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Uma seleção especial de textos, vídeos, experimentos e imagens relacionadas com os elementos químicos da tabela periódica.

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concepção artística do espaço - fonte: nasa
Concepção artística de asteroides troianos, asteroides que seguem a mesma órbita de Júpiter ao redor do Sol.

Rochas no espaço! Sim, sabemos que o espaço está cheio de rochas, mas até agora ninguém tinha planos de minerá-las por seus metais.

Por Sam Kean
A Terra não é um grande representante da tabela periódica. Noventa por cento de todos os átomos do universo são átomos de hidrogênio, o que obviamente não é verdade aqui. E há também uma distorção elementar mais sutil: vários metais de transição no meio da tabela periódica – platina, ouro, ródio, paládio, irídio, ósmio e outros – são bastante raros em todo o cosmos, mas são ainda mais raros na crosta terrestre. Esses elementos não se ligam bem ao carbono, oxigênio, enxofre e outros elementos formadores de rochas. Em vez disso, eles são siderófilos – amantes do ferro – e eles em sua maioria ficaram enfurnados no núcleo de ferro fundido da Terra a muito tempo. Os altos preços que esses elementos atingem – a platina vale US $ 20 mil por libra [0,45kg] – refletem sua raridade e refletem o fato de que estamos sempre em busca de mais.

Nós podemos ter encontrado. Por causa da devoção servil de metais siderófilos ao ferro, existe outra fonte lá fora – bem longe, dentro de asteroides ricos em ferro. Asteroides podem parecer tão inacessíveis quanto o núcleo da Terra, mas algumas novas empresas – apoiadas por bilionários da tecnologia e apoiadas pelo recente sucesso de voos espaciais privados – anunciaram planos de minerar asteroides e tomar a recompensa, especialmente a platina, de volta à Terra. Alguns asteroides têm concentrações de platina vinte vezes mais ricas do que minério extraído da Terra, o que poderia gerar um lucro de bilhões. Uma empresa calculou que mesmo um modesto asteroide (1.600 pés de largura [487 metros]) poderia liberar mais platina e alguns outros metais do que os seres humanos jamais exploraram na história.

(E – pssst – não conte aos investidores, mas mesmo no caso provável de que esse esquema fracasse, o resto de nós deve encorajá-lo, porque a tentativa de extrair asteroides seria um benefício imensurável para a ciência.)

Primeiro, a logística. Nos próximos dois anos, pelo menos uma dessas empresas de astromineração planeja lançar telescópios (por modestos US$ 10 milhões cada) para vasculhar os céus por candidatos promissores entre as dezenas de milhares de asteroides conhecidos em um raio de 30 milhões de quilômetros da Terra. “Promissor” aqui significa asteroides em órbitas fáceis de alcançar e ricos em platina. As empresas iriam, então, lançar sondas multiuso até esses candidatos para começarem a consumir o minério e realizar fundição. Os cruzadores espaciais presumivelmente se encontrariam com eles mais tarde e transportariam o minério para a Terra.

Alguns dos detalhes permanecem obscuros, no entanto. Uma questão é se devemos minerar e realizar fundição no espaço profundo, ou arrastar o asteroide de volta para a Terra primeiro (talvez com ímãs) e estacioná-lo em um “ponto de Lagrange”, onde o puxão gravitacional da Terra e da Lua os manteriam firmes. Também não sabemos se a fundição ou outros processos difeririam em gravidade zero. Assim, talvez as sondas precisem transmitir as análises químicas, permitindo que os cientistas encontrem rochas similares entre nossos estoques terrestres de meteoros e os lancem ao espaço para testes. Finalmente, os defensores do esquema parecem estar evitando uma lei básica da economia, que a escassez determina o preço. Inundar o mercado mundial com platina diminuiria os lucros.

Mas a beleza do empreendimento é que os investidores estão arriscando seu próprio dinheiro: o resto de nós arrisca zero e só pode se beneficiar. Como disse um escritor, “esse empreendimento de mineração de espaço será um sucesso espetacular ou um fracasso espetacular. De qualquer forma, a ênfase será no espetáculo”. E mesmo um fracasso completo de uma perspectiva empreendedora ainda pode levar a uma ciência espetacular.

