Os Elementos by Editora Blucher

Elementos

Uma Exploraﾃｧﾃ｣o Visual dos ﾃ》omos Conhecidos no Universo

THEODORE GRAY Mais de 200.000 exemplares vendidos no mundo todo. Livro de Ciﾃｪncias mais baixado no Ipad. Traduzido para mais de 10 idiomas.

Título: Os Elementos

Peso: 1,4 kg

Autor: Theodore Gray

240 páginas

ISBN: 978-85-212-0601-9

Formato: 26 x 26 cm

HidrogĂŞnio

14 2a Prova Os Elementos.indb 14

12/04/11 12:29

Elemental

Hidrogênio O mineral escolecita,

4500

5000

5500

CaAl2Si3O10·3H2O, de Puna, Jalgaon, Índia.

4000

3500

ele une o corpo e o sangue de todas as coisas vivas. O hidrogênio é o mais leve de todos os gases – até mesmo mais que o hélio – e muito mais barato, o que explica seu uso nos primeiros veículos aéreos como o Hindenburg. Você deve ter ouvido falar sobre o que aconteceu; mas, por uma questão de justiça, deixemos claro que as pessoas, na realidade, morreram por causa da queda e não por terem sido queimadas pelo hidrogênio. De certa forma, o hidrogênio é menos perigoso em um veículo do que a gasolina. O hidrogênio é o elemento mais abundante e mais leve, e também o mais amado pelos físicos, pois, com apenas um próton e um elétron, suas adoráveis fórmulas da mecânica quântica funcionam perfeitamente com ele. A partir do momento em que você chega ao hélio, com dois prótons e dois elétrons, os físicos ficam agitados e deixam os químicos lidarem com ela.

são vastas quantidades de hidrogênio transformando-se em hélio. Nosso Sol consome sozinho seiscentos milhões de toneladas de hidrogênio por segundo, convertendo-os em quinhentos e noventa e seis milhões de toneladas de hélio. Pense a respeito: seiscentos milhões de toneladas por segundo. Mesmo de noite. E para onde vão os outros quatro milhões por segundo? São convertidos em energia de acordo com a famosa fórmula de Einstein, E = mc2. Cerca de 1,6 quilograma por segundo chega à Terra, onde forma a luz da alvorada, o calor de uma tarde de verão e o brilho vermelho do Pôr do Sol. O feroz consumo de hidrogênio do Sol sustenta todos nós, mas a importância do hidrogênio para a vida como a conhecemos começa mais perto da nossa casa. Junto com o oxigênio, ele forma as nuvens, oceanos, lagos e rios. Combinado com carbono (6), nitrogênio (7) e oxigênio (8),

AS ESTRELAS BRILHAM PORQUE

Peso Atômico 1,00794 Densidade 0,0000899 Raio Atômico 53pm Estrutura Cristalina

velocidade, um tipo de botão eletrônico preenchido por uma pequena quantidade de gás hidrogênio hidrogênio.

3000

O interior de um thyratron de alta

O brilho vermelho-alaranjado

2500

Luminária com trítio (3H), ilegal nos EUA por ser considerada um uso frívolo desse material estratégico.

1500

1000

4s 3d 3p

500 0

Ordinariamente, é um gás incolor, mas vastas quantidades no espaço absorvem a luz das estrelas, criando vistas espetaculares como a nebulosa da águia, reproduzida aqui pelo telescópio espacial Hubble.

Estado da Matéria

Em relação ao peso, 75% de todo o universo visível é hidrogênio.

Espectro Atômico de Emissão

sua vez, são legais nos EUA.

Relógios de trítio que, por

pela transformação de hidrogênio em hélio.

1s 2s

O sol funciona

Ordem de Preenchimento dos Elétrons

2000

de uma chama de oxigênio e hidrogênio.

15 2a Prova Os Elementos.indb 15

12/04/11 12:29

Carbono

24 2a Prova Os Elementos.indb 24

12/04/11 12:29

Elemental

5500 3500

4000

4500

5000

temperaturas diamantes queimam em nada mais do que dióxido de carbono. Se eu estivesse escrevendo essas palavras há cerca de 25 anos, provavelmente o faria com carbono. A “tinta” do lápis é, na realidade, o grafite, uma forma do carbono, descoberta no século XVI no distrito de English Lake na grande mina de Borrowdale, a primeira fonte de grafite puro. Átomos de carbono gostam de formar folhas, como um favo de mel com um átomo de carbono em cada ponta. Junte as folhas e você tem o grafite. Dobre-os em uma esfera e você tem um C60 “buckyball”, nomeado em homenagem a Buckminster Fuller, que inventou a cúpula geodésica. Enrole as folhas em tubos e você tem o material mais forte conhecido pela ciência: os nanotubos de carbono. O carbono é agora foco de controvérsia política, centrada no fato de que nossa civilização está lançando carbono de volta para a atmosfera em uma taxa 100.000 vezes maior do que na época dos dinossauros e seus pântanos. É interessante notar que a situação com o nitrogênio é exatamente o contrário.

