A Quimica da Visão

As alterações químicas que ocorrem quando a luz atinge a retina do olho envolvem muitos fenômenos da química orgânica e da fotoquímica, área de estudo da físico-química. O ponto central para o entendimento do processo visual em escala molecular são dois fenômenos em particular: a absorção da luz pelos polienos conjugados (moléculas orgânicas com várias duplas ligações em série) e a interconversão de isômeros cis-trans.
A retina do olho humano contém dois tipos de células receptoras. Devido a seus formatos, estas células recebem o nome de bastonetes e cones. Os bastonetes estão localizados primordialmente na periferia da retina e são responsáveis pela visão com luminosidade reduzida. Estas células, entretanto, são "cegas" às cores e, portanto, vêem apenas as tonalidades de cinza. Os cones são encontrados principalmente no centro da retina e são responsáveis pela visão com boa luminosidade. Também possuem os pigmentos que são responsáveis pela visão das cores.
Alguns animais não possuem cones ou bastonetes. As retinas dos pombos contém apenas cones. Assim, apesar de conseguirem distinguir as cores, estas aves enxergam apenas na brilhante luz do dia. As retinas das corujas, por outro lado, possuem apenas bastonetes; as corujas enxergam muito bem sob luminosidade reduzida mas são cegas às cores.
As alterações químicas que ocorrem nos bastonetes são muito melhor entendidas que aquelas que ocorrem nos cones. Por este motivo, vamos nos concentrar apenas no estudo da visão promovida pelos bastonetes.
Quando a luz atinge as células bastonetes, é absorvida por um composto denominado rodopsina. Esta substância, por sua vez, inicia uma série de eventos químicos que por fim resultam na transmissão de um impulso nervoso ao cérebro.
Nosso entendimento da natureza química da rodopsina e das mudanças conformacionais que ocorrem quando esta substância absorve luz é resultado em grande parte pelas pesquisas de George Wald e colaboradores, na Universidade de Harvard. As pesquisas de Wald iniciaram-se em 1933, quando era um estudante de graduação em Berlin. O estudo da rodopsina, entretanto, iniciou-se muito antes em outros laboratórios.
A rodopsina foi descoberta em 1877 pelo fisiologista alemão Franz Boll. Boll notou que a coloração vermelho-púrpura, inicialmente presente na retina de sapos, desapareceu pela ação da luz. O processo de supressão da cor levou primeiramente a uma retina amarelada e, posteriormente, a uma incolor. Um ano depois, outro cientista alemão, Willy Kuhne, isolou o pigmento vermelho-púrpura e o nomeou, devido à sua coloração, de Sehpurpur, ou "púrpura visível". O nome "púrpura visível" continua sendo comumente utilizado para rodopsina.
Em 1952, Wald e uma de suas estudantes, Ruth Habard, mostraram que o cromóforo (um grupo orgânico que absorve luz e torna-se colorido) da rodopsina é um aldeído poli-insaturado, o 11-cis-retinal. A rodopsina é o produto da reação deste aldeído com uma proteína chamada opsina. A reação ocorre entre o grupo aldeído do 11-cis-retinal e um grupo amina na cadeia da proteína e envolve a perda de uma molécula de água. Outras interações secundárias envolvendo grupos -SH da proteína provavelmente também mantém o cis-retinal no lugar. A vacância na cadeia da proteína é onde o cis-retinal encaixa-se precisamente.
Formação da rodopsina a partir do 11-cis-retinal e opsina
A cadeia polinsaturada conjugada do 11-cis-retinal fornece à rodopsina a habilidade de absorver luz em uma região muito larga do espectro visível. A figura abaixo mostra a curva de absorção da rodopsina na região do visível e a compara com a curva de sensibilidade para a visão dos bastonetes do olho humano. O fato destas duas curvas coincidirem fornece forte evidência de que a rodopsina é o composto fotossensível na visão por bastonetes.

