Desafios para a Química

A importância da Química é universalmente reconhecida, pois basta olhar para nós próprios e a nossa volta para constatar que é impossível viver sem ela. Para alimentar uma população sempre crescente foi preciso produzir novos fertilizantes, captando o nitrogênio da atmosfera na síntese do amoníaco, dominar a técnica do frio (novos e inofensivos CFC), controlar as pragas e doenças das plantas. Foi preciso fabricar novos materiais, com melhores propriedades e maior abundância, para serem acessíveis a todas as camadas sociais, como é caso da seda artificial e outros produtos têxteis. O aroma, o gosto, a cor e outras delícias com que a Natureza nos contempla são o resultado da presença de moléculas com estruturas curiosas que os químicos descobriram e foram depois também capazes de criar.

A Química, como se pode ver, está presente em diversas áreas, sendo cada vez mais destacada a necessidade de se praticar uma “química verde”, que substitua processos químicos danosos para o ambiente por processos benignos e sustentáveis.

Diante desse quadro e tendo em vista as demandas da sociedade contemporânea e futura, cabe destacar alguns campos que exigirão dedicação dos profissionais da área.

• Aproveitamento da energia solar
• Procura de novos catalisadores
• Síntese de novas moléculas
• Produtos úteis a partir da biomassa
• Produção de materiais mais "verdes"
• Biociências
• Captura do dióxido de carbono
• Agroquímica
• Nanotecnologia
• Novos instrumentos científicos
• Pesquisas sobre a formação de profissionais e sobre o ensino da Química
• Participe do AIQ-2011

Os combustíveis fósseis que utilizamos são o resultado da energia solar armazenada durante milhões de anos na superfície da Terra. O maior desafio deste século será a substituição dos combustíveis fósseis por fontes de energia mais sustentáveis e menos poluentes, em especial o hidrogênio (H₂), obtido a partir da água, assim como o metanol, a partir da água e dióxido de carbono. Estes compostos são já utilizados em pilhas de combustível, que produzem energia e liberam água em vez de dióxido de carbono, diferente do que ocorre com os combustíveis fósseis. A produção de biocombustíveis, como a obtenção de etanol a partir da cana de açúcar no Brasil e da celulose, é outro caminho em estudo em vários países.

Para que as reações químicas sejam úteis é necessário que sejam tão completas e tão rápidas quanto possível. Na esmagadora maioria dos casos é necessário utilizar catalisadores, e a sua descoberta é uma importantíssima tarefa que cabe aos químicos. A cisão da água e a síntese de numerosos compostos, em condições econômicas, exige a presença de catalisadores duradouros, que devem ser obtidos a partir de materiais baratos e não poluentes.

A necessidade de combater doenças lembra a todos nós a importância de isolar produtos naturais e sintetizar moléculas com propriedades terapêuticas adequadas. O estudo do funcionamento de muitas substâncias no nosso organismo exige muitas vezes a síntese de compostos com estrutura adequada, mais simples, para que o seu comportamento seja comparado com o que se passa no nosso organismo.

As biomassas provenientes de fontes renováveis e o carvão eram as matérias-primas mais utilizadas no passado, em especial como fonte de energia, e em certos casos como matéria-prima na indústria. Atualmente, utilizam-se o petróleo e o gás natural majoritariamente como combustíveis e, em menor escala, na produção de produtos químicos de base, como etileno, propileno, estireno e muitos outros necessários para fabricar produtos acabados, como objetos plástico, pneus, fibras, tintas, vernizes, etc. O grande desafio é voltar a utilizar a biomassa renovável na produção de substâncias úteis com evidentes vantagens ambientais, tal como a Química Orgânica faz com o petróleo.

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O século XXI será o século da “química verde”, isto é, de uma química que se baseia em processos de síntese limpos, sem subprodutos prejudiciais ao ambiente, aproveitando os resíduos do presente como matéria-prima.

As pesquisas em "química verde" buscam alternativas para evitar danos ao meio ambiente, como os que ocorrem em acidentes nucleares.

A interdisciplinaridade entre a Química e a Biologia tem levado à descoberta e aperfeiçoamento de técnicas para novos modos de estudo dos sistemas biológicos em nível molecular. A nova disciplina de Biologia Química tratará do estudo dos efeitos de pequenas moléculas em processos biológicos.

