Introdução a Química Tecnológica

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DESCRIÇÃO
A relação da Química como uma ciência estrutural e o conhecimento dos materiais
empregados em Engenharia.
PROPÓSITO
Compreender o sistema microscópico que rege as propriedades e características da matéria,
bem como o comportamento apresentado por ela é extremamente útil para a seleção e o
emprego de materiais em Engenharia.
OBJETIVOS
MÓDULO 1
Relacionar a Química e a evolução da sociedade
MÓDULO 2
Identificar energia, matéria e medidas
MÓDULO 3
Descrever a estreita relação entre a Química e os materiais
INTRODUÇÃO A QUÍMICA TECNOLÓGICA
MÓDULO 1
 Relacionar a Química e a evolução da sociedade
A QUÍMICA E A EVOLUÇÃO DA SOCIEDADE
MATERIAIS NA ANTIGUIDADE
Desde muito cedo no Ocidente se trabalha com a ideia empírica da composição dos materiais
que nos cercam. Grandes pensadores e filósofos gregos, entre eles o grande Aristóteles, já
enveredavam pelo caminho do entendimento do mundo físico identificando quatro elementos
básicos que compunham a natureza: a água, o vento, a terra e o fogo.
Esses pensadores estavam interessados, também, nas transformações que esses elementos
sofriam ou causavam em outras substâncias. Todavia, não se preocupavam muito em
sistematizar esses processos ou mesmo estabelecer leis de comportamento para eles.
Paralelamente ao andamento desses entendimentos mais gerais, certo grupo se dedicava a
tarefas ainda mais ousadas, como tentar elucidar a composição desses elementos. Homens
como Leucipo e Demócrito buscavam entender a existência ou não de uma partícula
fundamental constituinte de tudo o que existe, posteriormente denominada átomo.
LEUCIPO
Filósofo grego, com ano de morte datado em 370 a.C., conhecido como mentor de
Demócrito de Abdera.
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DEMÓCRITO
Demócrito foi sucessor de Leucipo, conhecido por seu destaque na defesa e no estudo
da teoria atômica.
O homem primitivo lidava com os materiais que estavam a sua disposição de maneira fácil,
rápida e acessível. O homem pré-histórico, caçador-coletor, não se diferencia muito dos
primeiros homens que pensaram a ciência – guardadas as devidas proporções de área de
conhecimento e aplicação da matéria.
 SAIBA MAIS
Materiais como rochas, madeira, seivas, água e produtos de fonte biológica eram os insumos
da pesquisa da humanidade até a Idade Média.
Recursos do subsolo, por exemplo, foram muito pouco explorados até o início do século XVII
de forma extensiva e comercial, muito embora os metais já fossem conhecidos desde a
Antiguidade.
Com relação aos materiais, o homem começa, já na pré-história, a manipular materiais à base
de pedra (Idade da Pedra), realizando adaptações aos formatos com técnicas primárias de
lapidação e desgaste, utilizando ferramentas rudimentares.
 SAIBA MAIS
A manipulação de metais parece surgir no ano 4000 a.C., com o cobre e o estanho (e o bronze,
uma liga desses dois metais) por se tratar de metais mais “macios” e fáceis de manipular,
facilitando seu tratamento térmico pelo fogo.
Técnicas de fundição surgiram por volta dessa época. Também, parece que a disponibilidade
de seus minérios era mais facilitada em regiões específicas da Ásia. A técnica de fundição do
cobre foi rapidamente adotada por se tratar de um processo relativamente simples. O minério
de cobre era reduzido com facilidade, utilizando-se matéria-prima carbonatada em um forno
devidamente aquecido.
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Antiga instalação metalúrgica.
A Idade do Ferro surgiu tardiamente em relação à do Cobre e do Bronze (em torno de 1200
a.C.), por ser mais complexo o domínio das técnicas para sua manipulação e por ter sido
considerado, por muito tempo e em muitos lugares, um produto muito precioso. Os minérios de
ferro foram utilizados em muitas outras aplicações antes de ser o ferro o protagonista de uma
era histórica, inclusive no próprio processo de fabricação do cobre e do bronze.
 SAIBA MAIS
Joias confeccionadas com o denominado ferro sideral, cujo material provinha de meteoros
caídos na crosta terrestre, foram muito valorizadas. Os romanos foram, em grande parte, os
maiores usuários desse metal.
No mais, o uso de outros metais se desenvolveu conforme sua abundância regional, como a
prata e o ouro na América.
DA ALQUIMIA À QUÍMICA
Os conceitos apresentados até aqui, são conceitos empíricos, ou seja, eminentes de
observação, em que não apresentavam nenhuma preocupação com a reprodutibilidade do
processo, ou de fenômenos. Estas práticas foram utilizadas até a Idade Média, quando houve
uma revolução nos métodos de fabricação. Esta revolução foi chamada de Alquimia.
 SAIBA MAIS
A Alquimia pode ser considerada uma prática interdisciplinar que promovia a interação do que
hoje conhecemos como Química, Física, Metalurgia e Matemática, com pitadas de Filosofia,
Astrologia e toda espécie de misticismo.
Esse movimento era motivado, basicamente, por dois grandes objetivos:
SINTETIZAR O ELIXIR DA LONGA VIDA
Suposto remédio com poderosas propriedades de transformar o homem em um ser imortal.
DESCOBRIR A PEDRA FILOSOFAL
Artefato a partir do qual qualquer objeto ordinário, principalmente metálico, poderia ser
transformado em material mais nobre, essencialmente o ouro.
 RESUMINDO
A Alquimia representava a essência da ambição humana à época de ter uma vida longa e de
riquezas.
Muito embora a Alquimia fosse conduzida por motivos alheios ao que é a ciência verdadeira,
muito do conhecimento acerca das transformações das substâncias, bem como o
estabelecimento de processos de síntese e o comportamento de determinadas substâncias,
acabou por se consolidar e servir de base para a sistematização do que viria a ser a Química.
 VOCÊ SABIA
Muitos processos utilizados atualmente, como fusão de materiais, formação de ligas metálicas,
destilação, filtração e outros processos de separação, tiveram sua origem nesse movimento
dos alquimistas.
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Representação de um laboratório de Alquimia.
Você já deve estar concluindo que os objetivos da Alquimia não puderam ser atingidos e que
isso gerou um cansaço generalizado entre seus praticantes. Mas houve uma guinada que
muitos consideram o golpe de separação entre a Química e a Alquimia.
O filósofo e cientista irlandês Robert Boyle, no século XVII, já na Idade Moderna, estabeleceu
uma sistematização mais séria e embasada de alguns processos e das leis de comportamento
de substâncias. Seu trabalho de maior destaque nesse sentido foi a lei dos gases, princípio
importantíssimo do comportamento dessas substâncias que relaciona as variações de pressão,
volume e temperatura de forma sistemática e reprodutível
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Representação artística de Boyle.
 