Sondas humanas já pousaram em asteroides duas vezes, em 2001 e 2005. Uma espaçonave trouxe até amostras – mas apenas alguns grãos de poeira. Qualquer operação de mineração traria de volta ordens de magnitude a mais material, até mesmo como produtos residuais. Essa recompensa beneficiaria especialmente os geoquímicos: os asteroides formados ao mesmo tempo e da mesma poeira espacial que a Terra forneceriam informações valiosas sobre as matérias-primas desse processo. Os bioquímicos também poderiam examinar as rochas espaciais em busca de aminoácidos e outras substâncias químicas vitais para a vida.

Além do mais, muitos asteroides contêm cargas de gelo, e as empresas também estão considerando como desenvolver esse recurso. Analisando que o gelo poderia fornecer pistas sobre se os asteroides e cometas originalmente encheram nossos oceanos com água. Uma possibilidade ainda mais excitante seria não necessariamente trazer água para a Terra, mas aprender como explorá-la no espaço. Os astronautas poderiam beber a água ou dividi-la em oxigênio e hidrogênio, ambos potentes combustíveis de foguetes. Similarmente, poderíamos usar ferro asteroidal para construir espaçonaves já em órbita, reduzindo o custo de lançamento do poço de gravidade da Terra.

Quase por acidente, a corrida louca por ouro, prata e outras riquezas do Novo Mundo estimulou uma revolução científica e tecnológica alguns séculos atrás. A corrida por lucros no espaço profundo poderia estimular avanços similares (esperamos que desta vez sem toda a pilhagem colateral e morte). Se assim for, estudar as propriedades químicas dos asteroides – uma vez uma busca rara – poderia levar a humanidade para longe de sua calmaria pós-Apolo.

Sam Kean é autor dos best-sellers “O Duelo dos Neurocirurgiões” e “A Colher Que Desaparece“.

Este texto é uma tradução autorizada oficialmente – do original ‘Rocky Roads’ publicado na revista Distillations Magazine.

Traduzido por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle, professor na Universidade Federal do Pampa – Bagé ( luisbrudna@gmail.com ).

Original (English) content from Science History Institute (https://www.sciencehistory.org/). Content translated with permission, but portuguese text not reviewed by the original author. Please do not distribute beyond this site without permission. [[Conteúdo original (inglês) do Science History Institute (https://www.sciencehistory.org/) . Conteúdo traduzido com permissão, mas o texto em português não foi revisado pelo autor do original. Por favor, não distribua o conteúdo sem permissão.]]

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Yasser Arafat foto original da ONU
Yasser Arafat foi assassinado com polônio?

Os envenenadores há muito fazem uso da tabela periódica de elementos para seu trabalho sujo – lembre do arsênio e mercúrio -, mas a tecnologia moderna oferece uma nova opção elementar: um veneno que desaparece.

No quadrante sudeste da tabela periódica se esconde o que eu gosto de chamar de corredor do envenenador. Chumbo, mercúrio, arsênio, cádmio – são os bandidos na química, a marca de muitos locais contaminados e a causa do recall de muitos brinquedos. E a maioria das pessoas nem ouviu falar do pior veneno ali: o tálio, um elemento tão letal que a CIA supostamente considerou assassinar Fidel Castro com um pouco de pó de tálio em suas meias. (Além de matar Castro, a CIA supostamente adorava o fato de que o elemento 81 faria sua barba cair e, assim, humilharia El Comandante.)

Ultimamente, a tecnologia moderna introduziu um novo membro no corredor do envenenador, o tóxico nuclear polônio. Em 2006, Alexander Litvinenko – um ex-espião russo que se tornara um crítico ferrenho do governo de Vladimir Putin – ficou gravemente doente depois de beber chá verde com polônio em um restaurante de sushi em Londres. Ninguém jamais foi assassinado com polônio antes: é raro na natureza e requer tecnologia avançada para manufaturar. Mas fotografias de Litvinenko em seu quarto de hospital, especialmente depois que o cabelo dele caíra, tornaram o elemento 84 mais notório em todo o mundo: tão notório que alguns toxicologistas o implicaram em outro suposto assassinato, o do político palestino Yasser Arafat.