O estabelecimento do genoma humano, determinando a sequência de bases do DNA humano, constituiu um êxito da química, da bioquímica e de disciplinas afins e abriu perspectivas para posteriores trabalhos, nomeadamente na investigação da estrutura e funções de cada proteína. O estudo das relações entre estrutura e função das proteínas é importante para a compreensão das doenças e produção de vários medicamentos.

A biotecnologia, ou seja, a utilização de agentes biológicos (organismos, células, moléculas e outros) para obter novos produtos ou assegurar serviços é uma importante área da Ciência. O etanol, o biogás, o butanol, a acetona, o glicerol, vários ácidos e enzimas podem ser obtidos por meios biotecnológicos. No meio ambiente, a recuperação de petróleo, o tratamento de lixos e a purificação da água são também possíveis por processos biotecnológicos.

O aumento crescente da percentagem de dióxido de carbono na atmosfera devido à queima de combustíveis fósseis provoca o aquecimento da atmosfera terrestre, causando tremendos problemas climáticos. As florestas são sumidouros naturais, mas a sua capacidade de absorção do dióxido de carbono é insuficiente para evitar o aumento da concentração deste gás na atmosfera. Os químicos têm procurado soluções como a captação de dióxido de carbono na síntese de policarbonatos (compostos carbonados não voláteis). Um exemplo é a obtenção de um polímero obtido por reacção do óxido de limoneno com o dióxido de carbono, na presença de catalisadores especiais.

Este trabalho mereceu grande destaque na imprensa, sendo referido como um método de produzir um plástico a partir de cascas de laranja. No entanto, deve referir-se que o facto de uma substância ser natural não significa que seja menos nociva que uma sintética. Por exemplo, o insecticida natural rotenona, apesar de ser mais nocivo para as pragas do que para os humanos, é mais tóxico que muitos insecticidas de síntese e acabou por ser proibido, em 2005, nos Estados Unidos, Canadá, França e outros países, por ser muito tóxico para os peixes e suspeito de estar ligado à doença de Parkinson.

OS desafios da química para a agricultura é a síntese de novos fertilizantes e “adubos inteligentes”, que só libertem azoto (nitrogênio) à medida que a planta necessita, e a formulação de pesticidas mais selectivos, como os “pesticidas verdes”, eficientes no combate a pragas, mas inócuos em relação a insectos úteis e ao homem.

As nanopartículas são partículas sólidas, com uma ou mais dimensões da ordem de 10 a 1 000 nm (nanómetros), que apresentam propriedades novas e diferentes do material no seu conjunto. Os nanomateriais resultam do crescimento das nanopartículas, como os nanotubos de carbono; com diâmetro de cerca de 3 nm, apresentam propriedades diferentes dos outros alótropos de carbono, como a grafite e o futeboleno.

As propriedades magnéticas, elétricas, térmicas e mecânicas dos materiais podem ser modificadas por introdução de nanopartículas adequadas. As suas aplicações são muito variadas, tendo até sido utilizadas ligadas a moléculas para regular a entrada de medicamentos no organismo e restringir o seu acesso a determinados locais. Estas partículas podem ser obtidas por reações químicas entre partículas (ions e moléculas) que vão se combinando até formarem agregados de dimensão suficiente. Podem, também, ser obtidos de materiais já polimerizados, como proteínas, polissacáridos e polímeros de síntese. Os conhecimentos sobre coloides e reacções de polimerização são fundamentais no fabrico das nanopartículas por processos via úmida.

A Química, a Bioquímica e a Biologia utilizam atualmente sofisticadas técnicas analíticas que exigem quantidades muito pequenas de substâncias e que se baseiam em princípios desenvolvidos por físicos, como a espectroscopia de ultravioleta, de infravermelho, de fluorescência e Raman, a fotometria de absorção atômica, a cromatografia líquida de alta eficiência e de fase gasosa, a ressonância magnética nuclear, a espectrometria de massa e outras.

Ser professor de química é uma profissão encantadora e tão importante que é preciso desenvolver estudos tanto sobre a formação inicial e continuada de professores quanto sobre o ensino da química. Por isso esse tópico merece uma discussão mais detalhada.

* Texto adaptado de Carlos Corrêa. Professor Emérito da Universidade do Porto. Conselheiro «Ciência Hoje» para Ano Internacional da Química. Publicado em 11/01/2011 na Revista Ciência Hoje (Portugal)

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