Quando a rodopsina absorve um fóton de luz, o cromóforo do 11-cis-retinal sofre isomerização para a forma all-trans. O primeiro fotoproduto é um intermediário chamado batorodopsina, um composto que possui cerca de 150kJ.mol-1 de energia a mais que a rodopsina. A batorodopsina, passando por uma série etapas, transforma-se na metarodopsina II (também all-trans). A alta energia da combinação proteína-cromóforo all-trans provoca uma alteração em sua geometria. Como resultado, uma miríade de reações enzimáticas culmina na transmissão de um impulso neural ao cérebro. O cromóforo é finalmente hidrolisado e expelido como all-trans retinal.
As etapas importantes no processo visual. Absorção de um fóton de luz pelo fragmento 11-cis-retinal da rodopsina gera um impulso nervoso como resultado de uma isomerização que leva, através de uma série de passos, à metarodopsina II. Então, a hidrólise da metarodopsina II produz all-trans-retinal e rodopsina. Esta gravura simplifica extremamente a estrutura da rodopsina; a porção retinal está na verdade envolvida por uma complexa estrutura protéica.
A rodopsina possui absorção máxima em 498nm, que fornece a coloração vermelho-púrpura. Juntos, o all-trans retinal e a opsina possuem absorbância máxima em 387nm e, por isso, o aduto possui coloração amarela. A transformação iniciada pela luz da rodopsina ao all-trans retinal corresponde à supressão inicial observada por Boll nas retinas dos sapos. A supressão subseqüente ao composto incolor ocorre quando o all-trans retinal é enzimaticamente reduzido ao all-trans vitamina A. Esta redução converte o grupo aldeído do retinal ao álcool primário correspondente da vitamina A.
Representação estrutural do retinal e do ácido retinóico, ou vitamina A, essencial para a visão - a falta desta vitamina do organismo provoca anomalias na visão, e deve ser suprida com complexos vitamínicos sintéticos.
Outro aspecto interessante da química da visão é sua cinética. Quando você abre os olhos, quanto tempo "aguarda" até começar a enxergar? Praticamente nada! Essas reações, com grau razoável de complexidade, ocorrem na retina do olho na ordem de fentosegundos, ou 10-15 segundos. O corpo humano é ou não a "máquina" perfeita?

Do que são feitos os adesivos que brilham no escuro?

Os adesivos que brilham no escuro geralmente são feitos com sulfeto de zinco. Quando o sulfeto de zinco é exposto à luz, graças à sua configuração eletrônica, os elétrons das camadas mais externas absorvem a luz e são excitados para camadas etetrônicas ainda mais externas. Quando apagamos a luz deixamos de fornecer energia aos elétrons, que aos poucos vão retornando às suas camadas eletrônicas iniciais. Durante esse retorno (que pode durar horas), eles devolvem a energia que absorveram na forma de luz. Esse fenômeno se chama fosforescência. Alguns modelos de relógios têm detalhes fosforescentes que nunca perdem o brilho mesmo quando são deixados vários dias no escuro. Isso acontece porque o material fosforescente desses relógios está misturado com um pouco de material radioativo, que funciona como uma fonte de energia para provocar a fosforescência. Além da fosforescência, existe um outro fenômeno, chamado de fluorescência. Diferentemente das substâncias fosforecentes, os compostos fluorescentes deixam de emitir luz assim que são colocados no escuro. Podemos observar a fluorescência quando vamos a uma discoteca. Todo mundo que está de roupas brancas fica "brilhando" no escuro graças as lâmpadas de luz negra, que é uma lâmpada de luz ultra-violeta. Quando a luz negra é desligada, o brilho da roupa desaparece. A nossa roupa brilha sob luz negra por causa de um aditivo dos sabões em pó que usamos. Esse aditivo é usado para termos a impressão de que a roupa está "mais branca do que branca", pois ele absorve a radiação UV e emite como uma luz azulada. Outras substâncias fluorescentes que podemos encontrar são a água tônica e a urina. É por isso que não tem luz negra nos banheiros das discotecas. Quando a emissão de luz de uma substância é provocada por uma reação química ela recebe o nome de quimioluminescência

As bolas de carbono

Até 1985, apenas duas formas alotrópicas cristalinas do carbono eram conhecidas: o grafite, mais comum e mais estável e o diamante, mais raro e que na Terra formou-se a partir do grafite submetido a altas temperaturas e pressões nas profundezas da Terra. O ser humano, imitando a Natureza, conseguiu produzir diamantes (em 1955, a companhia norte-americana General Electric Company anunciou a obtenção de diamantes sintéticos submetendo o grafite durante várias horas a pressões superiores a 100 000 atm e temperaturas superiores a 2800oC). Hoje há vários outros métodos de obtenção de diamantes industriais, que não têm a perfeição dos naturais, motivo pelo qual não são empregados como jóias. Em 1985, Harry Kroto, da Universidade de Sussex (Inglaterra) e Richard Smalley, da Universidade Rice (Texas, EUA) detectaram uma nova forma de carbono presente na fuligem que resultava do bombardeamento de grafite com um feixes de raios laser. A fórmula molecular desta nova substância foi determinada como sendo C60 e sua estrutura deveria se assemelhar a uma bola de futebol: seria uma esfera oca constituída por 20 hexágonos e 12 pentágonos com átomos de carbono em seus vértices. A nova forma alotrópica do carbono foi batizada de "buckminsterfullereno", em homenagem ao arquiteto Richard Buckminster Fuller, o idealizador dos domos geodésicos com as quais a molécula se assemelhava. A "buckybola" ou fulereno de fórmula C60 na realidade, é apenas a mais simples das moléculas desta categoria. A partir da descoberta, em 1990, de uma maneira mais simples de produzir as "buckybolas", os cientistas conseguiram obter vários outros fulerenos maiores: com 70, 90, 540 e até 6 000 átomos de carbono, entre outros. Os fulerenos aquecidos a determinadas temperaturas em presença de outros elementos químicos sofrem pequenas rupturas em sua estrutura, permitindo que os átomos desses elementos se alojem em seu interior. Com o posterior resfriamento, a estrutura se regenera, aprisionando esses átomos. Há muita expectativa quanto à futura aplicação dos fulerenos como supercondutores elétricos quando "dopados" por metais, como "gaiolas" para enviar medicamentos a locais de difícil acesso no corpo humano, na obtenção de materiais super-resistentes, diamantes, lubrificantes etc.

