números de massas comparáveis. Os núcleos com número de massa grande estão sujeitos à fissão espontânea com uma probabilidade muito pequena e sujeitos à fissão induzida artificialmente com uma probabilidade bem maior.

O capacitor de fluxo então pode ser comparado a um reator nuclear, que é um sistema físico que produz e controla uma reação nuclear de fissão em cadeia. Os reatores que utilizam diretamente os nêutrons liberados em cada fissão para produzir novas fissões são chamados de reatores rápidos porque os nêutrons em questão têm energia cinética alta.

Se o capacitor de fluxo é comparável a um reator nuclear. Então para que aconteça a fissão, a energia liberada atinge temperaturas muito altas sendo então necessário o resfriamento o material fissionável, no caso o plutônio. Em um reator, a energia liberada nas fissões, a temperatura do núcleo do reator do moderador tende a aumentar continuamente. Moderador é uma substância de numero de massa pequeno e pode ser água. Em contato com o núcleo do reator, a água liquida entra em ebulição transformando-se em vapor. O vapor é conduzido às turbinas onde expande contra as pás, provocando movimento de rotação das turbinas entrando no condensador onde se transforma em água liquida.  No condensador, o liquido é bombeado para resfriar novamente o núcleo e assim estabilizar a temperatura do reator.

Então se o capacitor de fluxo reverte o plutônio em energia, ele também atinge altas temperaturas necessitando então de um condensador para resfriar todo o sistema. Esse sistema todo integrado a uma carro se torna é impossível, pelos mais diversos impedimentos físicos.  

A grande sonho da viagem do tempo com o capacitor de fluxo usando plutônio como combustível nuclear, idealizado pelo Dr. Emmet Brown ainda não tem condições de se tornar possível. O que conseguimos verificar olhando quimicamente os elementos do projeto foi que ainda necessita ser pensado. O uso de outra fonte de energia e de outra forma para a obtenção dessa energia pode e deve ser revisto. Mas como o Dr. Brown e seu ajudante, o jovem Marty Mcfly, já demonstraram algumas vezes, a viagem no tempo pode ser realizada usando outras fontes e métodos de se conseguir os 1.21 gigawatts de energia para a tão sonhada viagem e o que bastou para isso foi a vontade se realizar um sonho de um velho professor e a persistência de um jovem impulsivo em querer rever sua família."

SEJA BEM VINDO MCFLY #BTTF2015    

Por Gustavo Amorim

Química para crianças!!

Olá, leitores e leitoras da Casa da Química! 

No post de hoje venho divulgar um material produzido no NiDi - Núcleo de Instrumentação Didática, grupo que faz parte da UFRPE - Unidade Federal Rural de Pernambuco, na Unidade Acadêmica de Serra Talhada (para saber mais sobre o NiDi, basta clicar na aba acima aqui no blog). 

A apostila de Química para Crianças foi produzida pela minha aluna Cícera Luciana, sob a minha supervisão. Além disso, a mesma foi apresentada (em seu formato físico) no ENEQ - Encontro Nacional de Ensino de Química de 2014, realizado na cidade de Ouro Preto-MG. As 20 cópias apresentadas no evento foram distribuídas em escolas públicas dos municípios de Serra Talhada-PE e Quixaba-PE.

"A apostila 'A QUÍMICA NO NOSSO DIA A DIA: Química para Crianças!' tem como objetivo discutir alguns conceitos químicos, juntamente com propostas de atividades experimentais, focando os alunos do Ensino Fundamental I. Esse material pode ser usado como um instrumento didático alternativo, por professores deste nível de ensino, pois o mesmo possibilita uma discussão inicial de alguns conceitos básicos de Química, que servirão de base para o aprendizado de novos conceitos por esses alunos futuramente.

Este material foi elaborado com base em discussões teóricas no âmbito das teorias da aprendizagem, tendo como fundamento as ideias de desenvolvidas na Psicologia Cognitiva e Ensino de Ciências, no que diz respeito à contextualização e experimentação.

Esta apostila nasceu como fruto do projeto NiDi – Núcleo de Instrumentação Didática, que elabora e disponibiliza instrumentos didáticos para as escolas da cidade de Serra Talhada e não tem fins lucrativos. A produção desse material foi financiada pela PRAE – Pró-Reitoria de Extensão da UFRPE e por recursos próprios. 