Imagem: Morphart Creation/Shutterstock.com.
 Representação artística de Lavoisier.
Disputando com Boyle a posição de pioneirismo e patrono da Química sistemática, muito
embora figurando em uma época mais tardia, está o cientista francês Antoine Lavoisier, no
século XVIII, considerado por muitos como o pai da Química moderna.
QUÍMICA MODERNA
A Química atualmente é o ramo da ciência que se propõe a estudar a composição, a estrutura
e as propriedades das substâncias, suas transformações, interações e seu relacionamento com
a energia. Dessa forma, tentar descrever a amplitude da Química para a sociedade moderna é
algo inglório pois não há como fazê-lo, uma vez que tudo que compõe o universo é formado
por substâncias químicas.
 VOCÊ SABIA
Através da Química é possível extrair naturalmente produtos utilizados em medicamentos e em
diversos outros setores da indústria, bem como é viável a execução de processos de síntese
de novas substâncias dos mais diversos tipos para as mais variadas aplicações. Podemos
citar, além da indústria farmacêutica, a de combustíveis, de tintas, metalúrgica, de alimentos,
têxtil, petroquímica, de higiene pessoal, entre tantas outras.
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Depósito de uma indústria química e a variedadede seus insumos.
Dada a vastidão de seu domínio de conhecimento, a Química é segmentada em diversas
disciplinas básicas: Química Inorgânica, Química Orgânica, Físico-Química, Química Analítica
e Bioquímica. Essas áreas geram o entendimento básico da matéria que conhecemos e
conduzem à obtenção de todos os produtos com que temos contato diário.
A sistematização do estudo que abrange o escopo da Química parte de entendimentos
fundamentais do que é a matéria que compõe o universo, da energia que nos permeia, suas
interações, o átomo, a estrutura da matéria, suas reações, a classificação das substâncias –
enfim, um encadeamento de ideias e conhecimentos que trilharemos juntos a partir de agora.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. SOBRE O INÍCIO DO PROCESSAMENTO DOS METAIS PELA
HUMANIDADE, PODEMOS AFIRMAR QUE?
A) Iniciou-se com o ferro, o metal mais abundante da crosta terrestre.
B) Começou com o cobre e o estanho por serem fáceis de manipular.
C) Restringia-se ao ouro e à prata nas Américas pela sua abundância.
D) Se deu na Idade Média, com a Revolução Industrial.
E) Foi marcada pela fabricação do bronze que sucedeu a Era do Ferro.
2. QUAL FOI A MAIOR CONTRIBUIÇÃO DA ALQUIMIA PARA A QUÍMICA?
A) Deixou a descoberta de todos os elementos químicos e suas propriedades para os químicos
modernos.
B) Iniciou os estudos dos elementos radioativos.
C) Deu um salto no conhecimento científico com o estabelecimento da lei dos gases.
D) Gerou grandes nomes da ciência como Boyle e Lavoisier.
E) Deixou um legado no que se refere aos processos e técnicas de transformação dos
materiais.
GABARITO
1. Sobre o início do processamento dos metais pela humanidade, podemos afirmar que?
A alternativa "B " está correta.
 
Foram os metais mais abundantemente encontrados e de fácil manipulação, principalmente
pela fundição.
2. Qual foi a maior contribuição da Alquimia para a Química?
A alternativa "E " está correta.
 
Graças às técnicas laboratoriais desenvolvidas pelos alquimistas foi possível o progresso da
Química.
MÓDULO 2
 Identificar energia, matéria e medidas
ENERGIA, MATÉRIA E MEDIDAS
MATÉRIA
Alguns conceitos fundamentais daquilo que é objeto de estudo da ciência, em especial da
Química, são, às vezes, bem difíceis de definir. Isso nos faz entender um pouco dos problemas
que os antigos enfrentavam em tentar estabelecer leis e conceitos de coisas com as quais a
humanidade sempre teve contato e que, por ser tão quotidianos, acabavam não sendo
definíveis. A matéria é uma dessas coisas.
Podemos intuitivamente definir matéria como tudo aquilo que é real e palpável, a porção física
da natureza. Porém, essa definição se mostra falha pois a energia, que estudaremos um pouco
mais adiante, também é real e, de certo modo, pode ser encarada como uma porção física da
natureza.
Uma definição amplamente aceita dá conta de que matéria é tudo aquilo que possui massa
e ocupa lugar no espaço. Talvez não consigamos pôr em palavras, mas aquilo que ocupa um
lugar no espaço é algo concebível e não nos soa tão ruim. Porém, massa é algo que requer
um pouco mais de análise. No entanto, antes de tentarmos entender o que vem a ser massa,
precisamos estabelecer alguns outros conceitos.
Inicialmente, vejamos o que vem a ser um corpo. Se a matéria é algo maior, que define tudo
aquilo que ocupa lugar no universo, físico e tangível, um corpo é somente uma fração desse
todo.
Lidar com toda a matéria que existe é algo inimaginável. Contudo, com os corpos, a matéria
ganha proporções mais adequadas ao trato humano.
Indo além da definição de corpo, se essa porção da matéria apresentar uma função específica,
então estamos tratando com um objeto.
 EXEMPLO
Um bloco de mármore extraído de uma pedreira é um corpo, uma pequena fração de toda a
matéria que existe; porém, se é trabalhado e se torna uma bancada de pia, agora, com uma
funcionalidade, esse bloco de mármore se torna um objeto.
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Minério de ferro (corpo)
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Ferramentas de ferro (objetos)
Assim, massa é definida como a medida numérica da quantidade de matéria de um corpo ou
objeto.
 EXEMPLO
Para visualizarmos esse conceito, tomemos a seguinte comparação: imagine um balde
completamente repleto com chumbo (um metal) e outro balde, exatamente igual, repleto de
água. Temos dois corpos exatamente iguais em extensão. Porém, fica fácil concluir que o
chumbo do primeiro balde tem mais matéria que a água do segundo balde.
Atreladas à massa, existem diversas outras propriedades da matéria que podem ser
identificadas. Já que tocamos no assunto, entendemos, então, que a massa é uma propriedade
da matéria. E mais: entendemos as propriedades como os parâmetros identificadores da
matéria. De acordo com o estado de agregação e a composição da matéria, suas propriedades
são distintas e os materiais podem ser caracterizados.
Voltando à ideia de massa, essa propriedade pode ser medida a partir de um parâmetro
denominado inércia. É classicamente definida como a resistência de um objeto ao esforço
realizado sobre ele para modificar seu estado de movimento.
 RESUMINDO
Todo corpo tende a permanecer no estado em que se encontra no momento em que sofre a
interferência da força que tende a modificar esse estado.
Essa relação entre força e movimento é bem-descrita pela brilhante lei do movimento de sir
Isaac Newton. Assim, certamente teremos mais dificuldade para levantar do solo (se é que
conseguiremos) o balde contendo chumbo do que o balde com água.
 VOCÊ SABIA
Alguns instrumentos se valem desse princípio para realizar a medida de massa de objetos,
como é o caso das balanças. Esses equipamentos realizam medições comparativas entre
objetos para determinar a massa da amostra analisada a partir de um referencial.
Como dissemos, depois de estabelecido o que vem a ser massa, podemos entender algumas
outras propriedades diretamente associadas a ela. Um exemplo quase imediato é o volume.
Quando fizemos a ilustração dos baldes com chumbo e água, intuitivamente fizemos uma
associação entre a quantidade de matéria que ali havia com a extensão desses corpos. E o
volume é exatamente isto: a extensão que um corpo ocupa no espaço.
Podemos citar, ainda, a:
 
Imagem: Shutterstock.com.
IMPENETRABILIDADE
Famosa propriedade que impede que dois corpos ocupem o mesmo lugar no espaço.
 
