O futeboleno foi descoberto há 25 anos!

Sábado passado, 4 de Setembro, a Google comemorou os 25 anos da descoberta do buckminsterfulereno, melhor conhecido em Portugal como “futeboleno” por a molécula ter a forma de uma bola de futebol.

O futeboleno foi pela primeira vez identificado pelos químicos Harold Kroto, Richard Smalley e Robert Curl a 4 de Setembro de 1985 (ver aqui a história da descoberta do futeboleno). A 14 de Novembro de 1985 a revista Nature publicou um pequeno artigo, apresentando oficialmente o futebuleno à comunidade científica. Kroto, Smalley e Curl receberam o Prémio Nobel da Química em 1996 pela descoberta do futeboleno.

Cientistas que descobriram o futeboleno. Harold Kroto (à esquerda), Richard Smalley (ao centro) e Robert Curl (à direita). Crédito fotográfico: The Nobel Prize Foundation.

Cada molécula de futeboleno é constituída por 60 átomos de carbono. Cada átomo estabelece uma ligação química com dois átomos adjacentes, o que leva à formação de um poliedro constituído por 12 pentágonos e 20 hexágonos, tal como uma bola de futebol, em que cada extremidade (vértice) é ocupada por uma átomo de carbono.

Na figura cada bola amarela representa um átomo de carbono e as linhas pretas (arestas) que ligam as bolas representam ligações químicas. Crédito: Paul Kent.

A forma do futeboleno foi proposta logo nos primeiros dias após a sua descoberta. Baseia-se no facto de o futeboleno ser uma molécula muito estável, que exclui a possibilidade de o futebuleno ter a forma de uma cadeia longa, e segue a lei de Euler. Esta proposição matemática refere que qualquer polígono com um número n, par e superior a 22 de vértices pode formar pelo menos um poliedro contendo 12 pentágonos e (n-20/2) hexágonos. Para o futeboleno n = 60, logo (n – 20 / 2) = (60 – 20 / 2) = 20 hexágonos.

O nome buckminsterfulereno é uma homenagem ao arquitecto e engenheiro norte-americano Richard Buckminster Fuller (1895-1983) que desenvolveu e aplicou o conceito de cúpula geodésica, uma estrutura geométrica leve mas resistente que pode suportar várias vezes o seu peso. Segundo o artigo da Nature as ideias de Buckminster Fuller para a construção de cúpulas geodésicas serviram de inspiração para a estrutura proposta para o futeboleno.

A figura seguinte apresenta o pavilhão norte-americano da Exposição Mundial de 1967, em Montreal, Canada, projectado por Buckminster Fuller. A estrutura transparente é uma cúpula geodésica. Crédito fotográfico: CédricThévenet.

A produção de futeboleno e de outros fulerenos permitiu o desenvolvimento de uma área da Química dedicada exclusivamente ao estudo das propriedades e possíveis aplicações científicas e tecnológicas do futeboleno e de outros fulerenos.

O tamanho, forma (podem ser esféricos, ovais ou terem a forma de um tubo) e o facto de os fulerenos serem ocos tornam-nos bons candidatos para a utilização em nanotecnologia. Os fulerenos são utilizados, entre outras áreas, em biomedicina, biotecnologia, optielectrónica, indústria cosmética e em células combustíveis.

P.S: O artigo da Nature pode ser lido na íntegra aqui.

Nota: O objectivo inicial de Kroto, Smalley e Curl era estudar a formação de compostos de carbono no interior das estrelas. Em 2010 um grupo de investigadores finalmente identificou a existência de moléculas de futeboleno numa nebulosa planetária, chamada Tc 1 (ver artigo da NASA, em inglês). Acerca desta descoberta Kroto disse:

“Esta descoberta tão emocionante fornece uma evidência convincente de que, como suspeitava há muito, o futeboleno tem existido, desde tempos imemoriais, nos recantos mais escuros da nossa galáxia”.

