Um pouco da história da química

A história da química está intrinsecamente ligada ao desenvolvimento do homem, já que abarca todas as transformações de matérias e as teorias correspondentes. Com frequência a história da química se relaciona intimamente com a história dos químicos e — segundo a nacionalidade ou tendência política do autor — ressalta em maior ou menor medida os sucessos alcançados num determinado campo ou por uma determinada nação. A ciência química surge no século XVII a partir dos estudos de alquimia populares entre muitos dos cientista da época. Considera-se que os princípios básicos da química se recolhem pela primeira vez na obra do cientista britânico Robert Boyle: The Sceptical Chymist (1661). A química, como tal, começa a ser explorada um século mais tarde com os trabalhos do francês Antoine Lavoisier e as suas descobertas em relação ao oxigênio com Carl Wilhelm Scheele, à lei da conservação da massa e à refutação da teoria do flogisto como teoria da combustão.

Primeiros avanços da química

O princípio do domínio da química (que para alguns antropólogos coincide com o princípio do homem moderno) é o domínio do fogo. Há indícios de que faz mais de 500.000 anos, em tempos do Homo erectus, algumas tribos conseguiram este sucesso que ainda hoje é uma das tecnologias mais importantes. Não só dava luz e calor na noite, como ajudava a proteger-se contra os animais selvagens. Também permitia a preparação de comida cozida. Esta continha menos microorganismos patogênicos e era mais facilmente digerida. Assim, baixava-se a mortalidade e melhoravam as condições gerais de vida.

O fogo também permitia conservar melhor a comida e especialmente a carne e os peixes secando-os e defumando-os.

Desde este momento teve uma relação intensa entre as cozinhas e os primeiros laboratórios químicos até o ponto que a pólvora negra foi descoberta por uns cozinheiros chineses.

Finalmente, foram imprescindíveis para o futuro desenvolvimento da metalusgia materiais como a cerâmica e o vidro, além da maioria dos processos químicos.

A metalurgia

A metalurgia como um dos principais processos de transformação utilizados até hoje começou com o descobrimento do cobre. Ainda que exista na natureza como Elemento químico, a maior parte acha-se em forma de minerais como a calcopirita, a azurita ou a malaquita. Especialmente as últimas são facilmente reduzidas ao metal. Supõe-se que algumas jóias fabricadas de algum destes minerais e caídas acidentalmente ao fogo levaram ao desenvolvimento dos processos correspondentes para obter o metal.

Depois, por experimentação ou como resultado de misturas acidentais se descobriu que as propriedades mecânicas do cobre podiam-se melhorar em suas ligas de metais. Especial sucesso teve a liga de metais do cobre com o estanho e traças de outros elementos como o arsênio — liga conhecida como bronze — que se conseguiu de forma aparentemente independente no Oriente Próximo e na China, desde onde se estendeu por quase todo o mundo e que deu o nome à Idade do Bronze.

Umas das minas de estanho mais importantes da Antiguidade se achavam nas Ilhas Britânicas. Originalmente o comércio foi dominado pelos Fenícios. Depois, o controle deste importante recurso provavelmente fora a razão da invasão romana na Britânia.

Os Hititas foram um dos primeiros povos a obter o ferro a partir dos seus minerais. Este processo é muito mais complicado já que requer temperaturas mais elevadas e, portanto, a construção de fornos especiais. No entanto, o metal obtido assim era de baixa qualidade com um elevado conteúdo em carbono, tendo que ser melhorado em diversos processos de purificação e, posteriormente, ser forjado. A humanidade demorou séculos para desenvolver os processos actuais de obtenção deaço (geralmente por oxidação das impurezas insuflando oxigênio ou ar no metal fundido, processo conhecido com o nome de "processo de Bessemer"). O seu domínio foi um dos pilares da Revolução Industrial.

Outra meta metalúrgica foi a obtenção do alumínio. Descoberto a princípios do século XIX e, no princípio, obtido por redução dos seus sais com metais alcalinos, destacou-se pela sua rapidez. O seu preço superou o do ouro e era tão apreciado que uns talheres presenteados à corte francesa foram fabricados neste metal. Com o descobrimento da síntese por eletrólise e posteriormente o desenvolvimento dos geradores elétricos, o seu preço caiu, abrindo-se novo.