A química a bordo dos ônibus espaciais

A química a bordo dos ônibus espaciais
A atmosfera
Os ônibus espaciais devem carregar tudo que necessitarão durante uma missão, desde combustível até o ar que será respirado pelos astronautas. No caso do ar, são necessários equipamentos que purifique a atmosfera dentro da nave, retirando o gás carbônico, CO2, produzido. Essa reciclagem da atmosfera é feita através de várias reações de óxido-redução.
Em missões curtas, todo o oxigênio é armazenado e não precisa ser regenerado. Somente o CO2 necessita ser removido. O dióxido de carbono é removido através de uma reação com hidróxido de lítio: CO2(g) + 2 LiOH(s) ® Li2CO3(s) + H2O(l)
Mas por que hidróxido de lítio e não outro hidróxido de metal alcalino? Pelo fato de o hidróxido de lítio ter a menor massa molar. Um subproduto desta reação é a água, que pode ser utilizada nos sistemas de refrigeração da nave.
Em missões longas ou a bordo de estações espaciais, o oxigênio precisa ser regenerado. Um meio de se remover o gás carbônico e gerar oxigênio é a reação com superóxido de potássio: CO2(g) + 4 KO2(s) ® 2 K2CO3(s) + 3 O2(g)
Em missões realmente muito longas, como a permanência em estações espaciais, outros processos de reciclagem de oxigênio precisam ser usados para um aproveitamento total dos recursos da nave. O dióxido de carbono pode reagir com hidrogênio, produzindo água: CO2(g) + 2 H2(g) ® C(s) + 2 H2O(l)
O carbono produzido é utilizado em filtros para remover os odores da cabine (imagine o cheiro que deve ser dentro de um lugar onde as pessoas ficam meses trancadas e o banho é uma toalha úmida). O oxigênio e o hidrogênio podem ser gerados através da hidrólise da água: 2 H2O(l) ® 2 H2(g) + O2(g)
Para hidrolizar a água é preciso energia elétrica, que é fornecida através de painéis solares, localizados na parte externa da nave. Por este método, tudo o que é produzido é reaproveitado, aumentando a autonomia da missão.
Os combustíveis
Ao contrário dos automóveis, que são movidos pelo calor gerado dentro do motor, os veículos espaciais são movidos pelo impulso gerado pelos gases produzidos durante a combustão. E ao contrário dos automóveis, as naves precisam levar tanto o combustível quanto o oxidante. Em um ônibus espacial, aqueles dois foguetes laterais que podemos ver durante o lançamento estão cheios de combustível sólido. Esse combustível é formado por alumínio em pó (o combustível), perclorato de amônio (o agente oxidante, que também é um combustível) e óxido de ferro III (um catalisador). Estas substâncias são misturadas a um polímero e formam uma pasta, que é então injetada dentro dos tanques dos foguetes. Durante a decolagem de uma nave, uma das reações que ocorre é:
Fe2O3
3 NH4CLO4(s) + 3 Al(s)
®
Al2O3(s) + AlCl3(s) + 6 H2O(g) + 3 NO(g)
Quando estes tanques ficam vazios,cerca de 3 minutos após a decolagem, eles são ejetados e uma equipe de resgate recupera-os no mar, para utilizá-los em missões futuras.
Depois de serem ejetados, entra em operação os motores da nave e eles passam a queimar o combustível que fica armazenado naquele tanque laranja, preso embaixo do ônibus espacial. Dentro desse tanque ficam armazenados hidrogênio e oxigênio líquidos, que quando queimam produzem vapor de água:
2 H2(l) + O2(l) ® 2 H2O(g)
Nas viagens à Lua, as naves das missões Apollo usaram outros tipos de combustíveis, pois hidrogênio e oxigênio são muito efusíveis, e os motores movidos à combustíveis sólidos têm o problema de serem difíceis de desligar e religar. Eram usados então dois líquidos, uma mistura de derivados de hidrazina (predominantemente metil hidrazina) e N2O4, que quando queimavam produziam um enorme volume de gás: 4 CH3NHNH2(l) + 5 N2O4(l) ® 9 N2(g) + 12 H2O(g) + 4 CO2(g)
Os combustíveis espaciais são geralmente perigosos. A metil hidrazina é um veneno mortal e o N2O4 é muito reativo, sendo armazenado em tanque resistentes à corrosão.