Citação de Kroto original (em inglês): “This most exciting breakthrough provides convincing evidence that the buckyball has, as I long suspected, existed since time immemorial in the dark recesses of our galaxy”

Faz hoje um ano e um dia ...

Faz hoje um ano e um dia que iniciei este blog, tendo como objectivo apresentar textos escritos da minha autoria sobre temas relativos a Ciência e também a sua História. Queria escrever textos simples claros e curtos, com pequenas histórias falando sobre pequenas descobertas passadas e antigas. Gostaria que os meus textos motivassem os (hipotéticos) leitores para pesquisar mais sobre Ciência e conhecerem um pouco melhor a forma como a Ciência é feita.

Um factor que me motivou bastante foi não ser fácil encontrar na Internet informação acessível mas de fonte fidedigna sobre temas de Ciência, mesmo sobre temas actuais como as alterações climáticas. O que se encontra está escrito em inglês ou em português do Brasil. Foi por isso que escrevi O efeito de estufa explicado em 438 palavras e 1 figura.

Este facto transforma os artigos de imprensa nas melhores fontes de informação em português sobre Ciência. Mas as notícias são muitas vezes apresentadas com informações incompletas, quando não erradas. Por exemplo quando se noticiou o terramoto do Chile (27 de Fevereiro de 2010) os poucos artigos que tentaram explicar porque é que o terramoto tinha tornado os dias mais curtos, disseram que este tinha alterado o eixo de rotação da Terra. Mas O eixo de rotação da Terra é imune a terramotos!

Após um ano de escrita de textos (dos quais 8 se referem a logótipos comemorativos do Google sem nenhuma ligação directa à Ciência) cheguei à seguinte conclusão. Não é nada fácil escrever textos simples, claros e curtos.

Escolher o tema é fácil. Sites como o Science Daily (o meu preferido) apresentam todos os dias notícias sobre novas descobertas e sobre artigos com os resultados de experiências. Por vezes descobri estudos excêntricos como em Cabeças de chuveiro insuspeitas e A diferença está na dose!. Outras vezes descobri conceitos que desconhecia como em Terra à vista? ou em Quanto mais quente melhor. Outras fontes importantes são as revistas New Scientist, Scientific American e a Astronomy e o site da National Geographic (em inglês).

Escrever também não é complicado. Mais difícil é expor as ideias de forma simples, distribuídas por parágrafos curtos. Para ter a certeza que não estou a cometer nenhuma incorrecção nos conceitos científicos inerentes ao tema de um texto, pesquiso em várias fontes, quer na Internet quer em livros.

Sempre que a Google apresentou um logótipo alusivo a um acontecimento especial tentei escrever um texto. Destes o meu preferido é Parabéns a Hans Christian Andersen!. Descobri que este escritor dinamarquês, exímio na arte de cortar figuras em papel, visitou Portugal em 1866.


Depois há o número de palavras. Um texto com 600 palavras ou mais é muito massudo. Facilmente o leitor se perde nele. Julgo que o ideal seria mais ou menos 350 palavras. Os meus últimos textos têm entre 400 e 500, com tendência para diminuir, o que não é nada mau.

O número máximo de palavras e também a necessidade de explicar alguns conceitos científicos sem os quais alguns leitores poderão não compreender o assunto dos meus textos, levou-me à conclusão de que por vezes o melhor é dividir o texto em dois. Foi assim com a série Quanto mais quente, melhor! e Quanto mais quente melhor! – parte II, com a série Hidratos de metano, metano e mais metano e Evasão do metano nos mares da Sibéria, e finalmente com a série Dióxido de carbono, Oceanos e conchas e Fumarolas mostram consequências negativas de excesso de CO2 no mar. Esta última série está (por ora) incompleta, faltando um texto sobre a forma como o excesso de dióxido de carbono (CO2) influencia o sonar dos animais marinhos.