Em outubro de 2004, durante uma longa prisão domiciliar, Arafat adoeceu uma noite depois de um jantar, vomitando e se contraindo. Ele morreu em um hospital francês um mês depois, supostamente de um derrame causado por coágulos sanguíneos generalizados. Por razões desconhecidas, o hospital ignorou a autópsia e circularam rumores de que Arafat – com 75 anos e com boa saúde até então – foi envenenado, seja por rivais políticos palestinos ou (a acusação mais comum) por autoridades israelenses.

Em 2012, a viúva de Arafat fez com que os toxicologistas testassem alguns de seus pertences, incluindo roupas íntimas, escovas de dentes, lenços para a cabeça e óculos. Eles não encontraram vestígios de venenos convencionais, mas encontraram evidências de polônio. A roupa íntima, por exemplo, mostrou níveis de polônio dezenas de vezes superiores aos níveis de fundo.

Por que usar polônio em um assassinato? É insípido e inodoro, ambos recursos úteis. E é tão raro que existem poucos testes para detectá-lo. Finalmente, e surpreendentemente, é seguro para transportar. Isso porque o polônio emite apenas partículas alfa, feixes de prótons e nêutrons que são tão volumosos que até a roupa pode pará-los. Assassinos podem, portanto, carregá-lo seguramente.

Por mais benignas que sejam do lado de fora do corpo, as partículas alfa causam danos massivos se ingeridas ou inaladas – degradando órgãos, desintegrando ossos, destruindo glóbulos brancos e embaralhando o DNA. (A longo prazo, o polônio também causa câncer, especialmente câncer de pulmão em fumantes, já que é encontrado no tabaco. O polônio se deteriora rapidamente, com uma meia-vida de 138 dias. Isso faz com que seja especialmente mortal, capaz de bombardear suas células com intensidade de uma blitzkrieg. No geral, os toxicologistas estimaram que o polônio é 250.000 vezes mais mortal que o cianeto.

Depois de encontrar evidências de polônio nas roupas de Arafat, as autoridades desenterraram seus restos mortais em 2013 e entregaram amostras de tecidos a três laboratórios. Equipes francesas e russas não encontraram evidências de polônio no corpo de Arafat. Mas uma equipe da suíça que usou placas de prata para extrair átomos de polônio do tecido encontrou evidências de envenenamento (manchas de polônio na prata). Você pode adivinhar qual resultado teve mais manchetes.

Os resultados suíços, no entanto, vêm com grandes ressalvas. A curta meia-vida do polônio significa que ele desaparece rapidamente. Já em 2004, 25 meias-vidas se passaram, deixando para trás apenas 1 / 30.000.000 da suposta dose de veneno – pouco acima dos níveis de fundo.

Como alternativa à procura do próprio polônio, os toxicologistas podem procurar por produtos de decaimento, como certos isótopos de chumbo. Mas os principais resultados da equipe suíça foram ambíguos, não oferecendo conclusões definitivas. Pior, o solo perto do túmulo de Arafat continha radônio, que se decompõe em chumbo e polônio, tornando qualquer interpretação dos resultados complicada.

Certos fatos médicos também enfraquecem a teoria do polônio. Ao contrário de Litvinenko, Arafat nunca perdeu o cabelo – um sinal clássico de envenenamento por radiação. Arafat também apresentava contagens elevadas de leucócitos, sinal de infecção, mas não de exposição à radioatividade. No geral, então, o caso do envenenamento de Arafat é duvidoso, com dois laboratórios votando não, e um laboratório votando talvez. E, infelizmente, a chance de resolver a controvérsia só vai piorar, já que qualquer polônio nos restos mortais, se é que houve algum, continua a esvair.

Este é um problema exclusivo dos novos venenos nucleares. Mesmo atrasos prolongados geralmente não prejudicam o teste de venenos elementares convencionais. Em 1991, por exemplo, o presidente dos EUA, Zachary Taylor, foi exumado 140 anos após sua morte para testar o arsênio – nenhum foi encontrado – e os cientistas daqui a 140 anos poderiam fazer o mesmo. Mas mesmo 2004 é um longo tempo para o polônio. Estamos acostumados à ciência avançando ao longo do tempo, dando-nos resultados cada vez mais precisos para determinar a verdade. Mas a natureza dos venenos radioativos garante que alguns casos arquivados provavelmente permanecerão arquivados.