Nesta primeira edição apresentamos alguns experimentos simples e que podem ser realizados em sala de aula. Desejamos aos professores um bom uso desse material e que o mesmo possa ser utilizado usando todo o seu potencial"

Cícera Luciana Rodrigues dos Santos

cicera_luciana@hotmail.com

João Roberto Ratis Tenório da Silva

joaotenorio@uast.ufrpe.br

Se interessou pelo material e quer tê-lo para você? basta fazer o download clicando aqui. 

Até breve!! 

Stephen Hawking: o seu tempo e sua noz.

Olá, caros leitores da Casa da Química! 

Recentemente, assisti ao filme A Teoria de Tudo ("The Theory of Everything"). Como a maioria de vocês deve saber, o filme trata da biografia do físico teórico Stephen Hawking. O longa é baseado no livro "My life with Stephen Hawking" de Jane Wilde Hawking, ex-esposa do cientista. Eddie Redmayne ainda levou o Oscar de melhor ator, interpretando o próprio Stephen Hawking. 

Stephen Hawking à esquerda e Eddie Redmayne na cadeira de rodas. Não pera...

(Fonte: http://media2.s-nbcnews.com/j/streams/2014/November/141105/1D274907154286-1D274907145445-today-hawking-141104.blocks_desktop_large.jpg)

Bem... não estou aqui para fazer a resenha de filme. Deixo isso para o Cinema com Rapadura. Minha intenção aqui é conversar sobre os avanços científicos promovidos pelas ideias do professor Hawking, bem como seu método de pesquisa. No filme, percebemos um pouco como ele elaborou sua tese de doutorado, bem como a refutou posteriormente e culminou na publicação de seu livro Uma Breve História do Tempo ("A Brief History of Time"). Ainda tenho este livro em minha estante e espero ter tempo para ler o melhor momento para ler. Porém, já tive a oportunidade de ler O Universo numa Casca de Noz ("The Universe in a Nutshell"), também de autoria de Stephen Hawking, e percebi várias características do livro durante o filme, principalmente nas passagens que mostram o desenvolvimento de suas ideias. 

Ao visitar essas obras, percebemos a grande carga filosófica que acompanha suas construções teóricas acerca da evolução do Universo. Obviamente, a filosofia não é a única "ferramenta" utilizada por ele, tendo a matemática e estatística como elementos essenciais na construção de teorias (comum na Física Teórica). 

Stephen Hawking, no início de sua carreira acadêmica, ao decidir estudar o conceito de Tempo, acreditava num Universo regido por leis da Física Clássica, bem como Albert Einstein. A ideia de que os corpos celestes se movimentavam num universo constantemente em expansão levou o físico teórico a ideia de que, em algum momento, tínhamos havido um INÍCIO. Sua tese sobre o Tempo logo ganhou notoriedade. Ele estava se apoiando nos ombros de um gigante da Física (Einstein) e logo ele tinha em mãos um modelo teórico pra explicar o início do Universo e do Tempo, com toda uma matemática desenvolvida. Porém, mostrando o movimento natural de uma Ciência flexível e dinâmica, ele mesmo se refutou (não à la Popper... rá!!). Posteriormente, a ideia de um Universo em expansão conflitava com a existência de partículas à nível quântico rondando o Universo. Logo, as leis da Física Clássica não se encaixariam mais nos fenômenos observados. Além disso, a ideia de um Universo em expansão, com um início, causava um grande problema (até hoje, um dos maiores da Ciência): a Singularidade. O que aconteceu no início do Universo? no exato momento em que começou a expansão? Como falou o físico Michio Kaku, nesse momento as equações da física vão pelos ares!!! explodem! elas não fazem sentido! 

Um grande programa de pesquisa surge. Minha ideia aqui, não é mostrar uma história linear. Obviamente, muita coisa aconteceu ao mesmo tempo (como o surgimento da Teoria das Cordas, por exemplo). Mas agora toda a Física procurava responder esse problema. Nesse contexto, nasceu Uma Breve História do Tempo. Agora, Stephen Hawking defendia um Universo sem início e sem fim. Ora... como imaginar um Universo sem um início? não houve uma criação? O Universo é o que é, sempre foi e sempre será? Bem... os físicos respiram! o problema da singularidade estaria, temporariamente, resolvido. Mas não é assim tão simples...

Com uma linguagem simples, objetiva e, as vezes, sarcástica, Stephen Hawking desenvolve essas ideias no livro O Universo Numa Casca de Noz. Nesse "embrulho científico", ele propõe uma teoria única, simples e elegante, que fosse possível explicar todo o Universo. Essa seria a Teoria de Tudo. E temos uma candidata: a Teoria-M (os teóricos da Teoria das Cordas em frenesi!!). Mas... e o método? 

