quarta-feira, 19 de setembro de 2012

NANOTECNOLOGIA NA AGRICULTURA

Uma das maiores preocupações atuais reside na preservação do meio ambiente. Buscam-se métodos de desenvolvimento sem agressão à natureza e conservação dos recursos naturais. Grande parte da população mundial sofre por falta de alimentos e de água potável. Para que isso ocorra é necessário investimentos em defensivos, tipos de irrigação, mecanização, fertilizantes, dentre outros. A solução está na agricultura sustentável e na recuperação das reservas de água. A nanotecnologia, ciência relacionada à manipulação da matéria ao nível molecular, visando a criação de novos materiais, substâncias e produtos, com uma precisão de átomo a átomo, é um avanço científico para também contribuir nesse setor.
As áreas possíveis de aplicações da nanotecnologia na agricultura são:
1) nanofertilizantes para a liberação lenta e uso eficiente da água pelas plantas e fertilizantes;
2) nanocidas ou pesticidas encapsulados em nanopartículas para liberação controlada, ou nanoemulsão, para sua maior eficiência;
3) nanopartículas para a conservação do solo; 
4) fornecimento de nutrientes e medicamentos para pecuária e pesca;
5) nanoescovas e membranas para purificação de água e o solo,
6) limpeza de viveiros e  nanosensores para a qualidade do solo e de vigilância sanitária vegetal, e para a agricultura de precisão, agricultura controlada pelo ambiente.
Além dessas aplicações pode-se também citar o encapsulamento de alimentos com embalagens contendo nanoaditivos permitindo que o nível de aditivos varie com o tempo de acordo com a necessidade de conservação do alimento, o que se traduz em uma menor concentração de aditivos e conservantes ingeridos pelo consumidor.
As pesquisas que são necessárias para se ter controle sobre os nanomateriais ainda estão começando. Ainda não se pode avaliar os riscos de seu uso com segurança. Ao inserir esses materiais na agricultura e na alimentação não se sabe o que isso pode causar ao organismo humano e ao meio ambiente.
O que irá acontecer com essas partículas tão pequenas quando as embalagens forem descartadas? Ficarão no solo, na água, no lençol freático, na planta? Se ficarem, irão contaminá-los? O que pode ocorrer no solo? Será que esses nanoagrotóxicos serão levados mais rapidamente para dentro dos alimentos? Caso isso aconteça, serão tóxicos para o ser humano? E para insetos benéficos, para a fauna e flora silvestres?

A ausência da evidência não significa evidência da ausência.
(Carl Sagan, astrônomo e biólogo)
Para fornecer mais dados para sua análise sobre o uso da nanotecnologia na agricultura e na alimentação, assista ao vídeo abaixo:

Pesquise, analise, critique, se posicione!


Elaborado por: Ellen Gomes Madureira Ferreira
Referências:

CURIOSIDADE SOBRE MATERIAIS

CURIOSIDADE SOBRE MATERIAIS


     MATERIAIS NANOENGENHEIRADOS
Até tempos muito recentes, o procedimento geral utilizado pelos ciêntistas para compreender a química e a física dos materiais consistia em iniciar o estudo de estruturas grandes e complexas e, então, investigar os blocos construtivos fundamentais dessas estruturas, que são menores e mais simples. Essa abordagem é chamada algumas vezes de ciência “de cima para baixo”. Contudo, com o advento dos microscópios de varredura por sonda, que permitem a observação de átomos e moléculas individuais, ficou possível manipular e mover átomos e moléculas para formar novas estruturas e, dessa forma, projetar novos materiais que são fabricados a  partir de constituintes simples em nível atômico. Essa habilidade em arranjar cuidadosamente os átomos oferece oportunidade para o desenvolvimento de propriedades mecânicas, elétricas, magnéticas e outras propriedades que não seriam possíveis de outra maneira. A isso nós chamamos de abordagem “de baixo para cima” e o estudo das propriedades desses materiais é conhecido como “nanotecnologia”; o prefixo “nano” indica que as dimensões dessas entidades estruturais são de ordem do nanômetro (10-9m) – como regra, inferiores a 100 nanômetros ( o que equivale a aproximadamente 500 diâmetros atômicos). Um exemplo de material desse tipo é o nanotubo de carbono. (Callister -2008)

