Química
Química é o estudo científico das propriedades e do comportamento da matéria. É uma ciência física dentro das ciências naturais que estuda os elementos químicos que constituem a matéria e os compostos feitos de átomos, moléculas e íons: sua composição, estrutura, propriedades, comportamento e as mudanças que sofrem durante as reações com outras substâncias. [ligação inativa] A química também aborda a natureza das ligações químicas em compostos químicos.
A definição de química mudou ao longo do tempo, à medida que novas descobertas e teorias foram adicionadas à funcionalidade da ciência. O termo "química", na visão do notável cientista Robert Boyle, em 1661, significava o assunto dos princípios materiais de corpos mistos. Em 1663, o químico Christopher Glaser descreveu a química como uma "arte científica", pela qual se aprende a dissolver corpos, e extrair deles as diferentes substâncias em sua composição, como uni-los novamente, e exaltá-los à “uma perfeição superior”. [ligação inativa] Durante séculos, a humanidade acumulou conhecimento sobre o comportamento das substâncias, baseando-se na experiência e observação. Para tanto, procurou organizar todas as informações em um só campo, mas foi somente a partir do século XIX - quando a soma de todo o conhecimento se tornou concreta e abrangente -, que foi possível estabelecer bases sólidas teóricas para a interpretação dos fatos e conceber uma verdadeira forma de conhecimento sistemático, ou seja, uma ciência própria.
A palavra química vem de uma modificação durante o Renascimento da palavra alquimia, que se referia a um conjunto anterior de práticas que englobam elementos da química, metalurgia, filosofia, astrologia, astronomia, misticismo e medicina. A alquimia é frequentemente associada à busca de transformar chumbo ou outros metais básicos em ouro, embora os alquimistas também estivessem interessados em muitas das questões da química moderna. Ao que tudo indica, a palavra química deriva da palavra alquimia, que é encontrada em várias formas nas línguas europeias. A alquimia deriva da palavra árabe kimiya ( كيميا ) ou al-kīmiyāʾ ( الكيمياء ). O termo árabe é derivado do grego antigo χημία , khēmia , ou χημεία , khēmeia, 'arte de ligar metais', de χύμα (khúma, “fluido”), de χέω (khéō, “eu despejo” ). No entanto, a origem final da palavra é incerta.[nota 1] Existem duas visões principais sobre a derivação da palavra grega. Segundo um, a palavra vem do grego χημεία, derramar, infusão, usada em conexão com o estudo dos sucos das plantas, e daí estendida às manipulações químicas em geral; esta derivação explica as grafias antiquadas "chymist" e "chymistry". A outra visão o rastreia até khem ou khame , hieróglifo khmi , que denota terra negra em oposição a areia estéril, e ocorre em Plutarco como χημεία; nesta derivação, a alquimia é explicada como significando a "arte egípcia". Diz-se que a primeira ocorrência da palavra está em um tratado de Julius Firmicus, um escritor astrológico do século IV, mas o prefixo al deve ser adicionado por um copista árabe posterior. Em inglês, Piers Plowman (1362) contém a frase "experimentis of alconomye", com variantes "alkenemye" e "alknamye". O prefixo “al” começou a ser descartado em meados do século XVI.
A história da química representa um período de tempo desde a história antiga até o presente. Por volta de 1000 a.C., as civilizações usavam tecnologias que eventualmente formariam a base dos vários ramos da química. Exemplos incluem a descoberta do fogo, extração de metais de minérios, fabricação de cerâmica e esmaltes, fermentação de cerveja e vinho, extração de produtos químicos de plantas para remédios e perfumes, transformação de gordura em sabão, fabricação de vidro e ligas como o bronze. Durante centenas de anos, a humanidade acumulou conhecimento empírico sobre o comportamento da matéria e tentou organizar essas informações em um corpo doutrinário.