Texto escrito por Sam Kean – autor best-seller de O Duelo dos Neurocirurgiões e A Colher Que Desaparece.

Tradução autorizada do original ‘Nuclear Option’ publicado na revista Distillations Magazine.

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trabalhador produzindo fósofor
Trabalhador cuida de uma fornalha elétrica de fundição de fosfato usada para fazer fósforo elementar em 1942, em Muscle Shoals, Alabama.

OBS: O texto abaixo é uma tradução autorizada do original ‘Peak Phosphorus?’ da revista Distillations Magazine.

O fósforo ajuda na energia das células e forma a espinha dorsal do DNA. É também um ingrediente vital nos fertilizantes, que pode ficar escasso num futuro não muito distante.

Por Sam Kean

O nitrogênio é um daqueles elementos aparentemente comuns com uma história surpreendentemente viva. Os cientistas do século XIX reconheceram-no como um nutriente essencial para as plantas e, portanto, um componente-chave do fertilizante. Infelizmente, porém, a forma mais comum do nitrogênio ao nosso redor – o N2 no ar – não é palatável para as plantas. Elas simplesmente não podem usá-lo. Assim como você ou eu morreríamos de sede se encalharmos no meio do oceano, também a maioria das plantas morreria de fome se suas raízes ficassem suspensas no ar. Ainda mais frustrante para os químicos do século 19 foi sua incapacidade de sintetizar as formas de nitrogênio que as plantas usam, e essa falha tornou os depósitos naturais de substâncias ricas em nitrogênio, como o guano das aves, bastante valiosos. Na década de 1860, a Espanha e suas antigas colônias chegaram a guerrear pelas ilhas ricas em guano do Peru.

Toda essa disputa pelo nitrogênio acabou exatamente um século atrás. Em 1909, o químico alemão Fritz Haber descobriu um método para converter N2 em amônia (NH3), uma forma muito mais útil. Então, em 1913, outro químico alemão, Carl Bosch, descobriu como ampliar a reação de Haber, possibilitando a produção industrial de fertilizantes. Em conjunto, essas foram duas das mais importantes descobertas da história: sem o processo Haber-Bosch, uma em cada duas pessoas na Terra não existiria.

Ainda assim, as plantas precisam de mais nutrientes do que somente o nitrogênio. Elas precisam de potássio e enxofre e até mesmo de elementos obscuros como o molibdênio. Talvez mais importante, elas precisam de fósforo para ajudar a formar a espinha dorsal do DNA e alimentar suas células. Infelizmente, as fontes de fósforo do mundo podem em breve ficar baixas – o que leva à necessidade de um novo processo Haber-Bosch, para o elemento 15, para o próximo século.

A maior parte do fósforo que vai em fertilizantes é extraída de rochas ricas em fosfato. A mineração de fosfato começou a sério depois de 1938, quando o presidente dos Estados Unidos, Franklin Roosevelt – apesar da Grande Depressão e da iminente guerra mundial – dedicou tempo para fazer um discurso sobre a química. Especificamente, ele alertou os agricultores sobre o rápido esgotamento do fósforo no solo dos EUA, principalmente devido a décadas de agricultura intensiva. A história está se repetindo agora, porque depois de 75 anos de mineração intensiva, as fontes de fósforo mais puras e disponíveis estão em baixa.

Quão cedo poderíamos enfrentar uma escassez? É uma pergunta complicada. Alguns cientistas argumentam que isso poderia acontecer em menos de 30 ou 40 anos; outros dizem centenas. Alguns desses números são baseados em estimativas, fornecidas por empresas de mineração, de quanto minério extraível existe em seus territórios. Para ser bem honesto, as empresas de mineração têm interesse em exagerar esses números, a fim de estimular o investimento. Os analistas também discordam sobre se certas fontes conhecidas de minério – como as do Marrocos, que têm depósitos imensos, mas inexplorados – sempre serão viáveis ​​para minerar.

Independentemente disso, há uma preocupação crescente de que grande parte do fósforo mais disponível já tenha sido retirado do solo. Em alguns círculos, os cientistas falam sobre o “pico do fósforo”, a ideia de que a produção de fósforo poderia estabilizar dentro de algumas décadas, quando o mundo poderá enfrentar preços exorbitantes e escassez generalizada. Essa frase ecoa preocupações semelhantes às do pico do petróleo, mas o pico de fósforo pode ser pior em alguns aspectos. Podemos pelo menos imaginar alternativas ao petróleo, como energia solar ou hidrogênio. Não há substituto para o fósforo.

