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De fato, logo após o aparecimento da obra, não lhe prestaram os químicos de grande aceitação. No entanto, a descoberta do Gálio (identificado como o eka-alumínio, previsto por Medeleev), a do escândio (identificado como eka-boro), e a do gremânio (análogo ao eka-silício) foram convincetes demonstrações da genialidade da classificação. Atualmente, com o conhecimento mais ou menos detalhado da estrutura atômica, não é mais possível deixar de reconhecer a extraordinária intuição do sábio russo. Com a sistematização da classificação das substâncias elementares, ficavam de uma vez enterradas as idéias das essências alquímicas. As combinações inorgânicas aspareciam como conseqüência de propriedades naturais dos elementos. Faltava, porém, explicar porqu ê estes combinavam e o que havia de comum entre as combinações química e o resto do comportamento da matéria. A síntese desse pensamento ocorreu no desenvolvimento da físico-química. Química orgânica Não foi novidade no séc. XIX a investigação dos compostos orgânicos. Já a alquimia árabe os considerava em detalhe, especialmente na sua atuação medicinal. Muitos processos orgânicos eram conhecidos e praticados há séculos (fermentações, por exemplo). Não havia, porém, clareza sobre o quê distinguia os compostos orgânicos dos inorgânicos. No início do séc. XIX ficou evidente os compostos orgânicos obedeciam à lei das combinações (Berzelius). Supunha-se, porém, que uma força vital os permeasse, distinguido dos orgânicos e impedindo a sua obtenção em laboratório. O primeiro grande golpe contra essa teoria foi a obtenção da uréia, a partir do cianato de amônio, por Friedrich Wöhler. Pouco depois P.E.M. Berthelot (1827-1907) anuncia a possibilidade de obtenção de qualquer substância orgânica a partir de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. Foi o golpe mortal no vitalismo. O crescimento da química orgânica foi então rápido. Descobrem-se os radicais e estrutura-se toda uma teoria, em parte falsa, sobre eles. Reconhece-se o isomerismo. E as reações de substituição. Ficam evidentes os grupamentos funcionais. E, curiosamente, esquecem-se os orgânicos dos átomos, fixando-se nas unidades orgânicas, elas mesmas compostas. Em meados do séc. XIX F. A. Kekulé (1829-1896) mostra a tetravalência do carbono, contribuindo assim para a formulação da estrutura dos compostos orgânicos. A dos compostos alifáticos parece ficar completamente elucidada, quando se representam as ligações entre os átomos - repescados do olvido orgânico - por pequenos traços, como ainda se faz. A estrutura dos compostos aromáticos recebe, de Kekulé, a chave de interpretação do hexágono do benzeno. A idéia de uma estrutura espacial vem com J. Le Bel (1847-1930) e tem bonita confirmação experimental nos trabalhos de L. Pasteur (1822-1895) sobre os isômeros do ácido tartárico. O progresso da síntese orgânica é rapidíssimo. Obtêm-se, por via sintética, corantes de importância industrial: a química orgânica transforma-se em grande indústria química. Apesar disso, a concepção da estrutura molecular ainda é qualitativa. As moléculas existiam sem que se tentasse representar razões mias gerais que garantissem e explicassem a sua estabilidade. O que só se consegue, no séc. XX, com a reunião frutífera da física à química. Físico Química A fisico-química é a ciência cuja fronteiras podem ser largas ou estreitas,
conforme o entendimento desse ou daquele autor. Conceitualmente, seria a investigação física das estruturas químicas, isto é, tudo o que, modernamente, se chama física atômica, física nuclear, mecânica quântica atômica e molecular. Historicamente, formou-se como um ramo da química preocupado com a investigação dos efeitos químicos da corrente elétrica (eletroquímica). Esses efeitos começaram a ser investigados quase imediatamente depois da descoberta de A. Volta (1745-1827). Os trabalhos de H. Davy e de M. Faraday, sobre eletrólise, datam do início do séc. XIX. A investigação eletroquímica toma, porém, sua feição mais moderna no estudo da dissociação eletrolítica (Grotthuss, Willianson, Clausius, Arrhenius) e da condução de carga pelos íons (Hittorf, Kohlrausch, Debye), que chegam até o séc. XX. A investigação das pilhas eletroquímicas (Nernst) tem oportunidade de utilizar, na química, as armas oferecidas por uma ciência puramente física – a termodinância, a termoquímica, foi objeto de investigação por parte dos químicos). Começava uma síntese intercientífica que iria culminar no início do século XX. O estudo das velocidades de reação foi outro rebento da química do século XIX, é