Como funciona o bafômetro?

O bafômetro é um aparelho que permite determinar a concentração de bebida alcoólica analisando o ar exalado dos pulmões de uma pessoa. É também conhecido pela denominação técnica “etilômetro”, devido às reações que envolvem o álcool etílico presente na baforada do suspeito e um reagente. Todos os tipos de bafômetros são baseados em reações químicas, e os reagentes mais comuns são dicromato de potássio e célula de combustível. A diferença entre estes dois reagentes é que o dicromato muda de cor na presença do álcool enquanto a célula gera uma corrente elétrica. O mais usado pelos policiais no Brasil é o de Célula de combustível, a química deste bafômetro você vê a seguir: 1. O álcool expirado reage com o oxigênio presente no aparelho, esta reação ocorre com a ajuda de um catalisador; 2. Ocorre a liberação de elétrons, de ácido acético e de íons de hidrogênio; 3. Os elétrons então passam por um fio condutor, gerando corrente elétrica. Um chip presente dentro do aparelho calcula a porcentagem e dá a concentração de álcool no sangue. Quanto mais álcool, maior será a corrente elétrica. E não existem desculpas para se negar a fazer o teste, como por exemplo: - Recusar a soprar o canudinho por ele estar contaminado: ele é descartável e tem uma válvula que impede que o ar de dentro volte para sua boca; - Dizer que não consegue assoprar? É preciso 1 litro e meio de ar para fazer a medição, é o equivalente a um sopro de cinco segundos. E mais, não adianta tentar disfarçar o hálito, mascar chicletes, tomar azeite, etc, todas essas artimanhas não o impedirão de perder a carteira e ter o veículo apreendido.
Por Líria Alves Graduada em Química Equipe Brasil Escola

Qual a relação entre a química e as lágrimas que surgem quando cortamos cebolas?

A química está envolvida desde o cheiro até a reação que provoca em nossos globos oculares, a cebola possui várias substâncias químicas que estimulam nosso olfato, paladar e infelizmente nossos olhos. Vamos começar pelo cheiro, qual composto é responsável por aquele delicioso cheirinho de cebola frita na manteiga? São os óxidos sulfúricos derivados do ácido sulfúrico (H2SO4). Agora para explicar sobre as lágrimas precisamos ir um pouco além. Quando realizamos o corte de uma cebola, esta libera enzimas denominadas de alinases, estas por sua vez reagem com o óxido sulfúrico já presente na estrutura da cebola. A reação dá origem ao ácido sulfínico que, por ser pouco estável, acaba se transformando em um gás volátil. O gás obtido na reação ao se volatilizar chega até os olhos provocando uma reação desagradável nos terminais nervosos da córnea, e para se defender estes terminais ativam as glândulas lacrimais, estas por sua vez liberam as lágrimas: a hora do choro!Existem diversas maneiras de prevenir este aborrecimento, um deles é cortar as cebolas utilizando o ventilador. Ligue um ventilador ao seu lado e em direção transversal apontado para a cebola de modo que o gás não chegue aos seus olhos, faça o teste e constate o que foi exposto aqui.
Por Líria AlvesGraduada em QuímicaEquipe Brasil Escola

Você já ouviu esta frase: Rolou uma química entre nós! Será que existe mesmo uma explicação científica para o amor?