Há quem diga que Stephen Hawking nunca ganhará um Nobel. Seus estudos sobre o Tempo, Universo e Buracos Negros, apesar de uma grande contribuição teórica, carecem de evidências empíricas. Como falei antes, a matemática e o pensamento filosófico são as principais ferramentas dos físicos teóricos! principalmente diante da impossibilidade de testar suas teorias. Recentemente, tivemos o exemplo de Peter Higgs. Décadas depois dele ter "teorizado" a existência do bóson de Higgs, ele foi reconhecido e ganhou o Nobel, graças ao experimento no CERN com o LHC. Porém, exemplos como esses nos fazem refletir sobre o método científico. Como o conhecimento científico é construído? 

Essa é uma pergunta que gostaria de desenvolver em outro post... não neste! sairemos bastante do foco se eu me prolongar sobre isso. Prometo escrever sobre o método científico e a importância de evidências empíricas na Ciência em breve. 

No mais, deixo para que você, leitor, reflita sobre isso... é possível fazer ciência sem evidência empírica?

Até breve!!!

Relação entre matéria e energia

Olá, leitores da Casa da Química!

Como já suspeitava, não estou conseguindo manter a periodicidade na atualização do blog. Difícil fazer isso no meio de tantos afazeres. Gostaria de ter tempo para "conversar" mais e, inclusive, trabalhar com outros tipos de mídia, além do blog. Mas enfim... quem sabe no futuro.

Hoje, gostaria de discutir sobre a relação matéria e energia. É comum estudarmos estes dois conceitos separadamente, através de poucas definições e sem fazer uma relação adequada entre ambos. Acaba que, no fim das contas, reduzimos tanto os conceitos que fica difícil perceber a relação tão estreita entre os dois.

Um certo dia, vi uma frase atribuída a Einstein que dizia: "Matéria e energia são apenas duas manifestações diferentes da mesma realidade física fundamental". Além dessa frase, encontrei outra, dessa vez, atribuída a Dan Brown "A matéria nada mais é do que energia capturada". Essas frases mostram um entendimento da matéria que vai além da clássica definição de que "é tudo que tem massa e ocupa um lugar no espaço". Mostram a matéria como algo que existe dependente de outra entidade: a energia. A matéria, sem energia, não existe. E podemos dizer que o inverso é a mesma coisa... a energia não existe sem a matéria, afinal, ela se manifesta nas relações entre corpos materiais, entre a matéria e o ambiente ou, ainda, quando a matéria se transforma. E existem duas formas de manifestação da energia: calor e trabalho. 

Essas duas formas de manifestação da energia e suas relações com as transformações que a matéria sofre, podem ser compreendidas com uma análise detalhada das três leis da Termodinâmica. Não falarei aqui das leis da Termodinâmica (levaria tempo para fazer um texto objetivo, claro, não cansativo e interessante), então sugiro que, se você deseja se aprofundar, procure um livro de Físico-Química. Mas, discutindo-as en passant sob a perspectiva relacional, que estamos vendo neste post, podemos perceber o seguinte: 

- Na primeira lei, notamos que a variação total de energia interna do universo, advinda do balanço entre calor e trabalho, se dá a partir da forma como a matéria se relaciona com o ambiente, não importando o tipo de sistema ou processo. Sempre haverá um balanço energético se a matéria se transformar; 

- Na segunda lei, percebemos que a quantidade de energia, na forma de calor, absorvida ou liberada pelo sistema irá ocasionar uma mudança na organização do mesmo, aumentando ou diminuindo a entropia do sistema, da vizinhança e do universo; 

- Na terceira lei, podemos predizer se um processo, seja químico ou físico, pode ser espontâneo ou não, graças à energia livre de Gibbs.

Resumidamente, TODO E QUALQUER FENÔMENO provoca transferência energética. Não estou aqui falando nenhuma novidade. Einstein resumiu muito bem a relação entre matéria e energia em sua fórmula clássica: E = m.c2. Porém, mesmo não sendo novidade, ainda insistimos em estudar a matéria ou a energia sem nos darmos conta dessas relações, fazendo com que o conceito seja aprendido de forma fragmentada e reduzida. Tudo no Universo é Matéria + Energia ou Matéria  = Energia. 

Para saber mais sobre a perspectiva relacional/ultrarracionalista:

- Proposta de um perfil conceitual para Substância
- ALGUNS TRAÇOS SOBRE A CRIAÇÃO CIENTÍFICA EM BACHELARD