JUNTANDO ÁTOMOS

Por que a última camada é tão importante no estudo dos átomos? 

Ontem, me fizeram essa pergunta enquanto eu explicava a distribuição eletrônica dos elétrons em um átomo. É com essa pergunta que inicio a aula da semana!

1 - Entendendo a diferença entre átomo e elemento químico

Elemento químico é a matéria existente na natureza ou fabricada em laboratório. O Oxigênio por exemplo, é um elemento químico natural e o Frâncio (Fr),  é sintetizado em laboratório por isso, artificial. 

Um elemento químico é formado por um conjunto de átomos com o mesmo número atômico, então, o elemento químico Oxigênio (O), possui vários átomos com 8 prótons. O elemento Frâncio, forma-se a partir de um conjunto de vários átomos com 87 prótons.

2- O que é um átomo neutro eletronicamente? 

Os átomos que compõem cada elemento químico, estão eletricamente neutros, por isso, para cada próton do núcleo, possuem um elétron. Assim, o Oxigênio possui 8 prótons E 8 elétrons.

Mas.... a maioria dos átomos não se encontra estável naturalmente, mesmo que todos sejam eletricamente neutros. 

3- Distribuição dos elétrons nas órbitas eletrônicas

Segundo o modelo de Rutherford-Bohr, as partículas de um átomo se distribuem de acordo com sua carga, desse modo, os prótons ficam situados no núcleo, e os elétrons, nas órbitas eletrônicas:

Mas, repare que na última camada, o Cloro está com 7 elétrons e portanto, ele não é um átomo estável. Para adquirir essa estabilidade eletrônica, é necessário que ele interaja com outro átomo, formando uma ligação química.

4 - Regra do Octeto

A regra do octeto, baseia-se na Teoria do octeto, proposta por Lewis. Segundo essa teoria, para um átomo adquirir estabilidade, a última camada deverá possuir 8 elétrons.

Os únicos átomos estáveis naturalmente, são os localizados no último grupo da tabela: o grupo 18 (8A), chamados GASES NOBRES, pois não formam ligações químicas com outros elementos.

As ligações químicas ocorrem entre diferentes átomos que podem: doar, receber ou compartilhar elétrons.

Existem três tipos de ligações químicas, as quais não serão estudadas por enquanto. Nos concentraremos na regra do octeto.

Voltando ao exemplo do Cloro: 

Na última camada, ele possui 7 elétrons, então, para tornar-se estável, precisa completar essa camada com mais 1 elétron. 

Agora vamos entender o caso do Hidrogênio:

O Hidrogênio é um elemento atípico, ele tem apenas 1 próton, e 1 elétron, por isso, apresenta apenas uma órbita eletrônica:

Pois então,  como existe apenas 1 elétron na última camada, o Hidrogênio adquire estabilidade se doar este único elétron para o Cloro:

Agora, o Cloro ficou estável pois completou sua última camada com 8 elétrons, e os dois átomos formaram uma substância representada pela fórmula: HCl, muito conhecida como "água sanitária" ou "Quiboa" ou "Clorofina"... 

Vamos ver outro exemplo, a água, cuja fórmula é H2O...

O Oxigênio tem 8 elétrons, distribuídos de maneira a ficar com 6 elétrons na última camada:

para atingir a estabilidade, ele precisa de mais dois elétrons, pois, 6 + 2 = 8, o Hidrogênio pode doar um, logo, para conseguir os dois elétrons, o Oxigênio se liga a dois átomos de Hidrogênio, numa ligação em que cada Hidrogênio doa um elétron para a estabilidade do Oxigênio:

Por isso, a fórmula da água é H2O: para formar uma molécula de água, são necessários dois Hidrogênios que completam a última camada do Oxigênio...

Uma interação atômica não é eterna, as ligações se modificam, formando substâncias diferentes. 

Por exemplo, um átomo de Oxigênio também pode adquirir estabilidade compartilhando elétrons com outro Oxigênio, formando o Gás Oxigênio - O2:

Nesse caso os elétrons são compartilhados, não doados. Ou seja os dois Oxigênios utilizam juntos os elétrons e completam simultaneamente a última camada. Outro caso de compartilhamento de elétrons muito conhecido é o Gás Carbônico -  CO2:

O Carbono tem 4 elétrons na última camada, precisa de mais 4 para completar 8. Cada Oxigênio tem 6 elétrons na última camada, cada um deles precisa de mais 2, para fechar 8....A interação se faz entre um Carbono e dois Oxigênios, que "utilizam" juntos os 4 elétrons envolvidos na ligação.