O sentimento não afeta só o nosso ego de forma figurada, mas está presente de forma mais concreta, produz reações visíveis em nosso corpo inteiro. Se não fosse assim como explicar as mãos suando, coração acelerado, respiração pesada, olhar perdido (tipo "peixe morto"), o ficar rubro quando se está perto do ser amado? Afinal, o amor tem algo a ver com a Química? Na verdade O AMOR É QUÍMICA! Todos os sintomas relatados acima têm uma explicação científica: são causados por um fluxo de substâncias químicas fabricadas no corpo da pessoa apaixonada. Entre essas substâncias estão: adrenalina, noradrenalina, feniletilamina, dopamina, oxitocina, a serotonina e as endorfinas. Viu como são necessários vários hormônios para sentir aquela sensação maravilhosa quando se está amando? A dopamina produz a sensação de felicidade, a adrenalina causa a aceleração do coração e a excitação. A noradrenalina é o hormônio responsável pelo desejo sexual entre um casal, nesse estágio é que se diz que existe uma verdadeira química, pois os corpos se misturam como elementos em uma reação química. Mas acontece que essa sensação pode não durar muito tempo, neste ponto os casais têm a impressão que o amor esfriou. Com o passar do tempo o organismo vai se acostumando e adquirindo resistência, passa a necessitar de doses cada vez maiores de substâncias químicas para provocar as mesmas sensações do início. É aí que entra os hormônios ocitocina e vasopressina, são eles os responsáveis pela atração que evolui para uma relação calma, duradoura e segura, afinal, o amor é eterno!
Por Líria AlvesGraduada em QuímicaEquipe Brasil Escola

Por que os cabelos ficam brancos com a idade?
De acordo com as atuais teorias do envelhecimento, cabelos brancos surgem quando as estruturas que compõem as células se oxidam devido à ação dos radicais livres - tipos reativos de oxigênio capazes de provocar danos celulares. Os radicais livres são moléculas instáveis, com número ímpar de elétrons (partículas atômicas de carga negativa), que podem desequilibrar as funções celulares. No organismo, milhares de radicais livres, provenientes sobretudo do oxigênio (elemento vital para a transformação dos alimentos em energia) são formados e destruídos a cada minuto. A destruição é operada por antioxidantes naturais (as vitaminas C e E e as enzimas superóxido dismutase e catalase). Assim, mais de 95% do oxigênio absorvido na respiração são transformados em água no interior das células, enquanto os 5% restantes passam por outras etapas antes disso e permanecem sob a forma de radicais livres. A poluição ambiental, os maus hábitos alimentares, a vida sedentária e a própria idade contribuem para o aumento na produção dos radicais livres, que facilitam o surgimento de doenças e o envelhecimento precoce. Até os 40/45 anos de idade, geralmente o organismo consegue vencer a luta contra os radicais livres, retirando-os da circulação sem grandes dificuldades. Depois, contudo, eles livres tendem a se acumular gradualmente no organismo, contribuindo para o surgimento não só de cabelos brancos como de doenças degenerativas (arterioesclerose e câncer), problemas nas articulações (reumatismo e artrose) e alterações na pele (rugas e manchas senis). Às vezes, os cabelos embranquecem precocemente, em geral quando, além de ter predisposição genética para isso, a pessoa enfrenta problemas particulares graves. Numa situação de estresse emocional, por exemplo, o organismo libera grande quantidade de adrenalina, substância altamente oxidante que contribui para o aumento dos radicais livres na corrente sangüínea - e daí, para o surgimento de cabelos brancos.
Fonte: Globo Ciência - Novembro de 93 - Texto do geriatra e professor universitário José de Felippe Jr.

Como funciona o air bag dos carros?
O air bag é formado por um dispositivo que contém azida de sódio, NaN3. Este dispositivo está acoplado a um balão, que fica no painel do automóvel. Quando occore uma colisão, sensores instalados no pára-choques do automóvel e que estão ligados ao dispositivo com azida de sódio, produzem uma faísca, que aciona a decomposição do NaN3:2NaN3(s) + O2 ® 3N2(g) + Na2O2(s)
Alguns centésimos de segundo depois, o air bag está completamente inflado, salvando vidas.

Por que as pipocas estouram?
A "explosão" de um grão de pipoca quando aquecido é o resultado da combinação de 3 características:
1. O interior do grão (endosperma) contém, além do amido, cerca de 14% de água.2. O endosperma é um excelente condutor de calor.3. O exterior do grão (pericarpo) apresenta grande resistência mecânica e raramente possui falhas (rachaduras).
Quando aquecido intensamente, a água no endosperma sofre vaporização, criando uma grande pressão dentro do grão. O pericarpo atua como uma panela de pressão, evitando a saída do vapor de água até que uma certa pressão limite seja atingida. Neste ponto, ocorrem duas coisas: o grão explode, com som característico (pop!) e o amido do endosperma incha abruptamente, criando aquela textura macia.
Hummm... bateu uma vontade de comer pipoca!!!
Fonte: Revista QMC Web www.qmcweb.org