Imagem: Shutterstock.com.
COMPRESSIBILIDADE
Permite que, em maior ou menor grau, a matéria seja comprimida pela ação de pressão
externa.
 
Imagem: Shutterstock.com.
DIVISIBILIDADE
Faz com que a matéria seja dividida em partes menores sem, contudo, perder traços que a
distingue, ou seja, uma barra de alumínio de 1kg quando dividida em outras duas de 500g,
continua sendo alumínio nessa nova situação.
Todos esses exemplos caracterizam o que conhecemos como propriedades gerais da
matéria, ou seja, são inerentes ao fato de todas possuírem a mesma essência e são comuns a
qualquer material.
Contudo, existem propriedades que são específicas, responsáveis por distinguir um material
do outro. Por exemplo:
 
Imagem: Shutterstock.com.
COMBUSTÃO
Ou seja, a capacidade de reagir com o gás oxigênio (O2) e liberar calor. Isso acontece de
várias formas (queima ordinária até a detonação) e distingue os combustíveis.
 
Imagem: Shutterstock.com.
ACIDEZ E BASICIDADE
Relacionadas com o comportamento de substâncias em meio aquoso e envolve formação de
íons específicos (não será o foco do nosso estudo).
 
Imagem: Shutterstock.com.
PODER OXIDANTE
Que tem a ver com a capacidade de extrair elétrons de outra espécie química, dentre outras.
Ainda dentro das propriedades específicas, algumas apresentam um perfil mais físico de
atuação, como a solubilidade, relacionada com a capacidade de uma substância se dissociar
em outra no estado líquido; os pontos de fusão e ebulição; e a densidade (quantidade de
massa em um determinado volume).
ORGANIZAÇÃO DA MATÉRIA
Toda a matéria que conhecemos eas propriedades que descrevemos anteriormente são
reflexo de sua composição mais íntima, ou seja, de sua estruturação microscópica. Hoje já é de
conhecimento de todos que a matéria é constituída de um sistema fundamental que,
historicamente, ficou conhecido como átomo.
A ideia de átomo sofreu, ao longo de milênios, muitas transformações e, conforme o
entendimento humano ia avançando e as capacidades tecnológicas se robustecendo, uma
visão mais clara dessa entidade (que na realidade não é a unidade fundamental da matéria
pois, sabemos, existe uma diversidade de partículas subatômicas) foi se formando até se
chegar no modelo atômico atual.
No próximo módulo estudaremos em mais detalhes esse assunto e não iremos, portanto, nos
deter muito nele aqui. Porém, vamos nos debruçar mais no entendimento dos aglomerados de
átomos que formam a matéria como a conhecemos.
Inicialmente, vamos a uma breve visão do que é um elemento químico. Ao conjunto do
mesmo tipo de átomos que existem no universo damos o nome de elemento químico.
 EXEMPLO
Todos os átomos com 12 prótons no núcleo formam um grupo denominado elemento químico
carbono (C). Qualquer átomo que apresente 92 prótons em seu núcleo pertence ao elemento
químico urânio, e por aí vai...
Os elementos químicos são representados da seguinte maneira:
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Representação do 
elemento químico ouro.
A organização dos elementos e sua classificação não será foco do nosso estudo, mas, por
enquanto, podemos entender o que significa essa simbologia.
Todo elemento químico é representado por uma letra maiúscula ou duas letras (sendo a
primeira sempre maiúscula) que fazem referência ao nome do elemento em latim. O exemplo
da figura representa o elemento ouro, cujo símbolo Au vem do nome latino Aurum.
Alguns elementos químicos modernos estão sendo representados por até três letras, mas esse
não é o caso dos elementos usuais e estáveis com os quais iremos lidar.
 COMENTÁRIO
Aqui pediremos um pouco de esforço, pois é essencial que você tenha em mente o símbolo
dos elementos químicos mais comuns, e isso você pode encontrar em qualquer livro didático
de Química.
O número menor na figura (79) indica o número de prótons do elemento, também denominado
número atômico e o maior (196,967) é a massa atômica do elemento (média ponderada do
número de massa de cada isótopo do elemento levando em conta sua abundância na crosta
terrestre).
 ATENÇÃO
O número atômico é único para cada elemento e é ele quem identifica a que elemento pertence
cada átomo.
Visto isso, podemos avançar nossa análise numa linha que vai do micro ao macroscópico.
Sabemos o que são átomos e a interação entre eles, mediante ligações químicas, que geram
moléculas ou agregados iônicos. Assim, átomos de oxigênio, por exemplo, podem interagir
entre si e formar a molécula do gás oxigênio:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Por outro lado, átomos de oxigênio podem interagir, formando ligações químicas e gerando
uma molécula de água.
 
Imagem: Roseane Bahiense.
O conjunto de moléculas de água forma o que chamamos de substância água, ou
simplesmente água. O conjunto de moléculas de O2 caracteriza a substância oxigênio. Da
mesma forma, temos a substância – ou simplesmente benzeno, etanol etc.
2 O  →  O2
Repare que apesar do gás oxigênio e a água serem, ambos, substâncias químicas, o O2 é
formado por átomos do mesmo elemento químico, enquanto a água é formada por átomos de
elementos químicos diferentes. Isso faz com que o gás oxigênio seja classificado como uma
substância simples, enquanto a água seja considerada uma substância composta, ou
simplesmente um composto.
 ATENÇÃO
É importante destacar que certas substâncias são organizadas não como substância simples,
apesar de serem formadas por átomos de um único tipo de elemento químico. Exemplo
clássico disso são os metais, que apresentam uma rede de átomos metálicos unidos entre si
por ligação metálica, caracterizando uma substância elementar.
Assim como os elementos químicos são representados por símbolos, as substâncias são
representadas por fórmulas. As fórmulas indicam os elementos constituintes da molécula ou
agregado iônico, bem como sua proporcionalidade de composição.
 EXEMPLO
São exemplos de substâncias simples e compostas: O2, CO2, NH3, HCl, Ca(OH)2, NaCl,
KMnO4 etc.
MISTURAS
As misturas são muito fáceis de definir pois estamos bem familiarizados com esse termo que,
em Química, significa exatamente a ideia que temos de seu significado.
 EXEMPLO
Quando duas ou mais substâncias são colocadas em contato físico em um mesmo ambiente,
está caracterizada a mistura.
Mas, antes de nos dedicarmos ao entendimento das misturas, vamos caracterizar o que vem a
ser uma fase.
Fase é definida como uma região de um sistema em que as mesmas propriedades são
observadas.
 EXEMPLO
Quando temos um recipiente contendo água líquida pura, ou seja, somente água e nenhuma
outra substância, observamos, ao longo de todo esse sistema (porção do universo que está em
estudo), que suas propriedades são invariantes, isto é, sempre as mesmas. Porém, se
adicionarmos gelo a essa água, teremos duas fases para o sistema – afinal, o gelo apresenta
propriedades (volume e densidade, por exemplo) diferentes da água líquida.
É curioso constatar que, apesar de água líquida e água sólida serem a mesma substância,
quando unidas em um mesmo sistema formam duas fases distintas.
Agora, se em vez de gelo adicionarmos óleo de cozinha à água pura, veremos que se acumula
na superfície da água. Temos agora um sistema composto de duas fases. No entanto, a adição
de etanol (álcool etílico) à água pura gera somente uma fase – ou seja, não seremos capazes
de distinguir, por pura observação visual, esses dois componentes. Veja um resumo dessas
informações no quadro a seguir.
SISTEMA FASES COMPONENTES
Água pura 1 1
Água e gelo 2 1
Água e óleo 2 2
Água e álcool 1 2
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Fica claro, portanto, que existem dois tipos de misturas:
Mistura heterogênea
Em que facilmente consegue-se distinguir seus componentes.
Exemplo: água e óleo, água e areia, pedra e óleo etc.

