Física Nuclear

Podemos dizer que a ideia do átomo partiu do seguinte princípio: se quebrarmos um objeto qualquer em pequenos pedacinhos menores, chegaria um momento em que não conseguiríamos mais quebrá-lo. Dessa forma, inicialmente propôs-se que o átomo seria indivisível. Porém, hoje sabemos que não se trata de uma partícula indivisível, mas sim de um sistema composto por diferentes partículas. A física nuclear estuda as propriedades e o comportamento dos núcleos atômicos e os mecanismos das reações nucleares. Esta área da ciência teve início a partir da evolução do conceito científico a cerca da estrutura atômica, pois até meados do século XIX acreditava-se que os átomos eram esferas maciças indestrutíveis e indivisíveis. Esses conceitos estavam de acordo com a teoria atômica de John Dalton.

Basicamente, a física nuclear faz de objetos de estudo as propriedades e o comportamento dos núcleos atômicos, bem como os mecanismos básicos das reações nucleares com nêutrons e outros núcleos. Assim, podemos classificar essas propriedades como sendo estáticas (cargas, massa, energia de ligação, etc.) e dinâmicas (radioatividade, estados excitados, etc.).

A quebra de um núcleo atômico resulta em novos núcleos e produz uma grande liberação de energia porque a massa total dos novos elementos é menor que a do núcleo original. A massa que sobra é emitida sob a forma de energia. Isto é chamado de Fissão Nuclear. Essa é a base do funcionamento de Usinas Nucleares, com a fissão controlada para produzir eletricidade, e também é o princípio das primeiras bombas atômicas.

A Física nuclear é analisada através de modelos nucleares que são baseados na mecânica quântica, relatividade e teoria quântica de campos. A descoberta de que os núcleos (prótons e nêutrons) são na realidade sistemas compostos, redirecionou o interesse dos físicos nucleares para a investigação dos graus de liberdade de quarks e, com isto, atualmente os domínios da pesquisa da física nuclear e da física de partículas se tornaram interligados.

Para extrair um elétron de um átomo, é necessária certa quantidade de energia. Da mesma forma, cada núcleo (próton ou nêutron) necessita também de grande quantidade de energia, que é da ordem de milhões de vezes. Por esse motivo, a física nuclear é denominada física de alta energia.

Partindo desse princípio, é possível fazer uma classificação básica das forças que existem, sendo elas:

 - Força gravitacional, que faz uma relação direta de atração mútua entre corpos, sendo responsável pela órbita dos planetas.

 - Forças eletromagnéticas, que dão origem aos fenômenos elétricos, às reações químicas e aos ímãs.

 - Força nuclear fraca, que produz o decaimento, no qual um elétron é emitido do núcleo.

 - Força nuclear forte, que é responsável por manter as partículas do núcleo unidas, mesmo contendo cargas elétricas iguais.

Entre as aplicações mais conhecidas da Física Nuclear está a geração de energia elétrica em usinas nucleares. Reações nucleares de fissão controladas produzem calor aquecendo água que movimenta turbina para produzir eletricidade. Na medicina os Raios X permitem enxergar ossos e outras partes do interior do corpo humano; tratamentos de câncer utilizam efeitos nucleares como arma para combater os tumores (radiologia); elementos radioativos (que emitem partículas ou radiações) são usados para estudos do cérebro e outras partes do corpo. A Física Nuclear também pode ser usada para produzir os armamentos mais destrutivos da história, as bombas nucleares.

Principais teorias 

Einstein incorporou a existência do átomo em suas teorias. Até então o átomo era visto como uma suposição teórica sem prova material. O físico alemão também formulou a teoria pela qual matéria e energia são equivalentes. Segundo ele:

  E = M . C²

E = energia | m = massa | c = velocidade da luz

Através da fórmula podemos calcular quanta energia existe em um objeto de massa m. Como massa e energia são equivalentes, o Princípio da Conservação da Massa se resume ao Princípio da Conservação da Energia segundo o qual em um sistema fechado a Energia não pode ser criada nem destruída, ela apenas se transforma.

Quando átomos de hidrogênio se juntam para formar um átomo de hélio, existe grande perda de massa que é transformada em energia. Esta é a Fusão Nuclear, processo que gera a luz e calor do Sol e que é usado na mais poderosa arma já criada pelo homem: a bomba de Hidrogênio. Ele só ocorre em locais de altíssima temperatura e pressão. Atualmente pesquisadores estudam formas de utilizar a Fusão para produzir eletricidade.

Ao estudar as partículas que compõe a matéria, a Física Nuclear se aproxima de outra área: a Física de Partículas. Esta investiga quais são e como se comportam as partículas que compõe o Universo mostrando de forma muito clara que o átomo, o seu núcleo ou mesmo prótons ou nêutrons não são indivisíveis.