Pré-história
Uma oficina de processamento de ocre [nota 3] de 100.000 anos foi encontrada na Caverna de Blombos, na África do Sul. Isso indica que os primeiros humanos tinham um conhecimento elementar de química. Pinturas desenhadas por humanos primitivos consistindo em humanos primitivos misturando sangue animal com outros líquidos encontrados nas paredes das cavernas também indicam um pequeno conhecimento de química. Indiscutivelmente, a primeira reação química usada de maneira controlada foi o fogo. No entanto, por milênios, o fogo foi visto simplesmente como uma força mística que poderia transformar uma substância em outra (madeira queimada ou água fervente) enquanto produzia calor e luz. O fogo afetou muitos aspectos das primeiras sociedades. Estes variam desde as facetas mais simples da vida cotidiana, como cozinhar e aquecer e iluminar o habitat, até usos mais avançados, como fazer cerâmica e tijolos e derreter metais para fazer ferramentas. Foi o fogo que levou à descoberta do vidro e à purificação dos metais; isto foi seguido pela ascensão da metalurgia. Durante os primeiros estágios da metalurgia, buscaram-se métodos de purificação de metais, e o ouro, conhecido no antigo Egito já em 2900 a. C., tornou-se um metal precioso.
Antiguidade e Idade Média
A alquimia foi uma atividade pré-científica que visava alcançar uma evoluída compreensão do cosmo, da matéria e do homem. Em particular, através do conhecimento da natureza da matéria, os alquimistas visavam transformá-la e transmutar metais de baixo valor em prata ou ouro puro. A prática da alquimia teve origem em tempos remotos na índia, na China e na Europa. Certas características comuns parecem apontar uma mistura mútua influência entre antigos alquimistas chineses e hindus. Em ambas as culturas, o objetivo central da alquimia não era a obtenção de ouro, mas o prolongamento da vida. Por consequência, nas civilizações orientais, a alquimia estava muito mais próxima da medicina que da química. Segundo os alquimistas, através de certas técnicas, que envolvem arte, ciência e religião, seria possível transformar uma substância em outra. Por terem desenvolvido a utilização de diversos procedimentos de laboratório, a alquimia foi uma atividade ancestral da química, a qual se deve a descoberta de inúmeras substâncias e a invenção de grande variedade de instrumentos, que mais tarde desempenharam papel de destaque no domínio da metodologia científica. Vários foram os experimentos realizados pelos alquimistas, mas a principal empreitada era a transmutação, esta se baseava na interpretação dada pela filosofia clássica grega à composição da matéria. Na época, Aristóteles acreditava que todas as substâncias eram compostas de diferentes porções de quatro elementos fundamentais: terra, ar, fogo e água. Partindo deste princípio, os alquimistas desenvolveram seu postulado fundamental: "a matéria é a única que pode sofrer transmutação mediante a variação de proporções entre seus componentes". Os alquimistas também acreditavam na existência de uma lendária substância capaz de realizar esta transmutação, denominada elixir, ou Pedra Filosofal. [ligação inativa] [ligação inativa] A essa substância também eram atribuídas outras propriedades, como o poder curativo, rejuvenescente e de imortalidade. [ligação inativa] Entretanto, os alquimistas medievais tinham mais interesse nos poderes da transmutação da matéria atribuídos à Pedra Filosofal, uma vez que se alcançassem este conhecimento poderiam acumular grande quantidade de riqueza.
Renascimento, Iluminismo e Era Contemporânea
A protociência da química, a alquimia, não conseguiu explicar a natureza da matéria e suas transformações. No entanto, realizando experimentos e registrando os resultados, os alquimistas prepararam o terreno para a química moderna. Embora tanto a alquimia quanto a química se preocupem com a matéria e suas transformações, a diferença crucial foi dada pelo método científico que os químicos empregavam em seu trabalho. A química, como um corpo de conhecimento distinto da alquimia, tornou-se uma ciência estabelecida com o trabalho de Antoine Lavoisier, que desenvolveu uma lei de conservação de massa que exigia medições cuidadosas e observações quantitativas de fenômenos químicos. A química foi precedida por sua protociência, a alquimia , que operou uma abordagem não científica para entender os constituintes da matéria e suas interações. Apesar de não conseguirem explicar a natureza da matéria e suas transformações, os alquimistas prepararam o terreno para a química moderna realizando experimentos e registrando os resultados. Robert Boyle, embora cético em relação aos elementos e convencido da alquimia, desempenhou um papel fundamental na elevação da "arte sagrada" como uma disciplina independente, fundamental e filosófica em sua obra The Skeptical Chymist (1661).