Mistura homogênea
Em que não é possível distinguir seus componentes.
Exemplo: água e álcool, ar atmosférico – mistura de vários gases etc.
As misturas homogêneas são, também, chamadas de soluções. Normalmente se denomina,
para soluções:
LÍQUIDO + SÓLIDO
As soluções podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. Porém, se observa que alguns fatores
influenciam na formação de misturas homogêneas, ou soluções. A proporção entre os
componentes da mistura pode, muitas vezes, determinar seu tipo.
 EXEMPLO
Existe um limite em que o cloreto de sódio se solubiliza em água para formar uma solução.
Essa solubilidade depende, também, da temperatura.
SOLUTO FÓRMULA SOLUBILIDADE (g/L água)
Brometo de sódio NaBr 1.200
Carbonato de cálcio CaCO3 0,013
Cloreto de sódio NaCl 360
Cloreto de magnésio MgCl2 541
Sulfato de magnésio MgSO4 360
Sulfato de cálcio CaSO4 0,68
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Esses valores de solubilidade apresentados na tabela são a 25°C. Normalmente, a solubilidade
dos sólidos aumenta com o aumento da temperatura.
ENERGIA
Se tivemos dificuldade anteriormente em definir com exatidão o que é matéria, em se tratando
de energia a tarefa é muito mais árdua.
Aceita-se, em geral, que a energia é a capacidade de se realizar um trabalho ou uma ação.
 SAIBA MAIS
Talvez essa definição esteja reproduzindo a própria etimologia da palavra energia, que deriva
do grego equivalente a trabalho, ergos.
O fato é que a energia só faz pleno sentido de ser constatada quando da interação entre dois
sistemas físicos, ou seja, é algo associado à fluência ou ao trânsito. Percebe-se a atuação da
energia mediante alterações que se constatam especificamente em umsistema e no outro.
Um ramo da ciência que se preocupa com estudo da energia é denominado termodinâmica.
Uma vez que a energia está associada à ideia de se realizar trabalho, podemos dizer que
trabalho mecânico é realizado quando um corpo é movimentado em oposição a uma
força atuante sobre ele.
 EXEMPLO
Estamos realizando trabalho quando levantamos um objeto a partir do solo em oposição à
força da gravidade.
É bem verdade que quanto mais nos afastamos dessa força opositora, menos trabalho
precisamos realizar, e mais energia teremos “armazenada” para realizar outras tarefas. Essa
energia acumulada é normalmente denominada energia potencial e, como depende da
posição em que o objeto se encontra a partir da força opositora , ela pode ser descrita
matematicamente pela expressão:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
 ATENÇÃO
É importante lembrar que existem variantes dessa energia potencial que apresentam formas
matemáticas um pouco diferentes dessa, mas são derivadas dessa expressão geral, como a
energia potencial gravitacional, expressa pelo produto m∙g∙h (massa do corpo, aceleração da
gravidade e altura em que ele se encontra).
Em oposição à energia potencial, a energia acumulada em corpos que depende somente da
posição e não do movimento, podemos verificar outra modalidade de energia, a energia
cinética , mais conhecida como a energia do movimento. Vejamos sua expressão
matemática:
(Ep)
(d) (F)
Ep  =  Fd
(Ek)
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Repare que a energia cinética é dependente não só do movimento do corpo (velocidade – v),
mas, também, da massa que esse corpo possui.
 EXEMPLO
Sofrer o impacto de uma bola de tênis na cabeça após o saque de um tenista irá causar
bastante dor; porém, se ela for disparada à velocidade de um tiro de fuzil, causará um dano
muito maior.
Fica, inclusive, fácil de entender como uma ave pode causar tantos danos quando se choca
contra aeronaves em pleno voo. A energia total, ou pelo menos aquela que dá conta dessas
duas contribuições de energia, é conhecida como energia mecânica :
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Além de todas essas modalidades de energia citadas, existem muitas outras como a energia
elétrica, energia potencial elástica, nuclear, energia química interna, calor etc.
 ATENÇÃO
É importante atentarmos para o termo usado aqui ao nos referirmos às energias que são
“modalidade”.
Na verdade, a energia do universo é única e constantemente transformada de uma modalidade
em outra. Isso é o que prevê o princípio da conservação da energia que afirma que a
energia não é criada nem destruída, mas sim transformada.
Ek   =  
mv2
2
(Em)
(Em  =  Ep  +  Ek)
Para exemplificar isso, podemos citar um fato interessante: a munição que apresenta maior
eficiência em causar danos a um carro de combate blindado não utiliza explosivo algum. Ela
nada mais é do que uma “flecha” metálica, produzida de uma liga de urânio ou tungstênio (o
mesmo metal dos filamentos das antigas lâmpadas incandescentes), que é disparada a uma
velocidade altíssima (cerca de 1.800m/s). Ao ir até o alvo com essa alta velocidade e uma
massa considerável (a liga metálica é muito densa, possui muita massa em um volume
pequeno), a energia cinética contida nessa flecha é muito grande, mas vai ao valor zero ao
atingir o alvo (sua velocidade zera).
O que acontece com toda essa energia acumulada durante o voo da flecha? Ela se perde?
 RESPOSTA
O princípio da conservação da energia diz que não. Todo aquele grande aporte energético se
converte em outra modalidade, que é o calor, gerando os danos observados ao derreter a
própria flecha e a blindagem.
É impossível listar todas as transformações energéticas que ocorrem na natureza. Isso decorre
do fato de que o processo de transformação é muito dinâmico e, a cada momento, os tipos de
energia se convertem mutuamente. Porém, podemos citar alguns de maior importância ou mais
comuns.
 EXEMPLO
As usinas nucleares transformam a grande energia acumulada nos núcleos dos átomos de
determinados elementos em calor que aquece um volume de água, cujo vapor fará girar
turbinas para a produção de energia elétrica.
Pelos menos três transformações podemos observar nesse processo:
A transformação da energia nuclear em calor.

O calor transformado em energia mecânica para a rotação das turbinas.