estudada a hidrólise da sacarose (Wilhelmi), a esterificação de ácidos e de álcoois. Define-se a ordem de uma reação (Van’t Hoff) e procura-se entender o mecanismo da reação (energia de ativação, Arrehenius). Investiga-se a catálise e define-se a função do catalisador (Ostwald). Ao terminar o século XIX, as descobertas químicas ofereciam um panorama satisfatório. Sem Ter conseguido as sínteses magistrais da física (termodinâmica, eletromagnetismo, teoria cinética dos gases, mecânica e etc...) tinha obtido a necessária uniformidade e a possibilidade de grande expansão. Algun pontos eram desconfortáveis: não havia explicações para a afinidade química, nem para as estruturas das moléculas. A resolução desses problemas, ou pelo menos o avanço na sua resolução, veio da física, com a descoberta da radioatividade e a do elétron; a medida da carga específica e a da carga do elétorn;a sua utilização inequívoca; a descoberta do efeito fotelétrico; a aplicação dos princípios da quantificação de Planck ao efeito ftelétrico, por Einstein; o modelo atômico imposto por Rutherford e modificado por Bohr; a mecânica ondulatória de Schrodinger; a quantificação do átomo; a radioatividade artificial; a descoberta do nêutron; a descoberta de uma multidão de partículas elementares; a fissão nuclear. Todas essa descobertas e teorias viera de físicos e sacudiram espetacularmente a química, dando conteúdo novo e inesperados as suas teorias, unificando seus conceitos, criando uma química física, onde não há limite nítido entre o fato químico e o fato físico. Química analítica Química analítica A química analítica remonta ao antigo Egito, onde já foram conhecidas entre outras, as técnicas de copelação do couro e da prata, em que o metal impuro era aquecido numa copela (cadinho poroso feito de cinza de osso); essa prática pode, de certo modo, como um método da química analítica. A química de então não podia ser considerada como ciência, isto é, sistemas de conhecimentos ordenados de acordo com certas leis e princípios, mas apenas como conjuntos de conhecimentos empíricos esparsos sem nenhuma interligação. Transmitidas dos egípcios aos gregos e destes aos árabes, essas técnicas empíricas foram desenvolvidas durante toda a Idade Média, constituindo o alicerce da alquimia. Visando a descoberta da panacéia universal e de todos os processos para a obtenção do
determinado. Isso, porém, é bastante difícil, sendo mais comum que o regente orgânico reaja com um grupo de íons; por controle das condições experimentais, é possível precipitar-se apenas um dos íons do grupo. Os químicos analistas já a muito tempo ensaiavam com apenas uma gota de solução. Exemplo familiar é o uso do papel indicador para detectar rapidamente um excesso de íons hidrogênio ou hidroxila. Esse tipo de reação despertou os interesse do químico Fritz Feigl (1891-1959) também desenvolveu estudos nesse campo de atividades científicas. Em conseqüência dos estudos e pesquisas de Feigl, surgiu nova especialidade na química analítica, a análise de toque ( ver microanálise ), que tem aplicações em minérios e minerais, metais, ligas, produtos farmacêuticos, solos, águas, produtos industriais etc. Os físico-químicos Arrhenius (1859-1927) - com a teoria da dissociação eletrolítica -, W Ostwald (1853-1932) - com a lei da diluição - W. H. Ernst (1864-1941) - com o princípio de produto de solubilidade -, L. Pizarzhevsky - , reconhecendo as reações de oxirredução com um processo envolvendo transferencia de elétrons - e outros deram à química analítica uma sólida base científica. Historicamente, o desenvolvimento dos métodos analíticos foi acompanhado pela introdução de novos instrumentos de medida, como a balança para análises gravimétricas a aparelhagem de vidro para análises volumétricas e gasométricas. Quase toda propriedade física característica de um elemento ou substância pode ser a base de um método para sua análise. Surgiram, então, com o desenvolvimento da físico-química, novos métodos de análise baseado em princípios diversos da química analítica clássica, originado-se análise instrumental , pela qual os constituintes são determinados pela medida de uma propriedade física. Dentre os principais métodos estão os que usam as propriedades envolvendo interação com a energia radiante - raio X, absorsão de radiação, fluorescência, ressonância magnética nuclear -, e os que utilizam propriedades nucleares, como, por exemplo, a radioatividade. Esses métodos em muitos casos apresentam grandes vantagens em relação aos métodos clássicos da química analítica: a rapidez das análises, a possibilidade do uso de método não destrutivo e