Desde a revolução experimentada pelas ciências químicas no princípio do século XIX, um dos principais objetivos almejados pelos especialistas foi o estabelecimento de postulados metodológicos em grande parte inspirados nos modelos preexistentes da física e da matemática. Os enunciados modernos da filosofia da ciência argumentam que o progresso científico resulta da confrontação entre dois pontos de vista complementares: as concepções teóricas dos fenômenos, que analisam e sintetizam os dados experimentais e conformam conjuntos de hipóteses destinados a explicar os fatos e prever as situações futuras; e as comprovações empíricas, que julgam a validez e a oportunidade de sua aplicação. [ligação inativa] São os seguintes os princípios gerais mais comumente aceitos para a abordagem teórica dos sistemas químicos: (1) Utilidade dos modelos teóricos, entendidos como conjuntos de premissas expressas de forma matemática constituem o núcleo básico de partida para a análise de um problema e seus desdobramentos. O uso de modelos, como o do gás ideal, por exemplo, que sustentou a enunciação de leis dos gases perfeitos durante os séculos XVII e XVIII, assim como os avançados sistemas configurados pelos computadores a partir de extensas enumerações de dados, se fundamentam na restrição das particularidades conhecidas do fenômeno até conseguir uma teoria completa e situações absolutamente previsíveis dentro de seus postulados. [ligação inativa]
Matéria
Matéria é tudo que ocupa espaço e possui massa de repouso (ou massa invariante). É um termo geral para a substância na qual todos os objetos físicos consistem. [ligação inativa] [ligação inativa] O átomo é a unidade básica de matéria que consiste de um núcleo denso central rodeado por uma nuvem de elétrons de carga negativa. O núcleo atômico contem prótons carregados positivamente e nêutrons eletricamente neutros (exceto o hidrogênio-1, que é o nuclídeo estável sem nêutrons). Os elétrons de um átomo interagem com o núcleo por força eletromagnética, e do mesmo modo, um grupo de átomos permanecem ligados uns aos outros por ligações químicas baseadas nesta mesma força, formando uma molécula. Um átomo que contém o mesmo número de prótons e elétrons é eletricamente neutro, caso contrário é carregado positivamente ou negativamente e é chamado de íon. Um átomo é classificado de acordo com o número de prótons e nêutrons no seu núcleo: o número de prótons determina o elemento químico e o número de nêutrons determina o isótopo do elemento.[nota 7] O modelo atualmente aceito para explicar a estrutura atômica é o modelo da mecânica quântica. [ligação inativa]
Acidez e basicidade
Substâncias possuem propriedades ácidas e/ou básicas. Existem diferentes teorias que explicam o comportamento ácido-base. A mais simples é a teoria de Arrhenius, que diz que um ácido é uma substância que produz íons hidrônio, quando dissolvida em água; e uma base é uma substância que produz íons hidroxila, quando dissolvida em água. De acordo com a teoria ácido-base de Brønsted-Lowry, ácidos são substâncias que doam um cátion hidrogênio a outra substância em uma reação química; por extensão, uma base é a substância que recebe estes íons hidrogênio. A terceira teoria é teoria ácido-base de Lewis, o qual é baseado na formação de ligações químicas. A teoria de Lewis explica que um ácido é uma substância que é capaz de aceitar um par de elétrons de uma outra substância durante o processo de formação da ligação química, enquanto que a base é uma substância que cede um par de elétrons para formar uma nova ligação. [ligação inativa] Existem várias outras maneiras em que uma substância pode ser classificada como um ácido ou de uma base, como é evidente na história deste conceito. [ligação inativa] A acidez pode ser mensurada especialmente por dois métodos. Uma delas, com base na definição de Arrhenius de acidez, é o potencial hidrogeniônico (pH). O pH é definido como o logaritmo decimal do inverso da atividade de íons hidrogênio, aH+, em uma solução. [ligação inativa]
Fase
Em Química e Física, uma fase (do grego φασις, que significa aspecto, aparência) é um aspecto microscopicamente homogêneo de um sistema, isto é, uma região do espaço em que as características físicas de determinada matéria são uniformes.:86:3 Um sistema é denominado homogêneo, ou de uma única fase, quando apresentar todas as suas características uniformes; isto implica ter a mesma composição química e o mesmo estado físico. Uma modificação na forma ou na subdivisão do sistema não é o suficiente para caracterizar uma nova fase, pois ainda mantêm suas propriedades físico-químicas. Nesse sentido, gelo moído constituí uma única fase. Um sistema heterogêneo possui diferentes porções uniformes, porém que diferem entre si e que podem ser separados por um processo mecânico. Por isso, água líquida em gelo moído é um sistema de duas fases.