A transformação desta em energia elétrica.
Os motores dos carros transformam o calor da queima do combustível em energia mecânica
para a movimentação do veículo. No mesmo veículo, vemos, também, a bateria transformar a
energia química das reações que ocorrem em seu interior em energia elétrica para promover o
funcionamento de seus dispositivos. Um deles é o rádio, que transforma essa energia elétrica
em energia sonora (energia mecânica das ondas de som).
MEDIDAS E O SISTEMA INTERNACIONAL
DE UNIDADES
É muito comum, ao assistirmos a filmes ou séries norte-americanas, ouvir algum personagem
dizer que a aeronave está a “tantos” pés de altura, ou ainda que eles viajaram “tantas” milhas
para se encontrar. Fica difícil para nós, brasileiros, entendermos se aquilo que eles estão
dizendo é muita coisa ou não é tanto assim. Podemos até perder o entendimento pleno de
parte importante do enredo.
Da mesma forma, mas com grau de importância muito maior, as produções científicas se
baseiam em unidades de medidas das grandezas com as quais lidam e geram suas
conclusões. Fica muito difícil a divulgação e o compartilhamento de informações científicas se
não houver uma padronização das medidas dos resultados obtidos para que outros grupos de
pesquisa possam reproduzir o experimento ou aprimorar técnicas desenvolvidas ao redor do
mundo. Por isso, é importante que o mundo científico “fale a mesma língua” em se tratando de
sistemas de unidade de medidas.
Ao longo deste tema, tratamos de vários assuntos que, implicitamente, envolviam unidades de
medidas: deslocamentos, energia, trabalho, velocidade, massa etc. Cada uma dessas
grandezas pode ser medida e sua magnitude dimensionada para fins de utilização e produção
de conhecimento.
 SAIBA MAIS
A fim de padronizar as medidas realizadas e facilitar o intercâmbio de informações entre os
cientistas de todo o mundo, foi criado, em 1960, na XI Conferência Geral de Pesos e Medidas
(CGPM), o Sistema Internacional de Unidades, conhecido como SI.
O SI estabelece um conjunto de sete grandezas, conhecidas como grandezas bases, a partir
das quais outras são derivadas e estabelecidas segundo essas grandezas fundamentais.
GRANDEZA BASE UNIDADE
Tempo Segundo (s)
Massa Quilograma (kg)
Comprimento Metro (m)
Temperatura Kelvin (K)
Quantidade mol
Corrente Elétrica Ampére (A)
Luminosidade Candela (Cd)
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
Evidentemente, muitas outras medidas de grandezas existem e são, também, abrangidas pelo
SI. Porém, como já dissemos, são derivadas dessas unidades base. Uma combinação dessas
unidades gera unidades de energia como o joule (J), que é estabelecido pela seguinte relação:
 Atenção! Para visualização completa da equação utilize a rolagem horizontal
Veja outras unidades derivadas:
GRANDEZA DERIVADA UNIDADE
Força Newton (N)
Velocidade Metro por segundo (m/s)
Aceleração Metro por segundo ao quadrado (m/s2)
Volume Metro cúbico (m3)
 Atenção! Para visualização completa da tabela utilize a rolagem horizontal
A partir de agora, procuraremos aplicar em todas as nossas unidades utilizadas o sistema SI
para estarmos em concordância com o restante do mundo e padronizar todas as nossas
análises de dados.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. É UMA PROPRIEDADE ESPECÍFICA DA MATÉRIA O(A):
A) Ponto de fusão
B) Massa
1J   =  1 kg .   m
2
s2
C) Volume
D) Energia
E) Inércia
2. QUAL A MOTIVAÇÃO PARA A CRIAÇÃO DO SISTEMA INTERNACIONAL
DE MEDIDAS?
A) Dar preferênciaa um sistema de medida em detrimento a outros.
B) Criar grandezas que até então não existiam.
C) Unificação dos padrões de resultados internacionais.
D) Estabelecer um sistema europeu de medidas.
E) Trazer para o Ocidente as pesquisas orientais num mesmo padrão de entendimento.
GABARITO
1. É uma propriedade específica da matéria o(a):
A alternativa "A " está correta.
 
É uma propriedade que diferencia as substâncias pois são específicas delas.
2. Qual a motivação para a criação do Sistema Internacional de Medidas?
A alternativa "C " está correta.
 
Unificar as medidas para facilitar o intercâmbio de informações entre pesquisadores.
MÓDULO 3
 Descrever a estreita relação entre a Química e os materiais
A QUÍMICA E OS MATERIAIS
OS MATERIAIS NA MODERNIDADE E A
QUÍMICA DOS MATERIAIS
Do início do nosso tema, até o fim do módulo 2, podemos perceber que demos um salto
milenar na história da ciência, especialmente da Química, e estamos a tratar de assuntos que
se distanciam demais daquilo que nos primórdios se entendia como ciência e estudo dos
materiais.
Uma vez iniciada a exploração de recursos mais variados, a sua utilização, até o início do
século XX, era marcada por um ponto comum: baseava-se em princípios não renováveis de
utilização. Produtos metálicos eram fortemente enfatizados, lastreados por uma vultosa rede de
insumos energéticos. Mesmo os produtos de origem vegetal eram tratados de forma
exploratória, e as únicas práticas de consumo racional e de reflorestamento tinham cunho
eminentemente econômico de reabastecimento.
Em virtude do franco e forte avanço científico-tecnológico, associado com maior
conscientização ambiental e de sustentabilidade, a partir do presente século houve uma
sucessiva substituição de modos de produção e materiais caros, raros, não renováveis ou
estratégicos por novos materiais mais baratos, leves, de maior durabilidade, gerados com
insumos renováveis e recicláveis. Sem dúvida, podemos dizer que hoje a humanidade não vive
mais uma era de dominância monolítica de um tipo de material como ocorreu no passado, mas
vivemos a era de diversos materiais.
 EXEMPLO
Ao entrarmos num automóvel atualmente, por exemplo, encontraremos um painel feito de
polímeros. Diversos tipos de plásticos dominam a indústria automobilística – volante, manete
do câmbio, a estrutura do próprio painel, retrovisores, forros de porta, só para citar alguns
poucos exemplos, são manufaturados em polímero.
Os dispositivos eletrônicos deixaram de lado os componentes metálicos pesados e suscetíveis
à corrosão em prol dos materiais cerâmicos – seria impossível pensar no desenvolvimento da
microeletrônica sem o silício. Os bancos são confeccionados com fibras sintéticas. A pintura é
feita com princípios de proteção e durabilidade elevadíssimos. Os aços de alto desempenho
atuam como componentes do motor e do sistema de frenagem, direção e suspensão.
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Componente de automóvel confeccionado em fibra de carbono, um dos ícones da era dos
novos materiais.
A mesma tecnologia do aço está presente até na Medicina, com a fabricação de equipamentos,
bisturis e próteses.
Enfim, poderíamos ficar aqui elencando todas as possibilidades de materiais à disposição e
não conseguiríamos englobar tudo.
Vivemos uma época em que não só novas alternativas de materiais são pensadas, mas
também em reaproveitamento, combinação, interação e integração deles com outros já
bastante conhecidos, gerando materiais compósitos.
 VOCÊ SABIA
Todo esse avanço foi sistematizado já na década de 1970 com o surgimento da Química dos
Materiais, uma nova disciplina cujo surgimento foi impulsionado exatamente por essa guinada
de pensamento e tomada de consciência da necessidade de se fazer uma nova política
tecnológica de trato dos materiais.
Associado a isso, avanços nas áreas espectroscópicas, térmicas, de microscopia e de
desenvolvimento de novos equipamentos de análise e síntese deram a sustentação e o
arcabouço dessa nova linha de pesquisa.
Novos processos de síntese, estrutura, propriedades e aplicações dos novos materiais,
principalmente daqueles associados com o avanço de diferentes tecnologias, têm obtido
contínuo sucesso.
 SAIBA MAIS
A Química de Materiais tem se mostrado uma atividade de relevância no contexto atual e
produz inúmeras vantagens em favor do desenvolvimento crescente de uma indústria nacional
de forte base tecnológica.
COMPOSIÇÃO, ESTRUTURA E
PROPRIEDADE
Antes de iniciarmos o entendimento dos materiais em si, é preciso, inicialmente, discutirmos
acerca de duas modalidades de abordagem dos novos materiais.
Num primeiro momento, fica claro que existe uma íntima correlação entre a estrutura e as
propriedades de cada material. Aquilo que se observa, como a organização das partículas
microscópicas, a distribuição dos átomos na rede cristalina, os defeitos etc., ditará como,
macroscopicamente, aquele material irá se comportar.
 VOCÊ SABIA
A área onde a Engenharia mais atua, de posse do conhecimento dessa correlação estrutura-
propriedade, é na alteração desse arranjo estrutural ou, ainda, na elaboração de uma nova
estrutura de um novo material para atender a uma necessidade ou aplicação específica.
Embora o termo estrutura possa parecer bastante amplo e, portanto, vago demais, podemos
delimitar sua definição, como já dissemos, como o arranjo interno dos materiais em seus
componentes primordiais.
Veja as figuras a seguir, elas evidenciam a relação estrutura-propriedade de forma bem clara.
Ambas as ilustrações retratam a organização estrutural de materiais compostos
exclusivamente por carbonos.
 