Pequenos diamantes

industriais embebidos nesse disco de aço o transformam em um poderoso instrumento de moagem.

2500

são encontrados em todos os lugares em que o carvão também existe.

com graﬁte, disponíveis em qualquer loja de ferramentas.

você compra para aquecimento e forjas.

1500

1000

4s 3d 3p 3s

500 0

Carvão, que

Estado da Matéria

os aqueça demais, até queimar produzindo dióxido de carbono.

Eletrodos de solda de cobre encapados

Espectro Atômico de Emissão

Diamantes são eternos, ao menos que você

atômica, descrito na página do férmio, elemento 100.

1s 2s

Um bloco de graﬁte (carbono puro) da primeira pilha

Ordem de Preenchimento dos Elétrons

2000

natural e barato de diamantes policristalinos.

“Cubo do congo”, um amontoado Escritos com carvão

Claro, existem muitos outros elementos sem os quais não existiria a vida, mas, da coluna em espiral do DNA aos intrincados anéis e cadeias de esteroides e proteínas, o carbono é o elemento cujas únicas propriedades permitem tudo isso. O próprio termo “composto orgânico” refere-se exclusivamente aos compostos químicos que contêm carbono. Sem contentar-se em ser a base de toda a vida na Terra, o carbono também forma o diamante, a substância mais dura conhecida (ao menos até agora; algumas divergências foram discutidas na página do boro, elemento 5). Mas, ao contrário da crença popular, diamantes não são particularmente raros, ou extraordinariamente belos ou eternos. Todos os três mitos foram criados pela companhia de diamantes DeBeers. Não fosse pelo controle do monopólio exercido por essa companhia, os diamantes custariam um décimo do que custam. Cubos de zircônia ou carboneto de silício cristalino são tão belos quanto o diamante. E a altas

Peso Atômico 12,0107 Densidade 2,260 Raio Atômico 67pm Estrutura Cristalina

computadorizado do C60 “buckyball”.

O CARBONO É O ELEMENTO MAIS IMPORTANTE da vida, ponto final.

Modelo

3000

Carbono

25 2a Prova Os Elementos.indb 25

12/04/11 12:29

OxigĂŞnio

28 2a Prova Os Elementos.indb 28

12/04/11 12:30

Elemental

Oxigênio

Tanque de oxigênio

2500

sob alta pressão utilizado pelos médicos.

2000 4p

1000 500 0

4s 3d 3p

Estado da Matéria

KCa4Si8O20(F,OH)·8H2O + KCa4Si8O20(OH,F)·8H2O.

Espectro Atômico de Emissão

Mineral apoﬁlita,

de elementos, o oxigênio puro pode ser representado simplesmente por um frasco vazio.

Em coleções

1500

descartáveis de oxigênio para quem tem como hobby fundir metais, e como um refrescante “pick-me-up”, contém muito pouco oxigênio.

Tanques

3000

3500

4000

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5000

5500

de emergência para uso em aeronaves: porque quando o ruim caminha para o pior, a coisa de que você mais precisa é oxigênio.

1s 2s

A -183°C, o oxigênio é um lindo líquido azul pálido.