Ligação
Uma ligação química ocorre quando uma interação entre os átomos permite a formação de substâncias químicas que contêm dois ou mais átomos. A ligação é provocada por força de atração eletrostática entre as cargas opostas, quer entre elétrons e os núcleos, ou como o resultado de uma atração dipolar. A força das ligações químicas varia consideravelmente em termos energéticos; existem "ligações fortes", como as ligações covalentes ou iônicas e "ligações fracas", tais como interações dipolo-dipolo, a força dispersão de London e ligações de hidrogênio. A muitos compostos, a teoria da ligação de valência, o modelo de repulsão dos pares eletrônicos (VSEPR) e o conceito do número de oxidação são usados para explicar a estrutura molecular e formação das ligações químicas. Outras teorias de ligação, como a teoria do orbital molecular também são muito utilizadas. [ligação inativa]
Reação
Uma reação química é um processo que leva a transformação de uma substâncias a outra. Classicamente, as reações químicas compreendem alterações que envolvem o movimento dos elétrons na formação e quebra de ligações químicas entre os átomos. A substância (ou substâncias) inicialmente envolvida numa reação química é chamada de reagente. As reações químicas produzem um ou mais produtos, que em geral têm propriedades diferentes das dos reagentes. Reações muitas vezes consistem de uma sequência de subetapas e as descrição exata sobre o curso destas reações ilustram um mecanismo de reação. As reações químicas são descritas com equações químicas que apresentam graficamente os materiais de partida, os produtos finais e os intermediários, por vezes, as condições de reação.
Redox
Reações redox (redução-oxidação) incluem todas as reações químicas em que átomos têm o seu estado de oxidação alterado por transferência de elétrons, seja pelo ganho (redução) ou perda de elétrons (oxidação). As substâncias que possuem a capacidade de oxidar outras substâncias são chamadas de oxidantes (agentes oxidantes). Do mesmo modo, as substâncias que tem a capacidade de reduzir outras substâncias são ditas redutoras e são conhecidos como agentes redutores. Um redutor transfere elétrons a outra substância, então ele sofre oxidação. A oxidação e redução refletem a alteração no número de oxidação — a transferência efectiva de electrões nunca pode ocorrer. Assim, a oxidação é melhor definida como um aumento no número de oxidação, de redução e como uma diminuição no número de oxidação.
Inorgânica
Química Inorgânica é o campo da química que estuda a estrutura, reatividade e preparação dos compostos inorgânicos e organometálicos. Este domínio abrange todos os compostos químicos, com exceção dos compostos orgânicos, que são temas de estudo da Química Orgânica. A distinção entre as duas disciplinas está longe de ser absoluta e há muita sobreposição, especialmente na disciplina Química Organometálica. A Química Inorgânica tem aplicações em todos os aspectos da indústria química, incluindo catálise, ciência dos materiais, pigmentos, surfactantes, revestimentos, medicamentos, combustíveis e agricultura.
Orgânica
A química orgânica é uma especialidade dentro da química que envolve o estudo científico da estrutura, propriedades, composição, reações e preparação (por síntese ou por outros meios) de compostos contendo carbono e seus derivados. Estes compostos podem conter átomos outros elementos, incluindo o hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, além de halogênios, fósforo, silício e enxofre.
Analítica
Química analítica é um ramo da química que visa estudar a composição química de um material ou de uma amostra, usando métodos laboratoriais. É dividida em análise quantitativa e análise qualitativa. A busca por métodos de análise mais rápidos, seletivos e sensíveis também é um dos objetivos essenciais da química analítica. Na prática, é difícil encontrar um método de análise que combinem essas três características e, em geral, qualquer uma delas pode ser suprimida em benefício de outra. A análise quantitativa é a determinação da abundância relativa ou absoluta (muitas vezes expressa como uma concentração) de uma, várias ou todas as substâncias presentes em uma amostra. Vários métodos foram desenvolvidos para este tipo de análise, dentre elas a análise gravimétrica e a análise volumétrica. A análise gravimétrica descreve um conjunto de métodos para a determinação da quantidade de um analito com base na massa sólida. Um exemplo simples é a determinação da quantidade de sólidos em suspensão em uma amostra de água: um volume conhecido de água é filtrado e os sólidos recolhidos no filtro são então pesados. Enquanto a análise quantitativa se preocupa em determinar a quantidade de determinada(s) substância(s) em uma amostra, a análise qualitativa usa diversas metodologias clássicas que visam especificar a composição elementar de compostos inorgânicos. É focada principalmente em detectar íons em uma solução aquosa: então para que materiais sólidos sejam analisados, estes devem preferencialmente serem convertidos em soluções, geralmente por um processo denominado digestão. A solução é então tratada com diversos reagentes para testar a reações características de determinados íons, que podem causar mudança da cor da solução em análise, formação de precipitado ou outras mudanças visíveis.