Imagem: Shutterstock.com.
GRAFITE
Observe que a estrutura do grafite está organizada em camadas de arranjos hexagonais de
átomos (lamelas) que, dependendo do esforço mecânico exercido sobre essa estrutura, podem
deslizar umas sobre as outras. É por esse motivo que o grafite pode ter aplicação como
lubrificante sólido.
 
Imagem: Shutterstock.com.
BUCKMINSTERFULERENO (C60)
É um material composto exclusivamente de carbono, conhecido como buckminsterfulereno
(C60), apresenta uma estrutura cristalina bem diversa, constituída de um arranjo em forma de
bola oca de 60 átomos de carbono. Esse material já encontrou aplicação, por exemplo, como
gaiola “capturadora” de moléculas em seu interior.
Podemos citar, também, outros materiais, como as ferritas – materiais cerâmicos magnéticos
que encontram diversas aplicações tais como em sistemas eletrônicos de gravação,
processadores de computadores e como revestimento absorvedor de radiação – aplicadas em
aviões de tecnologia furtiva, stealth, como o bombardeiro norte-americano B2 Spirit.
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Bombardeiro B2 Spirit, americano.
O arranjo estrutural das moléculas das ferritas é suscetível à magnetização somente ao longo
do eixo principal de sua célula unitária cristalina. Dessa forma, o processo de síntese e
conformação do material deve ser pensado para que esse requisito seja atendido e o material
final tenha a aplicação desejada.
As propriedades dos materiais surgem, normalmente, em resposta a um estímulo externo
sofrido tal como o estiramento de um fio de uma fibra sob a ação de tração ou a
supercondutividade elétrica sob resfriamento. É comum alguns materiais evidenciarem uma
propriedade destacada diante de um estímulo específico e ter resposta nula, ou quase nula,
ante outra solicitação.
 EXEMPLO
Uma rocha sofrendo compressão mecânica responderá com quase nenhuma alteração de
volume, enquanto a borracha sofrerá alteração de volume prontamente diante do mesmo
estímulo. Vemos, com isso, que a borracha apresenta a elasticidade como propriedade
enquanto a rocha não. Isso irá definir a utilização de determinado material numa aplicação
específica.
A partir disso, pode-se identificar cinco classes gerais de propriedades dos materiais: elétricas,
térmicas, mecânicas, óticas e magnéticas.
 
Imagem: Shutterstock.com.
Separação magnética de componentes de mistura sólida. Uso de uma propriedade em
aplicação prática.
PROCESSAMENTO E DESEMPENHO
Em se tratando de entendimento dos materiais, não só estrutura e propriedades são
necessários para o entendimento de sua aplicação e utilização. Dois fatores mais são
essenciais para completar o encadeamento do processo e aplicação: o processamento e o
desempenho.
O processamento irá ditar a estrutura do material obtido. Como já citamos, alguns materiais
cerâmicos apresentam propriedades magnéticas. Porém, muitas vezes, essas propriedades só
são observadas se houver um perfeito alinhamento dos domínios magnéticos do cristal. Isso
deve acontecer na etapa de processamento desse material.
É necessário, nesse caso, aquecimento para se obter uma fase suficientemente fluida do
material e, aplicando-se um processo de magnetização isotrópica (numa mesma direção)
externa, o produto final, sólido e resfriado, apresentará a propriedade desejada.
Da mesma forma, processos que geram diferentes tamanhos e contornos de grão no material
(é assim que grande parte do material sólido é constituído, o que não será o foco deste tema)
acarretam diferentes propriedades óticas, como é o caso do óxido de alumínio. O monocristal
natural (safira) de óxido de alumínio é totalmente translúcido, enquanto a diminuição gradual do
tamanho do grão faz com que essa transparência também vá diminuindo, linearmente.
O desempenho do material, por sua vez, apresenta uma correlação direta com as
propriedades.
 RELEMBRANDO
Já vimos que os materiais exibem determinada propriedade de acordo com sua resposta a um
estímulo exigido dele.
Muito embora uma propriedade seja de destaque, por vezes mais de uma pode ser observada.
Assim, sua performance estará associada a essa propriedade de destaque, ou ainda àquelas
que podem ser observadas simultaneamente – muito embora nesta última situação possamos
constatar que haverá o comprometimento de aplicação do material em determinada linha
específica.
Como exemplo disso, podemos citar o urânio utilizado na munição que comentamos no módulo
2. Apesar de ser uma excelente escolha para a composição de uma liga, ele apresenta, mesmo
na situação de urânio empobrecido (não radioativo), traços do isótopo radioativo, o que
compromete sua utilização no que se refere à exposição de pessoas a esse artefato.
 RESUMINDO
Duas propriedades são evidenciadas simultaneamente, porém com certo prejuízo pela
ocorrência de uma delas.
Portanto, podemos vislumbrar uma relação linearmente dependente entre os quatro fatores que
acabamos de analisar. Para além das relações binárias estrutura/processamento e
propriedade/desempenho, observa-se um encadeamento maior, em que o processamento
adequado irá ditar a estrutura previamente planejada. Consequentemente, propriedades
específicas e únicas serão desenvolvidas impactando diretamente no desempenho de um
artefato composto por aquele material.
Processamento