Um gerador de oxigênio

Ordem de Preenchimento dos Elétrons

SE O CARBONO (6) é a base da vida, então o oxigênio é o combustível. A habilidade do oxigênio de reagir com praticamente todo composto orgânico é o que permite os processos da vida. A combustão com o oxigênio faz seu carro andar, suas fornalhas funcionarem e, se você trabalha na NASA, também seus foguetes. (Na realidade, o termo “combustível” normalmente refere-se a qualquer coisa que é queimada por um “oxidante”. Então, eu falo metaforicamente quando digo que o oxigênio é o combustível da vida. Tecnicamente, ele é o oxidante da vida.) O fato de você poder atear fogo e queimar madeira, papel ou gasolina tem menos a ver com o material de que eles são feitos do que com o fato de a atmosfera ter mais de 21% de oxigênio, proporcionando uma fonte altamente reativa de oxidante. Aviões a jato podem voar grandes distâncias com muito menos combustível que um foguete comparável usaria porque, ao contrário dos jatos que viajam no ar, os foguetes funcionam no vácuo do espaço e, portanto, precisam carregar seu próprio suprimento de oxigênio. Concentrado em sua forma líquida, o oxigênio deixa de ser um gentil contribuinte para a vida para tornar-se um feroz ameaçador desta. É justo dizer que o poder real da maior parte dos foguetes não vem do combustível que eles queimam, mas do suprimento de oxigênio. O foguete lunar Saturno V, por exemplo, utilizava querosene. (Sim, nós conseguimos chegar até a Lua com combustível diesel!) Porém, não era querosene o item especial, mas os 7000 litros por segundo de oxigênio líquido que o Saturno V consumia em sua potência máxima. Dado o quão intenso é o oxigênio, você pode se surpreender ao descobrir que ele é o elemento mais abundante na Terra, sendo responsável por quase a metade do peso da crosta terrestre e 86% do peso dos oceanos. Todavia, a crosta e os oceanos não são feitos de oxigênio puro, mas de seus compostos; e, como iremos aprender com o próximo elemento, flúor, quanto mais agressivo é o elemento, mais estáveis são seus compostos.

Peso Atômico 15,9994 Densidade 0,001429 Raio Atômico 48pm Estrutura Cristalina

29 2a Prova Os Elementos.indb 29

12/04/11 12:30

AlumĂnio

38 2a Prova Os Elementos.indb 38

12/04/11 12:30

Elemental

Alumínio Bloco sólido de alumínio para testes. Mylar metalizado (coberto com alumínio) para

5000

5500

cobertores de emergência.

3500

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4500

Mas, bem no fundo, o alumínio realmente é muito reativo. Alumínio pulverizado é um ingrediente básico em aplicações do tipo flash e na mistura de combustível de foguetes, e sua venda abaixo de certo tamanho de partícula é proibida por essa razão. Os minerais de alumínio são extremamente comuns, incluindo o corundum (forma genérica do rubi e da safira) e o berilo (forma genérica da esmeralda e água-marinha). O alumínio em minerais e rochas compõe grande parte da crosta da Terra, assim como seu vizinho na tabela periódica, o silício.

a alta condutividade térmica do alumínio.

3000

Os radiadores usam 5p

mostrando a estrutura interna cristalina.

2500 1500

1000 500 0

4s 3d 3p 3s

Estado da Matéria

Barra corroída de alumínio de alta pureza,

Espectro Atômico de Emissão

alumínio fundido sobre um borbotão de água.

Nódulos criados pelo derramamento de

usado para implantes médicos, mas este aqui foi feito para os médicos praticarem. O osso é real, mas o implante de alumínio é apenas imitação.

1s 2s

O alumínio nunca é

Ordem de Preenchimento dos Elétrons

2000

(sulfato de potássio e alumínio).

Antigo e moderno alúmen medicinal

O ALUMÍNIO ESTÁ BEM perto de ser o metal ideal, apesar de poder ser melhorado de algumas maneiras: ele poderia ser tão barato e fácil de soldar como o ferro (26), ou poderia ser fundido de forma similar ao zinco (30) ou estanho (50). Mas, de modo geral, é um metal muito bom: leve e forte o suficiente para formar a estrutura da maior parte dos aviões, exceto os mais exóticos aviões militares de alta performance, e, ainda assim, barato o suficiente para estar presente em toda cozinha. (Ele nem sempre foi barato: quando o metal puro foi produzido pela primeira vez, foi considerado um metal nobre como o ouro e a prata. Napoleão III servia seus convidados mais importantes com pratos de alumínio; príncipes e duques ordinários deveriam se contentar com o mero ouro.) A vantagem marcante do alumínio sobre o aço é que ele não enferruja, o que torna ainda mais surpreendente saber que ele reage com o ar com maior rapidez que o ferro. A diferença é que o alumínio forma uma “ferrugem” que é um resistente óxido transparente, também conhecido como “corundum”, uma das substâncias mais duras conhecidas. Exposto ao ar, o alumínio instantaneamente se protege com uma fina camada desse material, mais duro que o próprio metal. O ferro “tolamente” se protege com um pó vermelho poroso que cai em pouco tempo, expondo o metal original à oxidação.

Peso Atômico 26,981538 Densidade 2,7 Raio Atômico 118pm Estrutura Cristalina

39 2a Prova Os Elementos.indb 39

12/04/11 12:30

SilĂcio

42 2a Prova Os Elementos.indb 42

12/04/11 12:30

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QUÍMICA