Os Nanotubos de Carbono ou NTC (em inglês: Carbon nanotubes ou CNTs) sãoalótropos do carbono com uma nanoestrutura cilíndrica. Os nanotubos foram construídos com diâmetro de comprimento na proporção de 132,000,000:1, [1] significativamente maior do que para qualquer material. Estes cilíndros de moléculas de carbono possuem propriedades incomum e que são de altíssimo valor no campo da nanotecnologia,eletrônica, óptica e outros campos tecnológicos da ciência dos materiais . Particularmente, devido as suas extraordinárias propriedades de condução térmica,mecânica e elétrica, os nanostubos de carbono podem ter aplicações que possibilitem inúmeras melhorias nas estruturas dos materiais.
Nanotubos são membros da familia estrutura do fulereno, que também inclui o esféricobuckyballs, e as extremidades dos nanotubos podem ser cobertas com um hemisfério de estruturas de buckyball. Seu nome deriva do seu formato, uma estrutura oca com paredes formadas por um átomo de espessura da folha de carbono, chamados grafeno. Estas folhas são enroladas em momentos especificos com ângulos discretos quiral, e a combinação do ângulo de rolamento e raio decide a propriedade do nanotubo; por exemplo, se a folha de nanotubos individual é ummetal ou semicondutor. Nanotubos são categorizados como Nanotubos de parede única do inglês (Single-Walled Nanotubes (SWNTs)), que são os Nanotubos de Carbono e os nanotubos de múltiplas paredes, do inglês (Multi-Walled Nanotubos (MWNTs)). Naturalmente, nanotubos individuais alinham-se em "fios", esse fenômeno explicado pelas Forças de Van der Waals.
A química quântica aplicada, especificamente, a hibridação do orbital descreve melhor a ligação química em nanotubos. A ligação química dos nanotubos é composta inteiramente de orbitais com hibridização sp2, semelhante as ligações do grafite. Essas ligações que são mais fortes do que a hibridização 3 são encontradas em alcanos, provendo aos nanotubos um força unica e original.

Livro: CALLISTER, William D. Jr. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 7ªedição. Rio de Janeiro: LTC, 2008
http://pt.wikipedia.org/wiki/Nanotubo_de_carbono

Eliani Marcelino

quinta-feira, 13 de setembro de 2012

Os Supercondutores

Os Supercondutores



A condutividade é uma propriedade que alguns materiais apresentam que consiste em transportar carga elétrica ao longo de seus átomos. O que dificulta esse transporte é chamado resistividade. Num condutor normal, a corrente elétrica pode ser comparada a um fluido de elétrons se movendo por uma pesada rede iônica. Os elétrons estão em constante choque com os íons da rede, e durante cada colisão parte da energia carregada pelo elétron é absorvida pela rede e convertida em calor, que na verdade é chamada de energia cinética vibracional dos íons da rede. Assim a energia carregada pela corrente é constantemente dissipada, chamamos esse fenômeno de resistência elétrica.
Os Supercondutores são materiais que apresentam pouca ou nenhuma resistência ao fluxo elétrico. A supercondutividade é uma propriedade física que certos materiais apresentam quando são esfriados a temperaturas extremamente baixas, podendo conduzir corrente elétrica sem resistências e nem perdas de energia. Esse fenômeno foi descoberto em 1911 pelo físico holandês Heike Kamerlimgh-Onnes, quando observou que a resistência elétrica do mercúrio desaparecia ao ser resfriado a 4K, o que corresponde a – 269,15 °C, dessa forma, ele acabava de tornar o mercúrio um material supercondutor.

