Monday, November 26, 2007

Prémio Nobel da Química de 2007

Integrada na Semana Nacional da Ciência e Tecnologia de 2007, de 19 a 25 de Novembro de 2007, foram apresentadas duas palestras sobre o Prémio Nobel da Química de 2007, pela Professora Maria Adelaide Lobo, do Departamento de Ciências Agrárias da Universidade dos Açores, no Auditório do Campus de Angra do Heroísmo da Universidade dos Açores.
Estiveram presentes em cada uma das sessões, cerca de 80 alunos (num total de 160) do 9º Ano de Escolaridade da Escola Básica e Secundária Jerónimo Emiliano de Andrade, de Angra do Heroísmo, Terceira, Açores, acompanhados pelos professores da disciplina de Físico-Química, coordenados pela professora da mesma escola, professora Paula Reis.
O Prémio Nobel da Química de 2007 foi atribuído ao cientista alemão, Gerhard Ertl, pelas trabalhos desenvolvidos nos "PROCESSOS QUÍMICOS NA SUPERFÍCIE DE SÓLIDOS PULVERIZADOS".

Um dos exemplos deste tipo de processos é o que ocorre na superfície de partículas pulverizadas durante uma erupção vulcânica.

Os estudos de Ertl fundamentaram os processos moleculares na interface gás –sólido, também designada por Catálise Heterogénea.
Quando sobre uma superfície rugosa de um canalículo existente num metal finamente pulverizado, passa uma corrente de um gás a elevada temperatura e pressão, este pode ficar sujeito a várias situações:
1- A molécula do gás pode simplesmente não ter qualquer interacção com a superfície sólida.
2-A molécula do gás pode ser adsorvida, isto é fixada à superfície do sólido.
3- A superfície pode exercer sobre a molécula do gás uma força que permita a sua dissociação em partes mais pequenas ou mesmo átomos.
4-A molécula pode reagir directamente com grupos existentes à superfície do sólido e transformar as propriedades químicas da mesma superfície.
5- A molécula do gás ao ser adsorvida pode encontrar uma outra molécula também adsorvida e estabelece-se uma reacção binária na superfície sólida.
Na situação de catálise heterogénea o gás é adsorvido, isto é, fica preso nas saliências das rugosidades.
Como mostra a figura abaixo, esse gás fica muito próximo dos electrões, da ligação metálica, que circulam junto às paredes do metal.

Nestas circunstâncias, como a ligação entre os átomos do gás se encontra afastada, a molécula divide-se nos seus átomos. Como estes não podem ligar-se aos electrões da parede metálica, ligam-se a electrões de outros átomos ou de moléculas insaturadas.
Nas reacções explicadas por Ertl o catalisador da reacção é um sólido metálico pulverizado. Catalisador é uma substância que altera a velocidade de uma reacção química. Pode ser uma substância inorgânica, orgânica, organometálica ou mesmo uma biomolécula.
Esses sólidos metálicos podem ser:
-Os metais de transição, níquel, cobre, platina, ferro, paládio;
-Óxidos de metais de transição;
-Zeólitos;
-Sílica/alumina.
A catálise heterogénea é da maior importância industrial, estando ligada :
1-Produção de margarinas
2-Síntese de fertilizantes, ( Processo Haber Bosch)
3-Superfícies de semi-condutores
4-Redução dos conteúdos em CO2 e NOx nos gases de combustão dos automóveis, (conversores catalíticos).
5-Obtenção de hidrogénio como combustível para veículos.
6-Criação de superfícies que impeçam ou reduzam ao mínimo a corrosão.
7-Destruição da camada de ozono por reacção na superfície de cristais de gelo na estratosfera.

O PROCESSO HABER BOSCH

Este foi um dos processos estudados por Ertl e que permite a produção de fertilizantes. Este processo está directamente relacionada com a obtenção de quantidades elevados de NH3, (amoníaco).
Neste processo o azoto atmosférico reage com hidrogénio, em presença de catalizadores pulverizados, ferro (Fe3+ ), óxido de alumínio (Al2O3) e Óxido de potássio (K2O), segundo a equação química, à temperatura de 450-500ºC e pressão de 250 atm (atmosferas).



O próprio hidrogénio é obtido industrialmente a partir do metano do gás natural, após a sua separação dos compostos de enxofre existentes neste.
O metano reage com vapor de água em presença de um catalisador metálico o óxido de níquel (NiO), segundo as equações químicas:

O CO e a H2O reagem de modo a obter o máximo de hidrogénio enquanto o CO2 é retirado por meio da reacção com carbonato de potássio.