A cerâmica

Outro campo de desenvolvimento que acompanhou o homem desde a Antiguidade até o laboratório moderno é a cerâmica. Suas origens datam da pré-história, quando o homem descobriu que os recipientes feitos de argila mudavam as suas características mecânicas e incrementavam sua resistência frente à água se eram esquentados no fogo. Para controlar melhor o processo desenvolveram-se diferentes tipos de fornos. No Egito descobriu-se que, recobrindo a superfície com misturas de determinados minerais (sobretudo misturas baseadas no feldspato e a galena, esta se cobria com uma capa muito dura e brilhante, o esmalte, cuja cor podia variar livremente adicionando pequenas quantidades de outros minerais e/ou condições de aeração no forno). Estas tecnologias difundiram-se rapidamente. Na China aperfeiçoaram-se as tecnologias de fabricação das cerâmicas até descobrir a porcelana no século VII. Somente no século XVIII foi que Johann Friedrich Bottger reinventou o processo na Europa.

Relacionado com o desenvolvimento da cerâmica está o desenvolvimento do vidro a partir do quartzo e do carbonato de sódio ou de potássio. O seu desenvolvimento igualmente começou no Antigo Egito e foi aperfeiçoado pelos romanos. A sua produção em massa no final do século XVIII obrigou ao governo francês a promover um concurso para a obtenção do carbonato sódico, já que com a fonte habitual - as cinzas da madeira - não se obtinham em quantidades suficientes como para cobrir a crescente demanda. O ganhador foi Nicolas Leblanc, ainda que seu processo caiu em desuso devido ao processo de Solvay, desenvolvido meio século mais tarde, que deu um forte impulso ao desenvolvimento da indústria química.

Sobretudo as necessidades da indústria óptica de vidro de alta qualidade levaram ao desenvolvimento de vidros especiais com adicionados de boratos, aluminosilicatos, fosfatos etc. Assim conseguiram-se vidros com constantes de expansão térmica especialmente baixas, índices de refração muito elevados ou muito pequenos, etc. Este desenvolvimento impulsionou, por exemplo, a química dos elementos das terras-raras.

Ainda hoje a cerâmica e o vidro são campos abertos à investigação.

A química como ciência

O filósofo grego Aristóteles acreditava que as substâncias eram formadas por quatro elementos: terra, vento, água e fogo. Paralelamente, discorria outra teoria, o atomismo, que postulava que a matéria era formada por átomos, partículas indivisíveis que se podiam considerar a unidade mínima da matéria. Esta teoria, proposta pelo filósofo grego Demócrito de Abdera não foi popular na cultura ocidental dado o peso das obras de Aristóteles na Europa. No entanto, tinha seguidores (entre eles Lucrécio) e a idéia ficou presente até o princípio da Idade Moderna.

Entre os séculos III a.C. e o século XVI d.C a química estava dominada pela alquimia. O objetivo de investigação mais conhecido da alquimia era a procura da pedra filosofal, um método hipotético capaz de transformar os metais em ouro. Na investigação alquímica desenvolveram-se novos produtos químicos e métodos para a separação de elementos químicos. Deste modo foram-se assentando os pilares básicos para o desenvolvimento de uma futura química experimental.

A química, como é concebida atualmente, começa a desenvolver-se entre os séculos XVI e XVII. Nesta época estudou-se

o comportamento e propriedades dos gases estabelecendo-se técnicas de medição. Pouco a pouco foi-se desenvolvendo e refinando o conceito de elemento como uma substância elementar que não podia ser descomposto em outras. Também esta época desenvolveu-se a teoria do flogisto para explicar os processos de combustão.

Por volta do século XVIII a química adquire definitivamente as características de uma ciência experimental. Desenvolvem-se métodos de medição cuidadosos que permitem um melhor conhecimento de alguns fenômenos, como o da combustão da matéria, Antoine Lavoisier, o responsável por perceber a presença do carbono nos seres vivos e a complexidade de suas ligações em relação aos compostos inorgânicos; e assentando finalmente os pilares fundamentais da química moderna.

