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Um
século de
Química Moderna
Uma
das definições da Química diz que "é
a ciência que estuda a matéria e suas transformações
e procura adaptá-las para o bem estar do homem". É
graças a química que, hoje, temos automóveis, computadores,
máquinas de lavar louças, sabonetes hidratantes, remédios
e colchões ortopédicos. O conforto é um produto do
século 20 - uma consequência da evolução da
Química!
O século 20 foi, sem dúvida alguma, o de maior significado
para a química. O acúmulo de conhecimentos nesta ciência
foi maior nos últimos cem anos do que em toda a história
anterior. Uma das formas de ter uma visão panorâmica da evolução
da química no século 20 é através de uma revisão
dos prêmios Nobel conferidos desde 1901 até 2000. O QMCWEB
apresenta todos os ganhadores do Prêmio Nobel de Química
e as suas pesquisas premiadas.
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O
século do plástico
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No
século passado
a palavra "plástico" sequer existia em nosso
vocabulário. Graças ao desenvolvimento da química
orgânica e sintética, no século 20, os
plásticos (polímeros sintéticos) se tornaram
onipresentes em nossa vida. Os plásticos também
já estiveram presentes aqui no QMCWEB. Confira:
arquivo://A.era.dos.Plásticos
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Tal como
o século 20, a entrega de Prêmios Nobel para a Química
também iniciou em 1901. Entretanto, na primeira
década do século, a única tarefa da academia
foi decidir a ordem em que os ganhadores seriam premiados. Para o primeiro
prêmio, 11 das 20 nominações indicaram van't Hoff
(Nobel_1901). Embora ele, neste momento, já tivesse publicado uma
tese dizendo que o carbono apresentava quatro ligações sob
uma forma tetraédrica (base da química orgânica moderna),
o prêmio foi para o seu trabalho com cinética química,
equilíbrio e pressão osmótica em soluções,
publicados em 1884 e 1886. Segundo van't Hoff, a pressão osmótica
de soluções da maioria das substâncias era igual à
pressão gasosa que estas substâncias exerceriam se estivessem
na ausência do solvente. Uma excessão, entretanto, ocorria
quando o solvente era a água e o soluto era um ácido, uma
base ou um sal. Arrhenius mostrou que isto poderia ser explicado, assumindo
que estas substâncias, em água, dissociam-se em íons.
Arrhenius apresentou esta idéia em sua tese de doutorado, em 1884.
A sua proposta não foi bem aceita pela comunidade científica;
mesmo assim, Ostwald viajou até Uppsala para trabalhar com Arrhenius.
Em 1903, Arrhenius foi laureado com o Prêmio Nobel em Química.
Em 1909, foi a vez de Ostwald, por seus trabalhos com cinética
e catálise de reações.
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Paz
& Amor
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Desde
os tempos mais remotos que o homem busca, na natureza, substâncias
capazes de alterar seu estado físico e mental e
suas percepções sensoriais. Exemplos destas drogas
naturais são o ópio, a cafeína, o álcool,
a cocaína e a mescalina. Mas foi somente no século
20 que surgiram as drogas sintéticas, como o LSD, a heroína,
o ecstasy e, mais recentemente, o ICE. Tudo graças aos avanços
na síntese orgânica. O QMCWEB já falou sobre
o ecstasy! Confira em:
arquivo://Ecstasy.set.you.free
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Três dos prêmios da primeira década do século
foram para pioneirismos na química
orgânica: Fischer (1902), Baeyer (1905) e Wallach (1910).
Fisher desenvolveu metodologias para a classificação
e síntese de carbo-hidratos. Baeyer deu importante contribuições
para a indústria química e para a síntese orgânica,
sobretudo em seus trabalhos com corantes orgânicos e terpenos. Wallach
estudou compostos alicíclicos, não somente o terpeno, mas
outros óleos etéreos. Dois prêmios foram pela descoberta
de novos elementos: Ramsay (1904) pela descoberta de vários
gases nobres e Moissan (1906) pelo isolamento do flúor. Além
desta descoberta, Moissan foi o primeiro a utilizar o forno elétrico
no laboratório de química. Com este forno, altas temperaturas
puderam ser alcançadas, representando um salto na química
experimental.
A transmutação de um elemento
em outro, sonho dos alquimistas, foi descoberta por Rutherford,
conferindo-lhe o prêmio Nobel em 1908. Ele também recebeu
várias indicações para o Nobel em Física.