O mecanismo da reacção de obtenção do NH3 envolve a catálise heterogénea que resumidamente se pode explicar em seis fases:

A reacção a verde é o passo determinante da reacção como demonstrou o estudo de Ertl.
A reacção a vermelho ocorre em três etapas, com formação respectivamente de NH, NH2 e por fim NH3.
Sob o ponto de vista económico este processo permite a obtenção de 100 milhões de toneladas de fertilizantes nitrogenados por ano, a sua maioria na forma de amónia, nitrato de amónio e ureia.
0,75% da energia mundial é gasta neste processo e usa 3,35% da produção mundial de gás natural.
O gás natural, sob o ponto de vista social é responsável pelo sustento de 40% da população da Terra.
Este processo de Haber Bsch conduziu a uma situação de crise económica no Chile, principal exportador de nitrato de amónio (guano).

posted by Desertos e Desertificação @ 7:20 AM 0 comments

Wednesday, November 21, 2007

Prémio Nobel da Física de 2007

Integrada na Semana Nacional da Ciência e Tecnologia de 2007, de 19 a 25 de Novembro de 2007, foram apresentadas duas palestras sobre o Prémio Nobel da Física de 2007, pelo Professor Félix Rodrigues, do Departamento de Ciências Agrárias da Universidade dos Açores, no Auditório do Campus de Angra do Heroísmo da Universidade dos Açores.
Estiveram presentes em cada uma das sessões, cerca de 80 alunos (num total de 160) do 9º Ano de Escolaridade da Escola Básica e Secundária Jerónimo Emiliano de Andrade, de Angra do Heroísmo, Terceira, Açores, acompanhados pelos professores da disciplina de Físico-Química, coordenados pela professora da mesma escola, Paula Reis.
O Prémio Nobel da Física de 2007 foi atribuído ao Francês Albert Fert e ao cientista Checo nacionalizado alemão, Peter Grünberg, pela descoberta da Magnetorresistência Gigante (GMR), tecnologia que permite ler e registar informação armazenada nos discos duros dos computadores actuais.

Essa tecnologia, na área da nanotecnologia, revolucinou o design de muitos dispositivos actuais, desde os computadores aos telemóveis, passando pelos Ipod, MP3, etc.

A magnetorresistência gigante (MRG) é um efeito mecânico quântico, observado em filmes finos de estruturas de compostos por camadas alternadas de metal ferromagnético e não-magnético, como por exemplo ferro e crómio.
Esse efeito manifesta-se num decrescimento substancial da resistência elétrica sob a aplicação de um campo magnético externo à pilha de metais em finos filmes, como na figura seguinte.

A MRG apareceu quando os físicos fizeram 3 camadas muito estreitas, em pilha, uma sobre a outra. A primeira era de material ferromagnético, a do meio era de material não-magnético, e a terceira repetia a primeira, com o mesmo material ferromagnético.

Quando o campo magnético sobre a pilha é nulo, as camadas ferromagnéticas adjacentes possuem uma magnetização anti-paralela visto que estão submetidas a um acoplamento ferromagnético deficiente entre as camadas. Sob o efeito de um campo magnético externo, as magnetizações respectivas das camadas alinham-se e a resistência do conjunto diminui drásticamente. Os spin's dos electrões da substância magnética alinham-se em igual número de modo paralelo e anti-paralelo ao campo magnético aplicado, e, por isso, sofrem uma mudança de difusão magnética menor do que nas camadas ferromagnéticas que se magnetizam de forma paralela.
Esse efeito é utilizado comercialmente por fabricantes de disco duros de computadores, tendo permitido uma diminuição drástica do volume ocupado pelos discos duros pelo aumento da densidade de armazenamento de informação (gigabits/cm2). Prevê-se que a spintrónica (à semelhança de electrónica que tira partido de uma propriedade dos electrões, mas aqui utiliza uma das propriedades do movimento do electrão, chamada o spin, e que é responsável pelas propriedades magnéticas dos materiais) continua a evoluir nos próximos anos, produzindo discos rígidos cada vez mais pequenos.

No gráfico seguinte, apresenta-se o comportamento da Resistência magnética pela aplicação de um campo magnético a um disco constituído por um material ferromagnético e um não-magnético, de diferentes espessuras.

As aplicações tecnológicas baseadas nos trabalhos de Albert Fert da Université Paris-Sud, nascido em 1938 e de Peter Grünberg, nascido em 1939, do Forschungszentrum Jülich na Alemanha, contribuem por exemplo, com perto de 25% para a economia dos Estados Unidos da América.

posted by Desertos e Desertificação @ 2:21 AM 0 comments