Para entender melhor essa história de "compartilhar elétrons", pense assim:

Você quer um vídeo game, seu irmão também. Você só tem metade do dinheiro, o teu irmão tem a outra metade. Vocês dois juntam o dinheiro, compram o vídeo game e utilizam juntos o vídeo game!

A última camada é tão importante, para a formação de substâncias, que ela também é chamada de CAMADA DE VALÊNCIA, afinal, é a última camada que determina com quantos elétrons válidos, cada átomo irá colaborar na ligação química! 

FOTOSSÍNTESE - FATOS E MITOS

Fonte: https://gfycat.com/hollowsmallbird

A fotossíntese é um processo metabólico efetuado por cianobactérias e plantas, com o objetivo de produzir matéria orgânica. 

Durante o processo, a molécula de água é quebrada pela energia luminosa, em um fenômeno denominado: fotólise (Foto= LUZ + Lise= QUEBRA). A  fotólise da água separa os átomos formadores da molécula de água (H₂O): 2 Hidrogênios e 1 Oxigênio, fornecendo Hidrogênios, que serão unidos ao Gás Carbônico (CO₂) para a compor a Glicose (C₆H₁₂O₆), e Gás Oxigênio (O₂) que será liberado para a atmosfera.

A fotossíntese é um fenômeno que rende alguns equívocos de interpretação, os quais discutirei agora:

"As plantas fazem fotossíntese e produzem Oxigênio para os animais respirarem" - As plantas têm mais o que fazer do que serem boazinhas para os animais... a  fotossíntese, tem como objetivo principal, produzir matéria orgânica para o crescimento vegetal.

"Sem as plantas, não teríamos oxigênio para respirar" - As plantas produzem uma grande quantidade oxigênio, MAS, também utilizam esse Oxigênio produzido, para respirarem, então, colaboram com uma porcentagem bem baixa, de produção do Oxigênio atmosférico.

"A fotossíntese é a respiração das plantas" - Fotossíntese e Respiração aeróbia são fenômenos metabólicos antagônicos e complementares, para produção de ATP (energia). As plantas executam os dois: Respiração aeróbica E Fotossíntese!

"A Amazônia é o pulmão do mundo" - Esse é o maior mito de todos, como já foi dito: AS PLANTAS CONSOMEM, EM SUA PRÓPRIA RESPIRAÇÃO, GRANDE PARTE DO OXIGÊNIO QUE PRODUZEM NA FOTOSSÍNTESE. Logo, não poderiam garantir concentrações altas de Oxigênio atmosférico! Se a analogia do "pulmão" pudesse ser utilizada para explicar produção de Oxigênio atmosférico, esse cargo caberia às cianofíceas, bactérias que vivem principalmente em água doce e produzem Oxigênio por fotossíntese, mas não consomem Oxigênio, pois não fazem respiração aeróbia. 

A Amazônia, por seu grande volume de árvores, é responsável pela manutenção da temperatura do planeta. Por fixar muito Gás Carbônico durante a fotossíntese, a floresta produz muita matéria orgânica e reduz a concentração de CO₂  atmosférico, atuando com muita eficácia no controle do Efeito Estufa.

"Plantas que ficam no quarto à noite, 'envenenam' o ar dos humanos." - Essa tem relação com os conceitos de "fase clara" e "fase escura" . Na fase clara, a fotossíntese produz Oxigênio, na fase escura, Glicose. A fase clara ocorre apenas na presença de luz, sendo sua fonte natural ou artificial; a fase escura, por outro lado, acontece tanto na presença de luz quanto na ausência desta. Ou seja, durante a noite as plantas não produzem Oxigênio, mas isso não quer dizer que elas o consumam em maior quantidade que o seu irmão, por exemplo, que dorme no mesmo quarto que você.    