Um dos fatores limitantes para aplicação e pesquisa dos supercondutores no passado foi à necessidade de atingir baixíssimas temperaturas, o que inviabilizou o seu uso em larga escala. Mas em 1986 foram descobertos alguns materiais cerâmicos chamados de cupratos com estrutura de perovskitas que exibiam temperaturas críticas próximas de 90 K (-183 °C). Os supercondutores de altas-temperaturas renovaram o interesse no estudo e na possível comercialização em larga escala, viabilizando novas perspectivas de melhoria nos materiais existentes e no potencial de engenharia na criação de novos materiais supercondutores próximos a temperatura ambiente.

Em 1933, os cientistas Walther Meissner e Robert Ochsenfeld concluíram que os supercondutores eram mais que apenas condutores de eletricidade perfeitos, eles descobriram uma interessante propriedade magnética intrínseca nos supercondutores que excluía de certa forma o campo magnético exterior. Descobriram que um material na fase supercondutora repele o campo magnético! Este efeito, chamado de Efeito Meissner, em uma de suas aplicações é muito popular na demonstração da supercondutividade, chamada de levitação magnética. O Efeito Meissner somente acontece quando o campo magnético externo é suficientemente pequeno, pois se o campo começa a aumentar este penetra no interior do material, e consequentemente o material perde sua supercondutividade. O que acontece é que o campo magnético produzido pelo ímã é repelido pela corrente elétrica induzida no material supercondutor! Esse efeito de repulsão magnética é tão intenso que o ímã levita sobre o material que está superconduzindo.
Para melhor entendimento do processo assista ao vídeo abaixo.



A supercondutividade causou perplexidade em algumas das melhores mentes do século XX até ser finalmente compreendida a partir do comportamento microscópico, em 1957, com a contribuição marcante dos vencedores do Prêmio Nobel de 1972. Os físicos estadunidenses John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer desenvolveram a teoria clássica batizada por teoria BCS, as iniciais dos respectivos sobrenomes, para descrever o fenômeno da supercondutividade nos metais, ou materiais condutores de corrente elétrica.


Prêmios Nobel relacionados à supercondutividade
Ano
Premiados
Contribuição
1913
Heike K. Onnes
Propriedades da matéria em baixas temperaturas, incluindo a descoberta da supercondutividade e a liquefação do hélio
1973
Jonh Bardeen,Leon Cooper, Robert Schrieffer
Desenvolvimento da teoria microscópica da supercondutividade, hoje conhecida como Teoria BCS
1973
Brian Josephson
Predição teórica do tunelamento dos pares de Cooper através de uma barreira isolante de supercondutores
1983
Karl Muller, Georg Bednorz
Descoberta da supercondutividade a altas temperaturas num cuprato de lantânio e bário
2003
Vitaly Ginzburg, Alexei Abricosov
Desenvolvimento da Teoria Fenomenológica da supercondutividade e Descoberta dos supercondutores do tipo II


A supercondutividade é muito importante e tem larga aplicação. Essa propriedade não é aplicada somente na transmissão de energia elétrica, mas também em várias outras como:
  • Na construção de magnetos supercondutores que geram campo magnético extremamente forte, os quais possibilitam a construção dos chamados aceleradores de partículas;
  • Nos aparelhos eletrônicos que funcionam à base de eletricidade, diminuindo o seu tamanho e o gasto de energia dos mesmos;
  • Nos fios supercondutores utilizados em computadores, permitindo que os chips sejam cada vez menores e mais rápidos no processamento de dados;
  • Em ímãs, permitindo que eles possam flutuar sobre a superfície de um material supercondutor. Esse fato possibilita a construção e operação dos chamados trens bala, os quais trafegam apenas flutuando sobre o trilho.
·         Grandes ímãs para obter imagens na medicina, como ressonância magnética.

Atualmente já existem outros materiais e as pesquisas continuam com o objetivo de conseguir o fenômeno supercondutor em temperatura ambiente, pois, o entendimento e as aplicações dos supercondutores estão apenas começando.