As figuras tornaram-se um complemento fundamental dos textos desde que um leitor me deu a dica de que iriam cativar mais os leitores. O primeiro artigo para o qual foi feita uma escolha cuidadosa de figuras foi A morada dos deuses, sobre Olympus Mons, a maior montanha de Marte (e também do Sistema Solar).

Penso que as figuras não só tornam os textos menos massudos, elas também permitem uma melhor compreensão de conceitos e a visualização de aspectos/objectos/seres vivos referidos no texto, como a figura de Terraços fresquinhos que indica a temperatura média de diferentes partes de uma rua.

Por vezes a simples presença de uma figura é suficiente para cativar o leitor. Vejam só esta fotografia de um de Os mais improváveis maus-da-fita!, tirada por Mark Mallory.

Em geral a escolha do título e das palavras-chaves fica para o fim, quando o texto já está terminado. Tento que o título seja o mais apelativo possível. A escolha das palavras-chave pode ser complicada. O ideal seria escolher até 4 palavras-chave mas por vezes é difícil decidir quais dos conceitos referidos no texto são os mais importantes.

A falta de tempo impediu-me de falar sobre muitos assuntos importantes. Aqueles que tenho mais pena de não ter apresentado no blog são sobre o tamanho do protão (algo com implicações muito importantes em Física e em Química – ver documento em formato pdf) e sobre uma trepadeira imparável chamado kudzu (Pueraria lobata). Para além de ser uma espécie invasora muito agressiva a sua presença provoca um aumento dos níveis de ozono na troposfera (camada da atmosfera mais próxima do solo). Embora seja importante na defesa contra os raios UV o ozono é muito tóxico, principalmente quando inalado.

A figura seguinte apresenta uma zona infestada de kudzu. No centro, invisível, está uma casa! Crédito fotográfico: Jack Anthony.



P.S.: Este é de longe o texto com mais palavras deste blog. São 905 palavras (926, se contarmos com esta frase)!

Cinco fotografias de Miguel Claro no NASA Picture of the Day

No dia 18 de Agosto O site Picture of the Day, da NASA, apresentou uma fotografia tirada pelo português Miguel Claro numa praia da Costa da Caparica no dia 12 de Agosto (dia previsto para a chuva de estrelas de Perseidas). A fotografia revela, da esquerda para a direita, Marte, Vénus (o mais brilhante) e Saturno. Em baixo ao centro, por entre duas pessoas, pode ver-se a Lua.

Segundo um artigo do Correio da Manhã “o interesse pela astronomia [de Miguel Claro] começou quando tinha doze anos”. Nesse artigo Claro refere "Primeiro interessei-me pela astronomia e depois pela fotografia. Rapidamente descobri a paixão pela fotografia dos astros".

Esta é a quinta fotografia de Miguel Claro escolhida para Picture of the Day. As outras quatro, todas tiradas em Portugal, são (por ordem cronológica decrescente):

Picture of the day – 5 de Novembro de 2009;
Fotografia tirada em Sobreda, mostra a Lua do Caçador. Esta figura resulta da conjugação de duas fotografias, uma com pequeno e outra com grande tempo de exposição. Esta técnica dá mais ênfase às zonas mais brilhantes da superfície lunar, em detrimento das zonas mais escuras.

Picture of the day – 22 de Novembro de 2008;
Fotografia panorâmica de Lisboa tirada a 13 de Novembro a partir do Cristo-Rei (Almada). A Lua Cheia nasce a Este, enquanto o Sol se põem a Oeste. Esta figura foi obtida pela conjugação de 17 fotografias digitais. Esta foto vê-se muito melhor aqui.

Picture of the day – 7 de Junho de 2009;
Fotografia tirada logo após o pôr-do-sol, a 4 de Junho, mostra a Lua em quarto crescente (no centro da figura). Ao fundo vê-se Lisboa e os montes de Sintra.