Estrutura

Propriedades

Desempenho
NOVOS DESAFIOS
O avanço tecnológico e o estudo dos novos materiais não para e, a cada dia, novidades
surgem para melhorar a vida de quem os utiliza e otimizar os processos de fabricação.
Vejamos alguns pontos de grande perspectiva de crescimento nessa área.
MANUFATURA ADITIVA
Certamente você já ouvir falar de impressão 3D. Esse é um tipo de produção aditiva em que
se fabricam objetos físicos reais a partir de modelos digitais.
O equipamento que realiza esse processo ficou conhecido popularmente como impressora
3D.
 SAIBA MAIS
Na prática, camadas progressivas de materiais são sobrepostas umas às outras até se obter
um objeto final acabado.
De acordo com o material que se deseja utilizar para a confecção das peças, três técnicas,
basicamente, são utilizadas atualmente, como veremos a seguir.
MODELAGEM DE DEPOSIÇÃO FUNDIDA
Baseia-se no uso de fibras poliméricas fundidas a quente para produzir as peças.
ESTEREOLITOGRAFIA
Utiliza, diferentemente do método anterior, solidificação de resinas líquidas através de luz
ultravioleta.
SINTERIZAÇÃO SELETIVA A LASER
A sinterização é um processo de consolidação da microestrutura do material por meio de
processos de aquecimento controlado e pode utilizar grãos de material cerâmico, metais ou
plásticos.
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Peça fabricada pelo processo de manufatura aditiva.
A manufatura aditiva é um tipo de processo de fabricação que vem crescendo enormemente
nos últimos anos (praticamente a partir de 2014). Nos dois primeiros anos de sua concepção,
mais de 275 mil impressoras 3D já foram comercializadas no mundo, compondo uma indústria
que já cresceu cerca de 31% nos últimos seis anos. Esse crescimento se deve, em grande
parte, às inúmeras vantagens que esse método de produção oferece, como veremos a seguir.
VELOCIDADE DE 
PRODUÇÃO
Os modelos produzidos digitalmente podem ser rapidamente gerados, independentemente do
método de produção escolhido. Mesmo peças com design complicado podem ser
eficientemente geradas e de forma extremamente precisa pelas máquinas 3D avançadas
concebidas atualmente. Essa agilidade de produção gera grande quantidade de produtos que
podem, rapidamente, ser lançados no mercado.
FLEXIBILIDADE DE DESIGN E COMPLEXIDADE
Independentemente dos aspectos detalhados do design das peças, as geometrias mais
variadas possíveis podem ser geradas por esse processo. Versões mais realistas dos produtos
são fabricadas, atingindo de uma maneira melhor do que qualquer outra forma de fabricação os
objetivos pretendidos.
REDUÇÃO DE CUSTOS
Baixíssimo custo de produção, pois se utiliza de materiais facilmente disponíveis e com poucos
equipamentos (uma impressora 3D apresenta produtividade superior às máquinas da indústria
convencional). Além disso, a alta velocidade de produção, já citada, barateia o produto.
VERSATILIDADE
Máquinas da indústria tradicional são extremamente restritivas quanto ao tipo de material que
utilizam. Normalmente, o maquinário é projetado para um tipo de insumo somente. Já na
produção aditiva, é possível fabricar os itens utilizando materiais diferentes em um único
processo.
CUSTOMIZAÇÃO
É possível produzir objetos que atendam às necessidades individuais e personalidades dos
clientes.
SUSTENTABILIDADE
Utiliza bem menos material que a indústria tradicional. Gera, portanto, menos resíduos e
demanda bem menos insumos energéticos.
Produtos oriundos da manufatura aditiva, mais do que imaginamos, já são uma realidade em
diversos aspectos do nosso dia a dia. Próteses já são produzidas por esse método, bem como
complicadas peças da indústria automobilística e aeronáutica. Alguns dizem já ser possível
produzir automóveis e aeronaves inteiros utilizando essa tecnologia.
Os mais ousados preveem a impressão, num futuro muito próximo, de órgãos humanos. “Por
que não?”, dizem. Afinal, fazer peças de design complicado já é possível. E como não seria a
produção de outra “peça” igualmente sofisticada, como um fígado? Basta a produção de um
material conveniente e as filas de transplantes teriam fim.
Contudo, por mais que nos pareça absurda a ideia de produção de coisas desse tipo, os limites
da ciência e da tecnologia continuam sendo “empurrados” cada vez mais adiante.
BIOLOGIA SINTÉTICA
Já se consegue produzir fibras tão resistentes como o aço a partir de material biológico de
peixes e até os fios de teias de aranha a partir de materiais de laboratório.
Esses são avanços do que ficou conhecido como Biologia Sintética, uma área de integração da
Biologia com a Física, Química, Engenharia e Tecnologia da Computação. Através dela, é
possível gerar novos componentes biológicos ou reestruturar componentes já existentes, como
o DNA.
 SAIBA MAIS
O auge do advento dessa nova tecnologia talvez tenha ocorrido em 2010, quando o cientista
norte-americano Craig Venter conseguiu projetar no computador uma sequência de DNA de um
organismo unicelular e imprimi-lo para, posteriormente, introduzi-lonuma bactéria que se
comportava de acordo com aquela sequência sintética de informações produzida
artificialmente.
Hoje já existe um banco de dados vastíssimo de sequências de DNA para as mais diversas
finalidades, prontas para produzir seres capazes de atender a uma demanda específica e
quase qualquer tipo de material biológico, como fibras e leite (que já é produzido assim
atualmente).
De acordo com o mesmo princípio, um filamento hiper-resistente, usado para fabricar de
cordas e roupas até produtos de saúde, provém do código de DNA de um peixe que é
introduzido numa colônia de bactérias. Elas começam, então, a sintetizar o filamento, dez
vezes mais fino que um fio de cabelo, porém mais forte que alguns tipos de aço.
 RELEMBRANDO
Lembram dos órgãos que podem ser produzidos por impressoras 3D? Pois eles entram no rol
de possibilidades de produção da Biologia Sintética, em especial na área de Biotecnologia, a
fusão entre Engenharia e Biologia.
A bactéria de Craig Venter entra nesse grupo, também denominado por alguns como vida
artificial. Mas a Biologia Sintética pode atuar num leque mais amplo de aplicações, como
armazenamento de informações, design de proteínas, biossensores e enzimas industriais.
Muito embora a Biologia Sintética seja um avanço muito bem-vindo e saudado no meio
científico e industrial, há que se pôr na balança, também, questões éticas envolvidas nessa
linha. Afinal, lidar com vidas, principalmente humanas, é algo bastante delicado.
ATÉ QUE PONTO PODEMOS MANIPULAR AQUILO QUE
NATURALMENTE JÁ SE ENCONTRA NUM CONTEXTO DE
EQUILÍBRIO E ADAPTAÇÃO? 
 