Físico-química
Físico-química é o estudo das propriedades físicas e químicas da matéria, incluindo fenômenos macroscópicos, atômicos e subatômicos, sob a ótica das leis e conceitos da física. A Físico-Química aplica os princípios, práticas e conceitos da física como movimento, energia, força, tempo, termodinâmica, mecânica quântica, mecânica estatística e dinâmica para explicar fenômenos químicos. Pode ser subdividida em diversas disciplinas. Dentre estas, podem ser citadas a química quântica (estuda e estrutura da matéria em escala atômico-molecular e a interação da luz eletromagnética com a matéria), a termodinâmica química (estuda em escala macroscópica o ganho e perda de energia em transformações da matéria, bem como a relação com espontaneidade de processos e equilíbrio de sistemas), a cinética química (estuda a velocidade de processos, físicos ou químicos), e a mecânica estatística (estuda a relação entre quantização de energia e propriedades macroscópicas de sistemas e processos através de distribuição estatística). Subdisciplinas como eletroquímica, química de superfícies, termoquímica, e química de sistemas coloidais podem ser enquadradas dentro da termodinâmica, enquanto a espectroscopia dentro da química quântica.
Bioquímica
Bioquímica é a ciência que estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos. De maneira geral, ela consiste do estudo da estrutura e função metabólica de componentes celulares e virais, como proteínas, enzimas, carboidratos, lipídios, ácidos nucléicos entre outros.
Sonoquímica
Sonoquímica é o ramo da química que estuda o uso de ondas sonoras de alta frequência (ultrassons) para a promoção de reações químicas. A cavitação acústica gerada por métodos sonoquímicos possibilita a produção de compostos como TiO2 (dióxido de titânio), H2O2 (peróxido de hidrogênio), radicais livres e outros.
A aplicação da Química aos processos industriais e o desenvolvimento de novos produtos trouxe, sem dúvida, inestimáveis benefícios a toda a humanidade. O descobrimento de medicamentos — como exemplo a penicilina e o taxol — provenientes de fontes naturais e a possibilidade de obter substâncias sintéticas em laboratório — como a dipirona e o omeprazol — proporcionou alívio e a cura de diversas doenças. Consequentemente, a expectativa de vida população aumentou. Além de medicamentos, a pesquisa na área química gerou o desenvolvimento de novos combustíveis, materiais como o polietileno e o náilon, produtos cosméticos e de higiene pessoal, alimentos, petroquímicos, tintas e vernizes entre outros Acompanhando o desenvolvimento dos processos químicos industriais, problemas gerados pelo descarte inadequando de substâncias e produtos químicos acarretaram novos problemas, como a poluição ambiental. Diante dessas consequências indesejáveis, coube aos profissionais químicos não somente o desenvolvimento novos produtos e processos químicos eficientes, mas planejar que estes não fossem poluentes, evitando os danos causados por algumas substâncias químicas. Propostas e ações de remediação ambiental, visando a correção de áreas afetadas bem como o aproveitamento racional dos recursos naturais são preocupações inerentes a estes profissionais. A profissão de químico é regulamentada e a ele são atribuídos o magistério, a atuação em ambientes industriais e de pesquisa. A gama de atividades ainda envolvem o projeto, planejamento e controle de produção; desenvolvimento de produtos; operações e controle de processos químicos; saneamento básico; química forense; tratamento de resíduos industriais; segurança; gestão de meio ambiente e, em alguns casos específicos, vendas, assistência técnica, planejamento industrial e direção de empresas. O primeiro laboratório para ensino de Química em Portugal foi o Laboratório Chimico instalado na Universidade de Coimbra. Foi edificado em 1772 a mando do Marquês de Pombal e hoje abriga o Museu da Ciência da Universidade de Coimbra.