Picture of the day – 24 de Março de 2007;
Fotografia tirada a 20 de Março de 2007 apresenta a Lua em quarto crescente sobre a ponte 25 de Abril. O ponto brilhante no topo da fotografia é Vénus. Vénus só é visível durante do nascer-do-sol ou durante o pôr-do-sol. Durante muito tempo pensou-se que Vénus correspondia a dois astros diferentes, chamados “estrela da manhã” e “estrela vespertina”.

Para poder ver todas as fotografias do Miguel Claro na NASA aceder aqui.

Fumarolas mostram consequências negativas de excesso de CO2 no mar

O Journal of the Geological Society apresentou um estudo sobre a influência do nível de pH em populações de foraminiferas, organismos unicelulares protistas, contendo uma pequena concha (chamada teca) que (com algumas excepções) é constituída por carbonato de cálcio.

O estudo foi feito nas fumarolas vulcânicas situadas na costa da ilha de Ischia , que libertam naturalmente dióxido de carbono (CO2). Tal como acontece com o CO2 emitido para a atmosfera em resultado da actividade humana, o CO2 emitido pelas ventarolas provoca a diminuição do pH do mar em redor, ou seja torna-o mais ácido. A figura seguinte apresenta uma fotografia de fumarolas da costa de Ischia (Crédito fotográfico: Universidade de Plymouth, EUA).

Segundo o estudo, a acidificação do mar em torno das ventarolas é responsável por uma diminuição significativa de diversidade dentro do conjunto de foraminiferas (um decréscimo de 24 para 4 espécies). As foraminiferas foram escolhidas porque têm um ciclo de vida curto, são sensíveis a alterações no meio ambiente e porque se encontram bem representadas ao longo do registo fóssil. Em baixo encontram-se alguns exemplos (Crédito fotográfico: wikipedia).

O facto de terem uma concha constituída de carbonato de cálcio também foi importante na escolha das foraminiferas. A diminuição do nível de pH nos oceanos provoca a diminuição do carbonato de cálcio disponível para a construção da concha destes e de outros animais marinhos (como é explicado aqui).

Variações em número e distribuição global de foraminiferas no registo fóssil parecem ser, em geral, consequência de alterações climáticas a nível global. Por exemplo durante o Máximo Térmico do Paleaceno-Eoceno (em inglês Palaeocene-Eocene Thermal Maximum ou PETM), que aconteceu acerca de 55 milhões de anos ocorreu um aumento “rápido” (geologicamente falando) da temperatura média da Terra de 5-6 ºC. A temperatura média manteve-se elevada durante algumas dezenas de milhares de anos. Durante este período a quantidade e distribuição de foraminiferas no registo fóssil diminuiu de forma considerável.

Os resultados apresentados pelo estudo publicado agora estão de acordo com a hipótese defendida por vários investigadores (ver aqui [em inglês]) de que o aumento “rápido” da temperatura durante o PETM foi uma consequência da libertação de gases de efeito de estufa como o dióxido de carbono e o metano. O excesso de dióxido de carbono terá sido absorvido pelos oceanos provocando a diminuição do pH (acidificação dos oceanos).

Dióxido de carbono, oceanos e conchas

Os oceanos têm a capacidade de absorver parte do dióxido de carbono (CO2) emitido quer por fontes naturais quer por fontes antropogénicas (ou seja humanas). Mas este facto tem um custo, a acidificação dos oceanos.

Em Química a água do mar é uma solução aquosa, ou seja uma solução em que o solvente é a água e que contem vários solutos dissolvidos. Um dos solutos mais importantes (e o que lhe dá o sabor “salgado”) é o cloreto de sódio, melhor conhecido como sal de cozinha.

Uma das propriedades mais importantes de uma solução aquosa é o valor de pH, que está directamente relacionada com a concentração de iões H+ (o símbolo + deveria estar “superior à linha”). Quanto maior a concentração de H+ menor o valor de pH. As soluções podem ter valores de pH entre 0 e 14. As soluções ácidas têm um valor de pH inferior a 7 e as soluções básicas têm um valor de pH superior a 7. Soluções com um valor de pH igual a 7 são chamadas neutras (ver figura).