_{Como  todos os processos naturais, a fotossíntese desperta a curiosidade humana, e interpretações equivocadas, cujo objetivo principal, muitas vezes, é compreendê-la como um fenômeno à disposição dos seres humanos. Entretanto, é necessário que os seres humanos repensem o entendimento que fazem parte do meio ambiente. O Meio ambiente NÃO EXISTE PARA SER EXPLORADO, MAS CUIDADO! O Meio ambiente NÃO EXISTE PARA SERVIR OS SERES HUMANOS, mas para se manter saudável, apesar da destruição humana.}  

ANATOMIA DO SISTEMA RESPIRATÓRIO

     Até este momento, já vimos que o corpo humano tem necessidade de substâncias externas para manter seu funcionamento e organização. Também já vimos que uma das vias de entrada de substâncias necessárias ao metabolismo humano, é o Sistema Digestório, por onde entram os nutrientes que atuam na construção de novas células (proteínas/lipídios), regulação do funcionamento do organismo (vitaminas/sais minerais) e produção de energia (lipídios/carboidratos).

     Entretanto, para produzir energia o corpo precisa mais do que carboidratos e lipídios. A glicose, molécula fundamental para a produção de energia, precisa ser degradada durante a respiração aeróbica celular, formando assim, "pacotes" de energia chamados ATP.

     Para produzir o ATP, as mitocôndrias precisam de um outro elemento: o Oxigênio, que participa ativamente nesse processo, e a entrada de gases no organismo humano se dá através do Sistema Respiratório!

     Para entender como esses gases entram no corpo e chegam ao sangue, onde atingirão as células para a produção de ATP, precisamos conhecer a anatomia do Sistema Respiratório:

     A entrada dos gases ocorre pelas vias respiratórias, ou seja pelo nariz, a mucosa que o reveste internamente apresenta pelos e muitos capilares sanguíneos, o que permite que impurezas sejam retidas e o ar seja aquecido à temperatura corporal antes de chegarem às partes mais internas do sistema.

   O próximo órgão é a faringe, internamente também é revestida por microcílios, capilares sanguíneos e muco, com a mesma função de retenção de impurezas e aquecimento do ar. Mas, em seu limite inferior, a faringe tem uma cartilagem chamada epiglote capaz de controlar a deglutição do bolo alimentar e a passagem do ar para o pulmão, evitando engasgos.

   Na laringe, próximo órgão, encontramos as pregas vocais, músculos que, tensionados pela passagem do ar, são modulados retornando como sons. A continuação da laringe, chama-se traqueia, seu formato se modifica consideravelmente. Esse tubo de passagem do ar, é constituído por anéis membranosos de cartilagem que lhe conferem a capacidade de dobrar-se sem obstruir a passagem do ar. Os canos de saída de água das máquinas de lavar copiam essa conformação, com o objetivo de aumentar a capacidade de escoamento da água.

    A traqueia se divide em dois caminhos: os brônquios, que por sua vez, se dividem em novos tubos de menor diâmetro denominados bronquíolos. Esses órgãos têm como função transportar os gases até os dois pulmões, são tão ramificados, que se assemelham à uma árvore de copa frondosa, tanto, que alguns autores chamam de árvore respiratória.

     Os pulmões são formados por um conjunto de milhares de pequenos sacos chamados alvéolos. O tecido que forma os alvéolos chama-se epitélio pavimentoso: um conjunto de células "quadradas finas" que lembra os azulejos de um pavimento. Essa estrutura celular permite que os gases atravessem as células, chegando rapidamente ao sangue, que os transportará até as células.

     Graças às essas condições anatômicas do Sistema Respiratório, nosso corpo não só tem o fornecimento de gases necessários à respiração celular e produção de energia, como também tem a capacidade de direcionar alimentos pelo caminho certo e produzir sons para nos comunicarmos. 

     

ATMOSFERA

     A atmosfera é a camada de gases que envolve o planeta, esses gases se distribuem em diversas camadas, de acordo com a própria densidade e a atração pela força gravitacional terrestre.

     Gases como Hidrogênio, Nitrogênio, Oxigênio, Ozônio, Gás Carbônico, Vapor d'água e Hélio se distribuem em diferentes alturas e influenciam a superfície com fatores como: controle da temperatura e da pressão, fornecimento de gases importantes para o metabolismo dos seres vivos, proteger de raios ultravioletas solares e impacto de corpos terrestres e ainda, favorecer a comunicação dos humanos transmitindo ondas sonoras e visuais.

    Os gases se distribuem em cinco camadas, nomeadas segundo a distância que se encontram da crosta terrestre ou de acordo com alguma característica significativa. Vamos fazer uma viagem imaginária subindo, para conhecer essas camadas melhor?