O vitalismo e o começo da química orgânica

Tão cedo se compreendessem os princípios da combustão, outro debate de grande importância apoderou-se da química: o vitalismo e a distinção essencial entre a matéria orgânica e inorgânica. Esta teoria assumia que a matéria orgânica só podia ser produzida pelos seres vivos atribuindo este facto a uma vis vitalis (força ou energia vital) inerente na própria vida. A base desta teoria era a dificuldade de obter matéria orgânica a partir de precursores inorgânicos. Este debate foi revolucionado quando Friedrich Wohler descobriu acidentalmente como se podia sintetizar a ureia a partir do cianato de amônio, em 1828, mostrando que a matéria orgânica podia criar-se de maneira química. No entanto, ainda hoje se mantém a classificação em química orgânica e inorgânica, ocupando-se a primeira essencialmente dos compostos do carbono e a segunda dos compostos dos demais elementos.

Os motores para o desenvolvimento da química orgânica eram, no princípio, a curiosidade sobre os produtos presentes nos seres vivos (provavelmente com a esperança de encontrar novos fármacos) e a síntese dos corantes ou tinturas. A última surgiu depois da descoberta da anilina por Runge e a primeira síntese de um corante artificial por Perkin.

Depois adicionaram-se os novos materiais como os plásticos, os adesivos, os cristais líquidos, os fitossanitários, etc.

Até à Segunda Guerra Mundial a principal matéria-prima da indústria química orgânica era o carvão, dada a grande importância da Europa no desenvolvimento desta parte da ciência e o facto de que em Europa não há grandes jazigos de alternativas como o petróleo.

Com o final da segunda guerra mundial e o crescente peso dos Estados Unidos no sector químico, a química orgânica clássica se converte cada vez mais na petroquímica que conhecemos hoje. Uma das principais razões era a maior facilidade de transformação e a grande variedade de produtos derivados do petróleo.

A tabela periódica e a descoberta dos elementos químicos

Em 1860, os cientistas já tinham descoberto mais de 60 elementos químicos diferentes e tinham determinado sua massa atômica. Notaram que alguns elementos tinham propriedades químicas similares pelo que deram um nome a cada grupo de elementos parecidos. Em 1829, o químico J. W. Dobenreiner organizou um sistema de classificação de elementos no qual estes agrupavam-se em grupos de três denominados tríades. As propriedades químicas dos elementos de uma tríade eram similares e suas propriedades físicas variavam de maneira ordenada com sua massa atômica.

Alguns anos mais tarde, o químico russo Dmitri Ivanovich Mendeleyev desenvolveu uma tabela periódica dos elementos segundo a ordem crescente das suas massas atômicas. Dispôs os elementos em colunas verticais começando pelos mais levianos e, quando chegava a um elemento que tinha propriedades semelhantes às de outro elemento, começava outra coluna. Em pouco tempo Mendeleiev aperfeiçoou a sua tabela acomodando os elementos em filas horizontais. O seu sistema permitiu-lhe predizer com bastante exatidão as propriedades de elementos não descobertos até o momento. A grande semelhança do germânio com o elemento previsto por Mendeleyev conseguiu finalmente a aceitação geral deste sistema de ordenação que ainda hoje segue-se aplicando.

A evolução da Tabela Periódica

Tabela periódica de Mendeleyev

Tabela periódica atual

Desenvolvimento da teoria atômica

Ao longo do século XIX a química estava dividida entre os seguidores da teoria atômica e aqueles que não a subscreviam, como Wilhelm Ostwald e Ernst Mach. Os impulsores mais decididos da teoria atômica foram Amedeo Avogadro, Ludwig Boltzmann e outros, que conseguiram grandes avanços no entendimento do comportamento dos gases. A disputa foi finalizada com a explicação do efeito Browniano por Albert Einstein em 1905 e pelos experimentos de Jean Perrin a respeito.

Muito antes que a disputa tivesse sido resolvida muitos pesquisadores tinham trabalhado sob a hipótese atômica. Svante Arrhenius tinha pesquisado a estrutura interna dos átomos propondo a sua teoria da ionização. O seu trabalho foi seguido por Ernest Rutherford, quem abriu as portas ao desenvolvimento dos primeiros modelos de átomos que desembocariam no modelo atômico de Niels Bohr. Na actualidade o estudo da estrutura do átomo considera-se um ramo da física e não da química.

A evolução dos modelos atômicos

Modelo atômico de Thomson

Modelo atômico de Rutherford

Modelo atômico de Bohr