Então, quais estratégias podem ser adotadas por Habers e Bosches? Por um lado, eles poderiam descobrir um melhor meio de entrega bioquímica para que as plantas absorvam o fósforo mais prontamente. (Atualmente, as plantas absorvem apenas um quinto do fósforo aplicado a elas; o resto é levado embora.) Ou os cientistas poderiam descobrir maneiras melhores de extrair o fósforo do solo. As plataformas continentais, embora submersas e difíceis de minerar, contêm abundância de fósforo e muitas formações rochosas contêm o elemento em baixas concentrações. Mas ninguém sabe como concentrar todas essas moléculas perdidas sem causar grandes danos ao meio ambiente. É aí que o gênio é necessário.

Outra estratégia envolve a reciclagem da urina. (O alquimista alemão Hennig Brand descobriu o fósforo em 1669 recolhendo galões de sua urina e fervendo-a.) Empresários já inventaram banheiros “sem mistura” que desviam o número um e o número dois para tubos diferentes e capturam a urina para processamento. Esses banheiros especiais são promissores porque são uma tecnologia passiva: as pessoas os instalam uma vez e os canos fazem o resto.

Dado o pobre registro histórico de profecias sobre a escassez de recursos e calamidades alimentares, as probabilidades são de que o pico de fósforo não destruirá a civilização. Mas só porque não enfrentaremos a fome malthusiana não significa que não teremos problemas significativos. Diziam as pessoas no século passado que Haber e Bosch que eles alquimizaram o próprio ar em alimento. Garantir um fornecimento estável de fósforo pode exigir uma magia química similar.

O texto é uma tradução autorizada do original ‘Peak Phosphorus?’.

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demonstração com mercúrio metálico
Aviso: Esse tipo de experimento não deve ser repetido. Nunca!

O Cody Reeder, do canal Cody’s Lab, fez uma demonstração sobre qual é a sensação e o que acontece quando se coloca a mão diretamente dentro de mercúrio metálico líquido.

Cody descreve que a sensação é que o mercúrio é denso e pressiona bastante a mão durante a imersão; além de uma sensação de frio por causa da alta condutividade térmica do metal.

A ação do mercúrio no organismo não é instantânea, o resultado da intoxicação é lento e cumulativo. Então, por precaução, nunca repita este tipo de experimento.

Vídeo com legenda em português. Veja como ativar a exibição desta legenda.


Texto e legenda escritos por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( luisbrudna@gmail.com ).

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pedaços filamentosos saindo de uma placa metálica
O mercúrio forma liga com vários metais, em um processo conhecido como amalgamação.

O canal NileRed fez uma impressionante demonstração da interação do elemento mercúrio com o alumínio metálico. Não foi fácil iniciar a amalgamação entre o mercúrio e o alumínio. O contato superficial entre os dois metais não foi o suficiente para iniciar o processo em uma velocidade adequada para o registro em vídeo (timelapse). Isso ocorre pela existência de uma fina camada de óxidos naturalmente formados sobre a placa de alumínio. Para remover um pouco dessa camada de óxidos o NileRed colocou uma gota de ácido clorídrico diluído no local onde seria então colocada a gota de mercúrio metálico.

Esquema da amalgamação
esquema da amalgamação

Veja no vídeo abaixo mais detalhes sobre a reação dos óxidos de alumínio com o ácido clorídrico e o impressionante resultado da amalgamação dos dois metais.

Vídeo com legenda em português. Clique aqui e aprenda como ativar a exibição.

É por isso que é proibido levar mercúrio em um avião. Um contato com os metais da fuselagem podem trazer problemas para a integridade da aeronave.

O experimento somente deve ser realizado com equipamento de proteção adequado e em local com exaustão dos vapores do mercúrio. Os resíduos devem ser tratados de forma apropriada e recuperados por profissional treinado. Jamais despeje resíduos de mercúrio diretamente no lixo ou esgoto.

Texto e legenda escritos por Prof. Dr. Luís Roberto Brudna Holzle ( luisbrudna@gmail.com ).

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Lavando os olhos com mercúrio