Nesta década, um dos prêmios foi para um trabalho que mostrou
que uma teoria antiga estava errada. A teoria
da Força Vital era defendida mesmo por Louis Pasteur,
que garantia que a fermentação do álcool ou de açúcares
somente poderia ocorrer na presença de células vivas (fermento
biológico). Em 1987 Buchner mostrou que a fermentação
é um processo catalítico que resulta da ação
de enzimas, sem a necessidade de células vivas. O experimento de
Buchner é tido como o nascimento da bioquímica. Ele ganhou
o prêmio Nobel em 1907.
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Além
do chazinho
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A
medicina do século 19 não ia além de chás
de ervas medicinais e duvidosos elixires milagrosos. Hoje temos
farmácias, com um sem número de remédios e
vacinas para as mais diversas doenças. O estudo da ação
biológica das mais diversas substâncias (a grande maioria
inéditas) levou ao conhecimento das causas e curas para muitos
males. E tudo isto aconteceu no século 20. O QMCWEB já
falou sobre a química medicinal. Confira em:
arquivo://Química.Medicinal
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Dos prêmios que foram dados a partir de 1911, 5 foram distribuídos
para cientistas que deram importantes contribuições
para a química Geral e fundamental: Richards (1914),
que determinou a massa atômica de vários elementos; Aston
(1922), descobridor de vários isótopos e invenção
do espectrômetro de massa; Langmuir (1932), que estudou fenômenos
de superfície em interfaces; Herzberg (1971) e Ernst
(1991), o inventor do NMR. O NMR é muito utilizado na química
e, hoje, encontra aplicações na medicina e biologia.
Embora o
primeiro prêmio Nobel, para van't Hoff possa ser, em parte, considerado
relacionado à Termodinâmica,
foi somente a partir da segunda década que esta área passou
a ser laureada com o prêmio. Já em 1920 Nernst ganhou
o prêmio, por estudos em termoquímica; ele não somente
descobriu a "terceira lei da termodinâmica" como mostrou
que é se possível calcular a constante de equilíbrio
de uma reação com bases em dados térmicos. Sua versão
para a 3a lei da termodinâmica foi melhorada por Arrhenius
e foi demonstrada correta, experimentalmente, por Giauque, que
ganhou o prêmio Nobel de 1949. Ele também demonstrou que
é se possível determinar a entropia através de dados
espectroscópicos. Outro prêmio para a Termodinâmica
foi para o trabalho de Onsager, que lidava com a termodinâmica
de processos irreversíveis. Com a ajuda da mecânica estatística,
Onsager desenvolveu a teoria das relações recíprocas,
que lhe conferiu o prêmio Nobel em 1968. Em 1977 foi a vez de Prigogine,
com sua teoria de estruturas dissipativas, em sistemas fora do equilíbrio.
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O
quê somos nós?!
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Não
tínhamos idéias de nossa composição
química no século 19. Ninguém sabia que existiam
proteínas, ácidos nucléicos, lipídeos
ou colesterol. Embora a anatomia humana já tivesse sido bastante
explorada anteriormente, foi só no século 20 que passamos
a conhecer a composição química dos seres vivos.
O QMCWEB publicou vários artigos sobre temas relacionados;
entre eles, um sobre proteínas e comunicação
intercelular. Confira em:
arquivo://O.mundo.das.Proteínas
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Tudo o que
sabemos sobre ligações
químicas vem de trabalhos feitos neste século.
Pauling recebeu o prêmio Nobel em Química em 1954,
por vários trabalhos relacionados à ligação
química. São deles os livros "Introduction to Quantum
Mechanics" (1935) e "The Nature of the Chemical Bond" (1939).
Em 1962, Pauling também foi laureado com Prêmio Nobel da
Paz, sendo este a única pessoa a receber dois prêmios Nobel
inteiros até hoje. A teoria o orbital molecular, comumente ensinada
aos alunos de química geral, foi desenvolvida por Mulliken,
o que lhe conferiu o prêmio Nobel em 1966.
A elucidação de estruturas
químicas é uma arte que, no século 20,
se tornou uma tarefa rotineira. Debye (1936) ganhou o primeiro
prêmio por aplicação de difração de
raios-X na química, embora tenha sido para a determinação
de momento de dipolos em gases. Entretanto, esta técnica passou,
logo, a ser usada na determinação de estruturas.