Karlinha Caroline - Estudante do 2º ano do Ensino técnico

em Informática no Instituto Federal do Maranhão
Equipe É Hora de FisicoQuímica

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Química Nuclear

Primeiramente para compreender a Química nuclear é preciso ter em mente os conceitos fundamentais sobre a estrutura atômica. O átomo é formado principalmente por duas regiões bem distintas, a eletrosfera e o núcleo. Diferentemente das reações comuns que ocorrem entre os elétrons da periferia eletrosférica, as reações nucleares evidentemente afetam os núcleos atômicos onde encontram-se os hádrons : prótons e nêutrons. Naturalmente as forças que unem essas partículas são muito mais intensas em relação as que atuam nos elétrons, isso em parte justifica a energia liberada na ruptura dessas ligações. Para isso basta lembrar da bomba atômica e da enorme quantidade de megawatts produzidos pelas usinas nucleares.

Química nuclear é a área da química que lida com materiais utilizados para fins nucleares, é extremamente importante ao passo que ela fornece meios seguros de manipular e explorar a radioatividade além de utilizar elementos para obter energia como, por exemplo, o Urânio, o combustível nuclear mais utilizado, que sofre uma divisão chamada de fissão nuclear e dá origem às reações nucleares que se tornaram mais conhecidas na humanidade durante a Segunda Guerra Mundial, com as explosões das bombas atômicas. A partir desses acontecimentos, reações nucleares são sempre motivos de destaque nos jornais, por estarem sempre envolvidas em guerras, contaminações e em grandes desastres. Mas não é só para prejudicar o homem que a Química Nuclear existe, ela também traz benefícios como a utilização para gerar energia substituinte à energia gerada por hidrelétricas, e tem aplicação na medicina, na agronomia, nas indústrias, etc.

A descoberta da radiação iniciou-se com o cientista Henri Becquerel em 1896, quando ele guardou placas fotográficas em sua gaveta que continha amostras de óxido de urânio. Surpreso ao ver que elas tinham sido impressas, Henri, suspeitou que algum tipo de energia havia causado esse efeito. Ao relatar esse fato à sua aluna Marie Sklodowska Curie, prontamente ela iniciou uma pesquisa e provou que o que havia ocorrido era um fenômeno ao qual ela chamou pela primeira vez de radioatividade.

Os efeitos da radiação nuclear são muito negativos principalmente no tocante ao aspecto biológico, visto que o processo que ocorre dentro de um reator nuclear desencadeado pelo choque dos nêutrons se reproduz sobre as biomoléculas responsáveis pela vida. Sabe-se que tudo o que existe é química ou mais precisamente é formado por compostos químicos representados por moléculas que são formadas por átomos, e os átomos sofrem as consequências da fissão nuclear.

Tipos de Radiação Nuclear

Outro aspecto importante das leis da radiatividade é transmutação de elementos. Um sonho dos alquimistas, que nunca se realizou simplesmente pelo fato da ineficácia de suas técnicas. Porém Rutherford em 1919 foi o primeiro cientista a transformar um elemento em outro quando ele bombardeou o núcleo do nitrogênio com mais um próton, transformando-0 em oxigênio, segundo a reação nuclear:

Vale lembrar que um processo semelhante ocorre nas estrelas produzindo oxigênio a partir dos isótopos de carbono.

A energia nuclear está no núcleo dos átomos, nas forças que mantêm unidos os seus componentes – as partículas subatômicas. É libertada sob a forma de calor e energia eletromagnética pelas reações nucleares e explosões nucleares.

Como já vimos, a química está intimamente ligada à energia nuclear, em função dos sérios problemas que podem ser causados durante o uso dessa energia. A geração de energia nuclear não gera poluição química como as demais fontes energéticas, porém, o grande problema da energia nuclear é geração de resíduos radioativos que perduram por muitos anos, contaminando a terra e água, em virtude da formação de sais e óxidos que os metais radioativos formam. Estes compostos são diluídos na água sendo levados para locais onde prejudicam a agricultura e outros recursos usados na subsistência humana.

Karlinha Caroline - Estudante do 2º ano do Ensino técnico

em Informática no Instituto Federal do Maranhão
Equipe É Hora de FisicoQuímica

Fontes:

Ela não revela suas fontes a ninguém. Menina muito desconfiada.

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Termodinâmica

1 Introdução e história da termodinâmica

A Termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre calor, temperatura, trabalho e energia. Abrange o comportamento geral dos sistemas físicos em condições de equilíbrio ou próximas dele. Qualquer sistema físico, seja ele capaz ou não de trocar energia e matéria com o ambiente, tenderá a atingir um estado de equilíbrio, que pode ser descrito pela especificação de suas propriedades, como pressão, temperatura ou composição química. Se as limitações externas são alteradas (por exemplo, se o sistema passa a poder se expandir), então essas propriedades se modificam. A termodinâmica tenta descrever matematicamente essas mudanças e prever as condições de equilíbrio do sistema.