Elaborado por: Ellen Gomes Madureira Ferreira

Referências:

pt.wikipedia.org/wiki/Supercondutividade
www.if.ufrgs.br

terça-feira, 11 de setembro de 2012

NANOTECNOLOGIA

NANOTECNOLOGIA
Nanotecnologia é a possibilidade de manipular átomos e moléculas, ou seja, colocar cada átomo e cada molécula no lugar desejado, é a possibilidade de manipular a matéria conscientemente ao nível nano, ou seja, de zero a cem nanômetros. Um bilionésimo de metro é muito pequeno, imagine uma praia começando em Salvador, na Bahia, e indo até Natal, no Rio Grande do Norte. Pegue um grão de areia nesta praia. Pois bem, a dimensão desse grão de areia está para o comprimento destas praias, como o nanômetro está para o metro.
"Nanotecnologia, dito de forma simples, é uma ciência relacionada à manipulação da matéria ao nível molecular, visando a criação de novos materiais, substâncias e produtos, com uma precisão de átomo a átomo. A Nanotecnologia está emergindo como a próxima revolução tecnológica, com eventuais efeitos sobre todos os aspectos da vida. De ambientalistas a estrategistas militares, há o consenso de que o crescimento da capacidade da construção molecular - manufatura molecular, fabricação molecular - mudará profundamente o mundo atual em que vivemos".
(Waite Group Press, tradução livre de Oswaldo Luiz Alves).
Se esta tecnologia for efetivamente disciplinada, irá provocar uma revolução de amplitude inimaginável nos dias de hoje, tanto no domínio técnico quanto no econômico e social.

O objetivo da nanotecnologia molecular, e das pesquisas atualmente em andamento, é chegar ao controle preciso e individual dos átomos.
Toda a matéria, as casas, o papel, os líquidos, o ar e nós mesmos somos constituídos de átomos.
Em realidade, tudo o que podemos ver, tocar ou sentir é constituído de um número muito pequeno de átomos diferentes (algumas dezenas). O ar é principalmente composto de átomos de oxigênio, de nitrogênio e de carbono. A água é composta de átomos de oxigênio e hidrogênio. Os seres vivos são essencialmente compostos de átomos de carbono, hidrogênio e de oxigênio.
O que faz com que uma árvore seja diferente de um homem, ou um computador de uma porção de areia é, logicamente, a organização desses poucos diferentes tipos de átomos. A diferença do arranjo entre os átomos é, por exemplo, a única diferença entre um diamante e um pedaço de carvão, ambos constituídos unicamente de átomos de carbono.

A nanotecnologia envolve um mercado que deve atingir o patamar de 1 trilhão de dólares em 2015. Ou seja, prepare-se para usar calças que não molham, meias que não cheiram e, quem sabe, ter pequenos robôs circulando pelas suas veias. Hoje, tenistas do hemisfério Norte já contam com bolas que duram mais graças aos nanomateriais em sua composição. Há também ceras que, de tão microscopicamente desenvolvidas, preenchem com mais competência os arranhões nos nossos carros.

Porém, existem os riscos. Há o perigo de que nanorrobôs auto-replicantes comecem a se reproduzir de maneira desenfreada e escapem ao controle. E é realmente necessário que os cientistas desenvolvam formas de controle rígido e que isso ocorra logo, pois, os produtos da nanotecnologia já estão entre nós.

APLICAÇÕES DA NANOTECNOLOGIA



- Fabricação
A nanotecnologia permite uma melhora, sem precedentes, na qualidade de fabricação. Sendo os átomos colocados de modo preciso, desaparecem quase que completamente os problemas ligados às impurezas e aos defeitos nos materiais. Assim, é possível fabricar materiais mais compactos, utilizando-se muito menos matéria.
O exemplo clássico é o de um aparelho que poderá parecer-se com um forno de microondas. Um painel de comando permitiria a escolha do objeto desejado: um par de sapatos, um computador, uma pizza, etc. Os montadores começam por multiplicar-se dentro do aparelho, tomando a forma do objeto desejado. Uma vez a estrutura criada, eles fazem a montagem, átomo por átomo, do objeto desejado. O par de sapatos estará pronto em dois minutos!
- Alimentação
Do mesmo modo que será possível fabricar um relógio ou um par de sapatos, será possível recriar os alimentos diretamente a partir do ar e de alguns resíduos. É o que faz a cadeia alimentar. É possível, certamente, chegar-se a um filé com batatas e salada, sem passar pelo cultivo da alface, das batatas, do crescimento do animal... uma vez que somente o prato final chega à nossa mesa.
- Medicina, expectativa de vida