Vários estudos indicam que entre um quarto (1/4) e um terço (1/3) do CO2 produzido pelo Homem anualmente é absorvido pelos oceanos. Uma vez dissolvido no mar o CO2 reage com a água, promovendo a formação de iões H+ seguindo a reacção química (1) representada no esquema em baixo. Quanto maior a concentração de H+ na água do mar, menor o valor de pH, mais ácida será a água.

A reacção química (2) acontece para compensar o excesso de iões H+ na água do mar. O ião carbonato ([CO3]2-) que participa nesta reacção é “roubado” ao carbonato de cálcio, (CaCO3) dissolvido na água do mar, representado pela reacção química (3).

Assim quanto maior a quantidade de iões H+ no mar (ou seja quanto mais baixo for o valor de pH da água do mar), menor a quantidade de carbonato de cálcio disponível para a produção de conchas de moluscos (como por exemplo o mexilhão) e cefalópodes (como a lula e o choco), para a produção de carapaças de crustáceos (como o caranguejo e a lagosta) e para a produção de esqueletos de corais e esponjas.

Desde o início da Ievolução industrial, em meados do século XIX, o valor de pH dos oceanos desceu de 8,2 para 8,1. Pensa-se que nos próximos 50 a 100 anos o valor de pH poderá descer até 0,3 valores, até 7,8.

Subir como uma osga

A equipa dirigida pelo engenheiro mecânico Mark Cutkosky está a desenvolver um pequeno robot chamado Stickybot, capaz de subir paredes, incluindo superfícies de vidro, metal polido ou pintado e madeira polida. Para poder fazer isto a equipa de Mark Cutkosky baseou-se no exemplo das osgas.

Figura de uma osga moura (Tarentola mauritaica), comum em Portugal (fonte: Lars Bergendorf - adaptado).

As osgas não são umas lagartixas quaisquer. Para além da fisionomia (a lagartixa é mais elegante, a osga mais cheinha) a osga destaca-se por ser capaz de subir qualquer superfície. O segredo está nos pés.

A figura anterior é do pé de uma osga (fonte: wikipedia). As pequenas faixas com a forma de lâminas nos dedos dos pés da osga têm o nome de lamellae. Cada lamella (singular de lamellae) é constituída por milhões de pequenos filamentos chamados setae, que se podem ver em baixo, na figura à esquerda. A figura ao centro é de uma seta (singular de setae). A extremidade de cada seta divide-se em centenas de filamentos ainda mais pequenos, chamados spatulae (figura à direita). Fonte: PNAS/Hansen/Autumn - adaptado.

Os spatulae têm dimensões tão reduzidas que conseguem estabelecer ligações de van der Waals com as moléculas das superfícies que as osgas “pisam”, independentemente da inclinação. Este sistema é tão eficiente que uma osga consegue sustentar todo o seu peso numa só pata. E é assim que as osgas escalam paredes verticais.

Uma das coisas boas do sistema de adesão à superfície utilizado pela osga é que é um sistema de adesão friccional, ou seja as osgas não escorregam devido à força de atrito (que resulta das tais ligações de van der Waals). E esta força é “direccional” ou seja só funciona num sentido. Isto permite à osga “desencaixar” facilmente a pata, bastando para tal apenas exercer força no sentido contrário.

Para colocar o robot Stickybot a escalar uma parede de vidro como uma osga, a equipa de Mark Cutkosky desenvolveu um adesivo com um sistema de dupla camada semelhante às lamellae e às setae das osgas. O adesivo, feito de borracha de silicone, é resistente e reutilizável, não deixando resíduos ou fazendo estrados nas superfícies por onde passa.