Muitos prêmios foram conferidos pela determinação
de estruturas de macromoléculas. Sanger ganhou dois: em
1955, sozinho, pela determinação da estrutura da insulina;
e 1980, dividiu o prêmio por métodos no sequenciamento de
nucleotídeos em amino-ácidos. Perutz e Kendrew
(1962) dividiram o prêmio pela elucidação da estrutura
da hemoglobina. Dois anos depois, Hodgkin ganhou o prêmio
pela elucidação da estrutura da penicilina e vitamina B12.
A estrutura tridimensional de proteínas e enzimas, entretanto,
somente foi determinada após os trabalhos de Michel e Deisenhofer,
que descobriram como cristalizar proteínas e enzimas. Juntamente
com Huber, eles dividiram o prêmio Nobel de 1988.
Alguns prêmios foram para a química
inorgânica. O primeiro foi em 1913, para Werner,
que estudou compostos de coordenação. Ele praticamente criou
este campo de estudo que, hoje sabe-se, foi extremamente importante para
o desenvolvimento tecnológico do século 20. A síntese
da amônia, a partir de seus elementos, foi o motivo da premiação
para Haber (1918); o aprimoramento desta técnica e o desenvolvimento
do método industrial deu a Bosh o prêmio, em 1931, juntamente
com Bergius.
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O
código da vida
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Neste
século que passou, graças aos avanços da química,
descobrimos que todas as instruções para a construção
de um determinado ser vivo estão impressos em algumas macromoléculas,
residentes em cada uma de suas células. Terminamos o século
com o mapeamento completo de todo o genoma humano e, logo, entraremos
na era da medicina genética. O QMCWEB já falou sobre
o código genético e a origem da vida. Confira em:
arquivo://A.Origem.da.Vida
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Muitos dos trabalhos premiados com o Nobel viraram aplicações
na indústria ou na medicina. É o caso do trabalho
de Hevesy (1943), com marcadores radioativos, que também
tem aplicações na geoquímica, ou a datação
de carbono-14, criada por Libby (1960).
A química orgânica
praticamente nasceu neste século, e vários prêmios
foram dados para esta área. Barton e Hassel (1969)
dividiram um prêmio por suas contribuições no estudo
da conformação espacial de átomos em moléculas,
a estereoquímica. Em 1975, o prêmio também foi para
a estereoquímica, para Warcup e Prelog. Fischer
e Wikinson dividiram o prêmio de compostos rganometálicos,
os "sanduíches", em 1973. Lehn, Cram e
Pedersen (1987) criaram estruturas orgânicas capazes de interagir
com cátions metálicos, mimetizando o comportamento de enzimas
e proteínas. Olah (1994) ganhou o prêmio por suas
contribuições na química do carbocátion -
tema frequente nas aulas de química orgânica! Curl,
Kroto e Smalley descobriram os fulerenos, onde 60 ou 70 átomos
de carbono estão ligados covalentemetne para formar uma espécie
de bola.
Também
em qualquer livro de química orgânica encontra-se o "reagente
de Grignard". Grignard recebeu o prêmio,
pela criação deste versátil reagente, em 1912. Este
prêmio foi dividio com Sabatier, que desenvolveu métodos
catalíticos de hidrogenação
de compostos orgânicos. É por este método, por exemplo,
que se obtém a margarina a partir do óleo vegetal. Outras
reações famosas foram laureadas com o Nobel. A produção
de muitos polímeros, na indústria, envolve passos com a
"reação de Diels-Alder".
Diels e Alder diviram o prêmio Nobel em 1950, embora
seu trabalho já tivesse sido publicado em 1928. Woodward
(1965) é conhecido como o pai da síntese orgânica
moderna, devido a suas rotas sintéticas propostas para várias
substâncias naturais, como o colesterol, a clorofila e a vitamina
B12. Um tratado teórico da síntese orgânica foi feito
por Corey (1990); esta sistematização permitiu-o
a sintetizar vários compostos biologicamente ativos complexos,
e lhe conferiu o prêmio Nobel.
A Química dos Produtos Naturais
começou a ser contemplada ainda em 1915, com Willstatter,
que descobriu que o grupo heme da hemoglobina e a clorofila eram estruturalmente
similares, e que o primeiro liga-se ao íon ferro, enquanto que
o segundo ao íon magnésio. Wieland (1927) e Windauss
(1928) ganharam prêmios no estudo de esteróides. Harworth
(1937) foi o primeiro químico a sintetizar a vitamina C, permitindo
sua produção industrial, e estabeleceu a estrutura cíclica
da glucose. Kuhn (1938) estabeleceu a estrutura da vitamina B2
e trabalhou com carotenóides.