A breve história da termodinâmica começa com Guericke, que em 1650 projetou e construiu a primeira bomba de vácuo do mundo, e o primeiro vácuo artificial do mundo, através das hemisférios de Magdeburgo. Ele foi incentivado pela busca em provar a invalidade da antiga percepção de que "a natureza tem horror ao vácuo" e de que não poderia haver vazio ou vácuo, "pois no vácuo todos os corpos cairiam com a mesma velocidade" tal como descreveu em ambos os casos Aristóteles.

Logo após este evento, o físico e químico Irlandês Robert Boyle tomou ciência dos experimentos de Guericke, e em 1656, em coordenação com o cientista Inglês Robert Hooke, construiu uma bomba de ar. Usando esta bomba, Boyle e Hooke perceberam uma correlação entre pressão, temperatura e volume. Com isso foi formulada a Lei de Boyle, a qual estabelece que a pressão e o volume são inversamente proporcionais. Então, em 1679, baseado nestes conceitos, um conhecido de Boyle chamado Denis Papin construiu um forno de pressão (marmita de Papin), que era um vaso fechado com uma tampa fechada hermeticamente que confinava o vapor até alta pressão ser gerada.

Projetos posteriores incluíram uma válvula de alívio para o vapor, evitando que o recipiente explodisse devido à alta pressão. Observando o movimento rítmico da válvula de alívio para cima e para baixo, Papin concebeu a idéia de uma máquina constituída de um pistão e um cilindro. Mas Papin não seguiu adiante com a idéia. Foi somente em 1697, baseado nas idéias de Papin, que o engenheiro Thomas Savery construiu a primeira máquina a vapor. Embora nesta época as máquinas fossem brutas e ineficientes, elas atraíram a atenção dos principais cientistas da época. Um destes cientistas foi Sadi Carnot, o "pai da termodinâmica", que em 1824 publicou "Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo", um discurso sobre o calor, potência e eficiência de máquina. O texto trouxe as relações energéticas básicas entre a máquina de Carnot, o ciclo de Carnot e a potência motriz. Isto marcou o início da termodinâmica como ciência moderna.

2 Lei zero da termodinâmica

“Se dois corpos estão em equilíbrio térmico com um terceiro,

 então eles estão em equilíbrio térmico entre si."

3 Primeira lei da termodinâmica

“A energia total transferida para um sistema é igual à variação da sua energia interna.”

Conhecida como lei da conservação da energia, diz que a energia não pode ser criada ou destruída. Se, em algum lugar, a energia que se apresentava sob uma forma tiver desaparecido, a mesma quantidade de energia, sob alguma forma, em algum lugar terá que existir. “As transformação de energia alteram sua distribuição, mas a energia total permanece a mesma”.

A expressão “consumo de energia” não é, pois, correta. A energia é utilizada e não consumida. Pode se falar em consumo de carvão ou de gasolina, porque esses materiais desaparecem ao serem queimados. Porém, a soma de todas as energias que surgem sob forma mecânica, térmica, eletromagnética e outras é exatamente igual à energia potencial química contida, inicialmente, no combustível, a qual sob essa forma desapareceu.

A expressão matemática que traduz esta lei para um sistema não isolado é:

Onde Q representa troca de calor, W a realização de trabalho (sendo respectivamente positivos quando o sistema recebe calor ou nele é realizado trabalho, negativos do contrário) e R a emissão ou absorção de radiação. Podemos simplificar dizendo que existe uma função (energia interna) cuja variação durante uma transformação depende unicamente de dois estados, o inicial e o final. Num sistema fechado a indicação desta variação é dada como:

Onde Q e W são, respectivamente, o calor e o trabalho trocados entre o sistema e o meio. As quantidades e são expressas algebricamente, sendo positivas quando expressam energia recebida pelo sistema. A quantidade é nula, pois, em sistema fechado, não se verificam absorções nem emissões de radiação.

A energia interna é definida como a soma das energias cinéticas e de interação de seus constituintes. Este princípio enuncia, então, a conservação de energia.

4 Segunda lei da termodinâmica
Enunciado de Clausius:

"É impossível à construção de um dispositivo que, por si só, isto

 é, sem intervenção do meio exterior, consiga transferir calor 

de um corpo para outro de temperatura mais elevada."