Fotografia do Stickybot a subir uma superfície de vidro sob o olhar atento de Paul Day and Alan Asbeck, da equipa de Cutkosky. Fonte: L.A. Cícero - adaptado)

Por ora o Stickybot só consegue subir. Não consegue mudar de direcção e descer. No entanto a equipa de Cutkosky está já a tentar ultrapassar esse obstáculo, seguindo mais uma vez o exemplo das osgas: articulações nos tornozelos (ligação entre a perna e o pé).

A equipa de Cutkosky tem um projecto mais ambicioso: adaptar este sistema ao uso por pessoas…

P.S: As osgas não conseguem subir todas as superfícies verticais. Por exemplo as osgas não conseguem superfícies de teflon porque este material não forma ligações de van der Waals.

As ligações de van der Waals são ligações intermoleculares. Formam-se entre moléculas que comportam como dipolos, ou seja que têm uma zona mais positiva e uma zona mais negativa. Tal como acontece com os ímanes, as extremidades de dois dipolos atraem-se se tiverem carga contrária. A Infopédia tem mais informação.

Nota: (1) A revista Apllied Physics Letters apresenta um artigo com as características do adesivo desenvolvido pela equipa de Cutkosky.

Nota: (2) Este poste baseia-se num artigo publicado pela Science Daily. O estudo que comprova que o movimento das osgas depende da formação de ligações de van der Waals encontra-se aqui.

Flutuando no Mar…

A Science publicou um estudo sobre a distribuição de resíduos de plástica no Atlântico Norte, próximo da costa leste dos Estados Unidos. O estudo baseia-se em recolhas feitas por alunos universitários ao longo de 22 anos (1986-2008) e foi apresentado por elementos da Sea Education Association (SEA), Woods Hole Oceanographic Ins titution (WHOI) e a Universidade do Havai (todas instituições norte-americanas).

As recolhas foram feitas em 6136 locais diferentes, e correspondem a mais de 61 000 pedacinhos de plástico semelhantes aos da figura seguinte. A maioria tem menos de 1 cm, pesa menos de 0,15 g e é constituída por polietileno ou polipropileno, plásticos que flutuam. As recolhas foram feitas utilizando uma rede de recolha de placton.

A figura seguinte representa um mapa da zona de recolha dos resíduos de plástico. Cada bolinha corresponde a um local de recolha diferente, e as cores das bolinhas indicam o número de pedacinhos de plástico por km2 de área. As estrelas pretas correspondem a locais de recolha com mais de 200 000 pedaços por km2.

Os resultados obtidos permitiram a elaboração de um modelo matemático que tem em consideração as correntes marítimas da região do estudo. Os resíduos de plásticos encontram-se distribuídos numa faixa de latitude de 22-38º N. A maior concentração dos resíduos de plástico encontra-se a 32º N de latitude.

Falta agora realizar estudos sobre as colónias de bactérias e outro microrganismos que possam viver nos pedaços de plástico, a influência que estas partículas de plástico possam ter para a dispersão das colónias e também a forma como estas colónias poderão influenciar a degradação do plástico. As colónias poderão alterar as características físicas dos pedaços de plástico provocando o seu afundamento.

Talvez a acção das colónias de bactérias explique um fenómeno curioso indicado no estudo. Embora a utilização e descarte de plásticos tenha aumentado nos 22 anos que durou o estudo, a concentração de resíduos de plásticos tem-se mantido constante.

Crédito fotográfico: Science

Artigo original aqui

P.S. (12 de Setembro de 2010): Num artigo da revista New Scientist, Kara Lavender (uma das autoras do estudo) refere que o sistema de recolha das amostras de plástico (rede de recolha de plâncton) poderá não ser o mais apropriado. Este sistema permite a passagem de pedaços com menos de 0,3 mm, (1,0 mm é a divisão mínima de uma régua) e só permite a recolha de pedaços que se encontrem à superfície da água. A formação de biofilmes sobre os pedaços de plástico torna-os mais densos, logo deixam de estar à superfície dos mares.

O artigo da New Scientist também apresenta este vídeo sobre o processo de recolha de amostras.