a utilização de uns poucos miligramas ou, no caso de soluções, de frações de mililitro, sem prejuízo da exatidão da análise. Em 1954, o químico suíço Gerold Karl Schwarzenbach (1904-) publicou trabalhos que tinham sido iniciados dez anos antes sobre a aplicação de ácidos poliaminocarboxílicos em química analítica quantitativa, principalmente em análise volumétrica, considerando que os complexos formados com os metais são de alta estabilidade. A introdução desse tipo de reagente resultou numa ampliação extraodinária dos métodos complexométricos, sendo que o ácido etilenodiaminotetracético (EDTA) é o mais importante composto desse grupo. Em uns poucos casos, o ácido nitrilotriacético (NITA) é mais adequado. O estudo desse tipo de copostos continua em desenvolvimento, e a cada dia novas aplicações. Como a química analítica se fundamenta nos princípios e leis gerais da química inorgânica e da físico-química, pode-se esperar que o seu progresso acompanhe o dessas especialidades. Química Quântica
A química quântica propõe-se a utilizar as teorias da mecânica sobre estrutura atômica e, a partir das propriedades dos átomos, estudar as propriedades das moléculas, isto é, dos elementos e compostos químicos. Para isso, desenvolveu uma teoria da ligação químicas e métodos convenientes de cálculo das propriedades moleculares , distâncias e ângulos de ligação, momentos dipolares e parâmetros de reatividade em diferentes tipos de reações. Assim como se pode dizer que a mecânica quântica nasceu a 14 de dezembro de 1900, quando o físico alemão Max Palnck (1858-1947) apresentou à Sociedade Alemã de Física o trabalho em que introduzia o quantum de ação, a constante universal h (constante de Plank, de valor 6,55 x 10-27 ergs. s) e a equação E=hv, pode-se dizer que a química quântica nasceu no dia 27 de janeiro de 1926, quando a revista Annalen der Physik recebeu a primeira de quatro comunicações do físico austríaco Erwin Schrödinger (1887-
- com o título geral “A Quatização como um problema de valores próprios” da qual constava a sua equação independente do tempo. A quarta comunicação, recebida a 21 de junho de 1926, com a sua equação dependente do tempo , completava o trabalho de Schrödinger, que iria ter a maior influência na física teórica e servir de base para várias disciplinas hoje florescentes, aprofundando a compreensão dos fenômenos físicos e químicos e levando ao desenvolvimento de uma nova teoria da valência e da ligação química. Para o elétron, como para outras partículas subatômicas, ao contrários dos corpos em movimentos da mecânica clássica, não é possível saber exatamente posição e momento nem calcular trajetórias: é o princípio da incerteza , de Heisenberg, formulado em 1927 pelo físico alemão Werner Karl Heisenberg (1904-1976). Mas o elétron existe em determinada região do espaço e é possível calcular a probabilidade do espaço de sua localização em determinada região. Essa probabilidade em que tem que ser, por definição, uma função sempre positiva, podendo ter qualquer valor entre 0 e 1. Segundo Max Born (1882-1970), a função de onda é a grandeza tal que seu quadrado, mede a probabilidade de encontrar-se o elétron em determinada região. Essa região é chamada na química quântica atual de orbital, em oposição às órbitas fixas das teorias atômicas anteriores a Schrödinger. Os orbitais podem ter somente determinadas fórmulas, classificando-se em esférica segundo sua forma. Os orbitais tem níveis de energia discretos, crescentes, que são os únicos que os elétrons podem ocupar. Existem em cada nível p (2p, 3p etc.) 3 orbitais de mesma energia , 7 orbitais f de mesma energia etc. Os orbitais de mesma energia são chamados ‘degenerados’. Cada orbital só pode ser ocupado por dois elétrons , com spin desemparelhado. É o princípio da exclusão , de Pauli, formulado pelo físico austríaco Wolfgang Pauli (1900- 1958). Esses postulados permitem saber como estão arrumados os elétrons nos orbitais de um átomo qualquer. Assim, combinado-se os orbitais atômicos de acordo com as regras simples calculando-se matematicamente qual a combinação de funções de onda que torna mínima a energia do orbital molecular com base na equação de Schrödinger, tem-se um orbital molecular onde podem estar os elétrons de ligação: um de energia mínima chamado estado fundamental da molécula. Há outras combinações permitidas pela teoria, que dão orbitais de energia cada vez maior; Quando a energia chega a igualar a dos orbitais componentes, o orbital molecular é chamado não ligante e quando ultrapassa essa energia é chamado antiligante. Os elétrons só ocupam orbitais em estados excitados.