É REALMENTE VÁLIDO, EM NOME DO DESENVOLVIMENTO E
DO GANHO FINANCEIRO, PERTURBARMOS ARRANJOS
BIOLÓGICOS E CRIARMOS ESPÉCIES DE “VIDAS DIGITAIS”?
São questões, entre muitas envolvidas nesse assunto, que merecem uma reflexão detida.
NANOTECNOLOGIA
A nanotecnologia é o ramo tecnológico que lida com estruturas da ordem de 1 a 100
nanômetros (1nm = 10-9m), ou seja, arranjos de dimensões moleculares. Manipular átomos e
moléculas com o objetivo de se obter materiais com maior precisão e estruturas mais
organizadas é um dos objetivos da nanotecnologia.
 ATENÇÃO
É importante ressaltar que a nanotecnologia não visa à interferência ou à manipulação dos
átomos em si, porém objetiva a elaboração de novas e melhores estruturas a partir deles
diretamente.
A nanotecnologia começou a se desenvolver de forma mais plena na década de 1980, com o
advento de equipamentos e técnicas de microscopias eletrônicas avançadas, como
microscopia eletrônica de varredura e de tunelamento, e atualmente se encontra em
caminhada franca de desenvolvimento, com possibilidades de crescimento animadoras.
 
Imagem: Shutterstock.com.
O microscópio eletrônico de tunelamento foi o que permitiu a primeira visualização de um
átomo isolado no início daquela década. Mas referências históricas dão conta de um princípio
nanotecnológico já durante o império romano: cálices de ouro eram fabricados a partir da
manipulação daquele material, que permitia a mudança de cor das taças de acordo com a
incidência de luz solar.
 VOCÊ SABIA
O grande físico Richard Feynman, já no final da década de 1950, referiu-se à tecnologia de
manipulação dos materiais em nível atômico, mas a popularização do termo só se deveu a Eric
Drexler na década de 1980.
Por meio da nanotecnologia, é possível desenvolver materiais e componentes mais bem-
acabados e de melhor desempenho, pois os materiais trabalhados nas escalas macroscópicas
que conhecemos não se comportam da mesma maneira em nanoescala. Materiais trabalhados
nessa grandeza podem apresentar melhor desempenho mecânico, ou ganhar propriedades
como melhor condução de calor e eletricidade, ficar mais reativos, ou, ainda, apresentar
propriedades eletrônicas, magnéticas e óticas mais refinadas.
 
Imagem: Shutterstock.com.
 Ilustração de nanotubos de grafeno.
Mas como é possível manipular os átomos de tal forma a se obter dispositivos funcionais que
se desejam? Drexler e seus colaboradores propuseram a ideia de um montador universal ou
molecular, uma máquina de tamanho bastante reduzido capaz de organizar átomos e
moléculas de acordo com instruções dadas. Uma vez havendo a possibilidade de se construir
esse aparelho, ele teria a capacidade de construir qualquer objeto possível, incluindo vários
outros montadores para executar determinada tarefa – por exemplo, a construção de várias
toneladas de um nanomaterial. Porém, a construção de um montador molecular ainda está
longe de ocorrer, pois modelagens quânticas complexas se fazem necessárias para a
manipulação individual de átomos.
Atualmente, o que fazemos é a manipulação em escala nano a partir de processos químicos
usuais em laboratório e tratamentos específicos dos materiais para garantir, na escala
nanométrica, a obtenção da estrutura desejada. Dessa forma, são obtidos produtos e
tecnologia já utilizados, como os já citados fulerenos e os nanotubos de grafeno – ambos
alótropos do carbono com disposição dos seus átomos em hexágonos em forma de uma bola
ou de tubos infinitos, respectivamente.
 VOCÊ SABIA
Esses materiais encontram grandes aplicações industriais, na construção civil e na indústria
eletrônica.
Na indústria farmacêutica, encontram-se os nanofármacos, ou fármacos de liberação
controlada, que são moléculas nanométricas capazes de conduzir princípios ativos (o material
que, efetivamente, é o atuante no medicamento) e fazer com que o fármaco seja liberado no
ambiente fisiológico adequado nos tecidos-alvo específicos, minimizando os efeitos colaterais
da droga utilizada.
Um problema ainda difícil com relação à nanotecnologia é como lidar com seus resíduos. Uma
vez que são partículas extremamente pequenas, elas são facilmente dissemináveis nos
ambientes, principalmente através do ar.
Maneiras eficientes de se eliminar esse material ainda não são adequadas e sua impregnação
promove riscos de contaminação, dependendo do material contaminante.
VERIFICANDO O APRENDIZADO
1. QUAL A RELAÇÃO ENTRE ESTRUTURA E PROCESSAMENTO?
A) O processamento não interfere em nenhum aspecto da estrutura do material.
B) A estrutura do material gera diferentes processamentos que a indústria irá seguir.
C) Somente dois tipos de processamento são responsáveis por todas as alterações de
estrutura que se conhece.
D) O processamento dita o tipo de estrutura que o material terá.
E) Estrutura está inversa e exponencialmente relacionada com o processamento.
2. COM RELAÇÃO À MANUFATURA ADITIVA:
A) Constitui-se num método de produção tradicional já praticado pela indústria há décadas.
B) Caracteriza-se pela produção, em camadas, de produtos a partir de um modelo digital.
C) Tem como seu principal ponto fraco a baixa velocidade de produção.
D) Apresenta a principal vantagem de ser extremamente restritiva com relação à complexidade
do projeto.
E) Ainda não está em funcionamento na indústria mundial.
GABARITO
1. Qual a relação entre estrutura e processamento?
A alternativa "D " está correta.
 
De acordo com o processamento adotado, os materiais terão as mais variadas estruturas.
2. Com relação à manufatura aditiva:
A alternativa "B " está correta.
 
Permite a fabricação a partir de um arquivo computacional de qualquer objeto com velocidade,
versatilidade e baixo custo.
CONCLUSÃO
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste tema, vimos os primórdios do estudo dos materiais, desde os primeiros movimentos no
intuito de se obter objetos práticos de uso até o estabelecimento de metodologia sistemática
para se aplicar tais materiais. Vimos também como se estabeleceu a Alquimia que, apesar de
seu cunho místico e seus objetivos um tanto quanto duvidosos, conseguiu abrir caminho no
sentido de se ter um estudo mais organizado de manipulação de recursos naturais.
Entendemos como os materiais auxiliam na vida humana, os avanços que foram obtidos com a
pesquisa de novos componentes de estruturas modernas, bem como as relações de sua
organizaçãomicroscópica interna, além da relação direta entre processamento, estrutura,
propriedades e desempenho, e como esses assuntos se relacionam entre si.
Por fim, demos uma passada nas perspectivas que a ciência dos materiais nos traz em termos
de explorar novas formas de manufatura e pesquisa e como as fronteiras das pesquisas
tecnológicas têm avançado rapidamente para estabelecer metodologias e produtos
completamente inimagináveis há pouco tempo na história humana.
AVALIAÇÃO DO TEMA:
REFERÊNCIAS
ATKINS, P. A.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio
ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2001.
CALLISTER JR., W. D. Materials science and engineering an introduction. 4. ed. New York:
John Wiley and Sons, 1997.
RUSSEL, J. B. Química geral. 2. ed. São Paulo: Makron Books, 1994. vol. 1 e 2.
EXPLORE+
Para saber mais sobre os assuntos tratados neste tema:
Busque informações sobre a técnica de manufatura subtrativa em livros e sites.
Visite o site Inovação Tecnológica para atualizações interessantes sobre o tema.
CONTEUDISTA
Marco Aurélio Souza de Oliveira
 CURRÍCULO LATTES
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