Outras aplicações relativas à saúde.
Tem-se em vista construir minúsculos nanorobôs, capazes de se deslocar no interior do corpo humano, e mesmo nas células deste, à procura de agentes infecciosos, de células cancerosas, por exemplo, para marcá-las para destruição pelo sistema imunológico, ou mesmo para destruí-las diretamente.
Considera-se mesmo que esses robôs reparem diretamente o DNA danificado de células.
- Informática
Será possível fabricar minúsculos computadores, por exemplo, para controlar os nanorobôs que passeiam pelo corpo humano. Os projetos deixam antever computadores mais potentes que os supercomputadores atuais, porém com as dimensões de um cubo de dez microns de lado.
- Ecologia

A nanotecnologia permitirá não somente a reciclagem completa dos resíduos (lixo), quando da fabricação, mas ainda a limpeza do lixo até hoje acumulado. Assim, seria possível 'limpar" o planeta. Diminuir, se fosse preciso, a quantidade de CO2 na atmosfera, etc.
- Espaço

A NASA está bastante ativa no domínio da nanotecnologia. Vê nela o meio mais certo e econômico de explorar e colonizar o espaço.
Uma outra aplicação objetivada é o "elevador para o espaço". Trata-se de fabricar um cabo, partindo do equador e girando com a terra em órbita geoestacionária. Uma vez instalado o cabo, a energia dispensada para eliminar a atração terrestre será mínima, em relação aos meios hoje utilizados.
- Armamento
A possibilidade de se fazer uso da nanotecnologia para fins militares, criminosos ou terroristas é um de seus principais perigos.
Independentemente do melhoramento na fabricação de armas convencionais, será possível fabricar, por exemplo, milhões de minúsculos robôs voadores, dificilmente detectáveis, permitindo invadir a vida privada de todos e fora do controle das nações.
Será igualmente possível fabricar nanovírus, determinados a matar muito mais eficazmente que os vírus naturais. Seu alvo poderia ser uma pessoa determinada, um grupo populacional (definido por sua posição geográfica, algumas características genéticas, etc.).
Elaborado por: Ellen Gomes Madureira Ferreira
Referências:



MATÉRIA: SÓLIDOS

MATÉRIA

A matéria é composta por pequenas partículas e, de acordo com o maior ou menor grau de agregação entre elas, pode ser encontrada em três estados: sólido, líquido e gasoso. 
O volume, a densidade e a forma de um composto podem variar com a temperatura, sendo assim, os compostos apresentam características de acordo com o estado físico em que se encontram, veja as características de cada um: 

Estado Sólido: as moléculas da matéria se encontram muito próximas, sendo assim possuem forma fixa, volume fixo e não sofrem compressão. Por exemplo: em um cubo de gelo as moléculas estão muito próximas e não se deslocam. 

Estado Líquido: as moléculas estão mais afastadas do que no estado sólido e os elementos que se encontram nesse estado possuem forma variada, mas volume constante. Além dessas características, possui facilidade de escoamento e adquirem a forma do recipiente que os contém. 

Estado Gasoso: a movimentação das moléculas nesse estado é bem maior que no estado líquido ou sólido. Se variarmos a pressão exercida sobre um gás podemos aumentar ou diminuir o volume dele, sendo assim, pode-se dizer que sofre compressão e expansão facilmente. Os elementos gasosos tomam a forma do recipiente que os contém. 