     A primeira camada, de baixo para cima, chama-se  troposfera, esse nome, quer dizer "esfera + homem", pois essa é a camada que mais sofre interferência humana por estar mais próxima. Nela são encontrados a maioria dos gases, e ocorrem a maioria dos fenômenos climáticos e poluentes.

     Um importante fator, relacionado com a concentração de Gás Carbônico, é o aquecimento global. Grandes concentrações de Gás Carbônico na troposfera, provocam o chamado efeito estufa: um fenômeno em que a troposfera comporta-se como a cobertura de uma estufa, concentrando o calor do sol em seu interior. O aquecimento global pode colocar em risco a manutenção da vida dos seres vivos, pois, pode provocar derretimento das calotas polares, extinção de espécies adaptadas às condições climáticas muito quente ou muito frias, desertificação, e tempestades climáticas mais intensas. 

     É na troposfera que acontecem a maioria das interações humanas com a atmosfera, nela voam as aves migratórias, os aviões comerciais e outros transportes aéreos; encontramos os gases Hidrogênio, Nitrogênio, Oxigênio e Gás Carbônico, muito necessários às funções vitais dos organismos que habitam a Terra; nela também se formam, normalmente, as nuvens de chuva que fornecem água doce à crosta.

    A segunda camada, subindo em direção ao espaço sideral, chama-se estratosfera, entender pelo significado fica complicado se considerarmos que stratum, quer dizer estrato, camada, então ela seria a camada esfera.... Meio sem lógica né?

  Mas tudo bem, a estratosfera é importante principalmente, porque em seu limite inferior encontramos a Camada de Ozônio, camada que reflete de volta ao espaço os raios ultravioletas solares, muito prejudiciais aos seres vivos. Sua destruição pode reduzir a taxa de fotossíntese, pode provocar cegueira, câncer de pele, deformações musculares e ósseas ou ainda, redução na ação do sistema imunológico.

     Nessa camada, voam os jatos supersônicos e uma característica interessante é o fato de sua temperatura comportar-se de maneira inversa à troposfera. Na troposfera, a temperatura diminui sensivelmente à medida que subimos atingindo temperaturas negativas próximas de -60°C quando chegamos no topo. Na  estratosfera, ocorre justamente o contrário: a temperatura aumenta de -60°C até -3ºC em seu limite superior.

     A camada do meio chama-se mesosfera, claro, por causa da sua posição, pois, meso quer dizer meio, e sfera, nós já sabemos. É a camada mais gelada, com temperaturas que variam entre -3°C e - 143°C. Onde os gases estão mais densos, colaborando também, para a proteção contra impactos de corpos celestes, nela, os meteoros são desmanchados, produzindo as estrelas cadentes que vemos no céu. Outro fenômeno interessante que ocorre nessa são as nuvens noctilucentes, são nuvens de partículas de gelo que brilham à noite por refletirem a luz solar.

     A penúltima camada recebe o nome de termosfera, termo é calor e sfera.... tá bom, a gente já sabe! Adivinha porque tem esse nome. Você já descobriu, é a camada que tem maior temperatura, podendo atingir 1000°C. Nessa camada os gases começam a se tornar menos densos, sofrem menor açã da força gravitacional, e por isso, suas moléculas se afastam tanto, que se transformam em íons, por isso, algumas pessoas também a chamam de ionosfera. Por essa característica, é a camada onde os humanos estacionam os satélites que fazem as famosas transmissões via satélite. Por causa dos íons, também, é nessa camada que ocorrem as Auroras Austral e Boreal.

     Chegamos na última camada, a exosfera (de exo - fora e sfera - camada), aqui é bem quente e estamos muito mais perto do espaço sideral do que da crosta terrestre, por isso, dizemos que é a camada mais rarefeita. As moléculas dos gases estão muuuuiiiitoooo afastadas e nesse ponto a atmosfera começa a ficar fininha, fininha.... como se os gases fossem fugindo para o espaço. Aqui começamos a encontrar satélites e sondas espaciais e muito lixo espacial, que ainda permanece na órbita terrestre por causa da força gravitacional.

    Voltando agora para a crosta, nosso foguete vai aterrissar, pois, aqui é bem melhor para respirarmos, afinal, é na troposfera que existe a maior quantidade de Oxigênio.