Em 1947, Robinson foi premiado pelo seu imenso estudo com alcalóides,
como a morfina. Vigneaud (1955) ganhou o prêmio pela síntese
de dois hormônios peptídicos, a vasopressina e a oxitocina.
Todd (1957) foi premiado pela síntese da ATP e ADP, além
da determinação da estrutura da FAD.
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Estatísticas
do Nobel
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>Os
primeiros 100 anos de Prêmios Nobel para Química
fornecem um ponto de vista do desenvolvimento da Química moderna.
Os prêmios vão desde a química básica,
teórica à bioquímica e química aplicada.
A Química Orgântica recebeu 25 prêmios: a mais
premiada de todas as áreas. A físico-química,
envolvendo cinética, termodinâmica e química espectroscópica
recebeu 13 prêmios. A bioquímica recebeu 11, embora muitos
dos outros prêmios possam, também, ser classificados
nesta área. A análise estrutural recebeu 8 prêmios.
>Dentre os países, USA
domina com 46 premiações, seguido da Alemanha, com 26
premiados, acompanhado de perto pela Inglaterra, com 25. A França,
quarta colocada, tem 7. O único país da américa
latina com um prêmio Nobel em química é a Argentina.
> A primeira mulher a receber
o prêmio Nobel em Química foi Marie Curie (1911).
Mas ela não foi a única: Dorothy Hodgkin (1964)
e Irene Joliot-Curie (1935) fazem parte deste restrito clube
de mulheres agraciadas com o prêmio Nobel em Química.
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Alguns prêmios foram para trabalhos
envolvendo macromoléculas (polímeros ou biomoléculas)
em solução. O termo "macromoléula" foi
inventado por Staudinger (1953), que mostrou que os polímeros
eram constituídos pela repetição de várias
unidades monoméricas. Ziegler e Natta (1963) diviram
o prêmio por seus trabalhos com a utilização de compostos
organometálicos como catalizadores em reações de
polimerização. Flory (1974) desenvolveu um tratado
fundamental teórico e experimental da físico-química
de macromoléculas.
Uma das áreas mais contempladas tem sido a bioquímica.
Harden (1929), por estudos sobre a fermentação; von
Euler (1929), pela determinação da estrutura do NAD+;
Calvin (1961) pela elucidação do ciclo do carbono
na fotossíntese. Mitchell (1978) pela teoria quimiostática,
que explica a transferência de elétrons por enzimas trans-membranas
e a síntese do ATP; Leloir, um argentino (o único
químico da américa do sul a ser laureado), ganhou o prêmio,
em 1970, pela descoberta dos nucleotídeos e sua função
na síntese de carbo-hidratos. Muitos trabalhos com ácidos
nucléicos foram contemplados, tais como os de Berg
e Gilbert (1980); Altman e Cech (1989) e Mullis e Smith
(1993).
A química
pode ser estudada, também, para a resolução de certos
problemas específicos. É aí que esta se torna a química
aplicada. Foi o caso do trabalho de Virtanen (1945),
que tentava encontrar maneiras de evitar a fermentação e
putrefação dos montes de fenos estocados para o inverno.
O problema do buraco na camada de ozônio foi elucidado por Molina,
Rowland e Crutzen (1995). Foram eles que mostraram como a emissão
de CFCs estava ligada ao desaparecimento do ozônio. Hoje, todos
sabemos o que é e qual é a importância do ozônio,
e vários países assinaram um tratado para eliminar a emissão
de CFCs nos próximos anos.
A Química, se comparada a um humano, acaba de entrar na puberdade.
Neste século que se inicia, as conquistas desta ciência serão
ainda mais fantásticas. É difícil prever o que vai
acontecer nos próximos 100 anos, da mesma forma que ninguém,
em 1901, seria capaz de adivinhar o que estaria por vir no século
20. Mas podemos, ao menos, tentar: para o QMCWEB, os
Prêmios Nobel para a Química no século 21
serão, provavelmente, distribuídos para inovações
na química dos materiais, computacional e na bioquímica
de sinalização intercelular. Resta-nos esperar para ver...
e conferir, sempre, aqui, no QMCWEB!
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