Essas características obedecem a fatores como a Força de Coesão (faz com que as moléculas se aproximem umas das outras) e a Força de Repulsão (as moléculas se afastem umas das outras). No estado gasoso a Força de Repulsão predomina, enquanto que no estado sólido é a Força de Coesão. 

Assim, quando uma substância muda de estado físico sofre alterações nas suas características microscópicas (arranjo das partículas) e macroscópicas (volume, forma), sendo que a composição continua a mesma.



Moléculas no estado gasoso, líquido e sólido.

ESTADO SÓLIDO

Os sólidos são classificados de acordo com a sua periodicidade, sendo os principais tipos: sólido molecular, sólido iônico, sólido covalente e metálico.

Sólidos moleculares
Um sólido molecular é aquele que é constituído por moléculas não polares queconservam a sua individualidade e se encontram ligadas através das forças deVan der Waals, cuja origem se interpreta com o resultado da interação dosdipolos instantâneos, consequência das configurações eletrónicas das moléculasem cada instante.
As propriedades macroscópicas dos sólidos moleculares são: não conduzem ocalor nem a eletricidade; são altamente compressíveis e deformáveis eapresentam um ponto de fusão muito alto.
Os gases nobres solidificam originando sólidos deste tipo. Também são exemplosrepresentativos a molécula de cloro (Cl2) e o metano (CH4).


Sólidos iônicos
Um sólido iónico é aquele cuja rede cristalina é formada por ligações iónicas,encontrando-se os iões dispostos de tal forma que alcançam uma configuraçãoestável, submetidos a interações mútuas.
Os sólidos iónicos apresentam as seguintes propriedades macroscópicas: baixacondutividade, tanto elétrica como térmica, à temperatura normal, aumentandopara temperaturas elevadas; dureza, fragilidade e um ponto de fusão alto,originado pelas forças eletrostáticas que atuam entre os iões; energia devibração da rede menor que a dos sólidos covalentes e associada à absorção deradiação eletromagnética infravermelha. Precisando os iões de momentosmagnéticos, apresentam também diamagnetismo.
Os exemplos mais representativos deste tipo de sólidos são o cloreto de sódio(NaCl) e o cloreto de césio (CsCl).


Sólidos covalentes
Um sólido covalente é aquele cujos átomos que o constituem se encontramunidos mediante ligações covalentes, que determinam a sua rede cristalina.Esta, sendo rígida, faz com que apresentem várias característicasmacroscópicas comuns (dureza, indeformabilidade e baixas condutividadeselétrica e térmica). Além disso, as energias de vibração da rede são elevadas,tal como as frequências por elas geradas, e as energias de excitação eletrónicade uns escassos eletrões-voltes (eV), pelo que, normalmente, se encontram noseu estado fundamental. Um exemplo típico deste tipo de sólidos é o diamante.


Sólidos metálicos
Um sólido metálico é aquele que é formado por iões positivos esfericamentesimétricos, nos quais os átomos têm apenas alguns eletrões ligados debilmenteem camadas incompletas e cujas forças de coesão apresentam simetriaesférica. As suas energias de ionização são relativamente baixas e a sua redecristalina é regular e inclui o designado gás de eletrões, constituído por eletrõeslivres e conferindo-lhes uma condutividade térmica e elétrica extraordinária.
Os sólidos metálicos são opacos, visto que os referidos eletrões livres absorvemos fotões das radiações eletromagnéticas do visível, ficando assim excitadosaté atingir um dos estados próximos.


A Física do Estado Sólido ou Física da Matéria Condensada é uma das áreas da Física de maior aplicação na Física Quântica. Nesta área que as propriedades mecânicas,térmicas,magnéticas e ópticas da matéria sólida e o comportamento dos elétrons nos meios materiais são estudados.

Eliani Marcelino


Referência
http://www.brasilescola.com/quimica/estados-fisicos-materia.htm
http://www.infopedia.pt/$solidos-metalicos
http://www.infopedia.pt/$solidos-covalentes
http://www.infopedia.pt/$solidos-iônicos
http://www.infopedia.pt/$solidos-moleculares