A tendência do calor a passar de um corpo mais quente para um mais frio, e nunca no sentido oposto, a menos que exteriormente comandado, é enunciada pela segunda lei da termodinâmica. Essa lei nega a existência do fenômeno espontâneo de transformação de energia térmica em energia cinética, que permitiria converter a energia do meio aquecido para a execução de um movimento (por exemplo, mover um barco com a energia resultante da conversão da água em gelo).

De acordo com essa lei da termodinâmica, num sistema fechado, a entropia nunca diminui. Isso significa que, se o sistema está inicialmente num estado de baixa entropia (organizado), tenderá espontaneamente a um estado de entropia máxima (desordem). Por exemplo, se dois blocos de metal a diferentes temperaturas são postos em contato térmico, a desigual distribuição de temperatura rapidamente dá lugar a um estado de temperatura uniforme à medida que a energia flui do bloco mais quente para o mais frio. Ao atingir esse estado, o sistema está em equilíbrio.

A entropia, que pode ser entendida como decorrente da desordem interna do sistema, é definida por meio de processos estatísticos relacionados com a probabilidade de as partículas terem determinadas características ao constituírem um sistema num dado estado. Assim, por exemplo, as moléculas e átomos que compõem 1kg de gelo, a 0o C e 1atm, apresentam características individuais distintas, mas do ponto de vista estatístico apresentam, no conjunto, características que definem a possibilidade da existência da pedra de gelo nesse estado.

A variação da função entropia pode ser determinada pela relação entre a quantidade de calor trocada e a temperatura absoluta do sistema. Assim, por exemplo, a fusão de 1kg de gelo, nas condições de 273K e 1atm, utiliza 80.000cal, o que representa um aumento de entropia do sistema, devido à fusão, em 293J/K.

A aplicação do segundo princípio a sistemas de extensões universais esbarra em dificuldades conceituais relativas à condição de seu isolamento. Entretanto, pode-se cogitar de regiões do universo tão grandes quanto se queira, isoladas das restantes. Para elas (e para as regiões complementares) valeria a lei do crescimento da entropia. Pode-se então perguntar por que motivo o universo não atingiu ainda a situação de máxima entropia, ou se atingirá essa condição um dia.

A situação de máxima entropia corresponde à chamada morte térmica do universo: toda a matéria estaria distribuída na vastidão espacial, ocupando uniformemente os estados possíveis da energia. A temperatura seria constante em toda parte e nenhuma forma de organização, das mais elementares às superiores, seria possível.

5 Terceira lei da termodinâmica

“Quando um sistema se aproxima da temperatura do zero 

absoluto, todos os processos cessam, e a entropia tem como um valor mínimo.”

A terceira lei da termodinâmica foi desenvolvida por Nernst entre 1906 e 1912, e diz que, quando um sistema se aproxima da temperatura do zero absoluto, todos os processos cessam, e a entropia tem como um valor mínimo. A lei, portanto, fornece um ponto de referência para a determinação do valor da entropia. A equação proposta por Nernst é

Onde  ΔS é a variação de entropia e T é a temperatura.

Nernst concluiu que é impossível atingir o zero absoluto através de um número finito de passos. Isto significa que não existe a temperatura de zero absoluto no universo em que vivemos.

Domingos Alves Júnior - Estudante do 2º ano do Ensino técnico

em Informática no Instituto Federal do Maranhão
Equipe É Hora de FisicoQuímica

Fontes: 

http://www.coladaweb.com/fisica/termologia/termodinamica

http://www.nre.seed.pr.gov.br/irati/arquivos/File/oficina_1_semestre_fisica_lendas_ciencia.pdf

http://sec.sbq.org.br/cdrom/34ra/resumos/T0537-1.pdf http://pt.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A2mica

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Soluções Químicas

As soluções são sempre sistemas homogêneos. Nelas, o disperso – mistura homogênea de duas ou mais espécies químicas, é denominado soluto, e o dispersante, solvente.

As soluções podem ter caráter molecular ou iônico. As soluções moleculares possuem apenas moléculas constituindo a fase dispersa. Soluções de caráter iônico apresentam íons (podendo apresentar moléculas) na fase dispersa; Assim são capazes de conduzir corrente elétrica, sendo denominadas soluções eletrolíticas.

Quanto ao seu estado físico, as soluções podem ser sólidas, líquidas ou gasosas.

Solubilidade

É a capacidade de dissolução de um soluto em um solvente. A solubilidade está relacionada à natureza, à temperatura e à massa do solvente.

Uma solução é dita saturada quando contem a máxima quantidade de soluto numa dada quantidade de solvente, a uma dada temperatura. Essa quantidade máxima é denominada coeficiente de solubilidade.

Soluções insaturadas

É quando a quantidade de soluto usado se dissolve totalmente, ou seja, a quantidade adicionada é inferior ao coeficiente de solubilidade.

Soluções supersaturadas

Só acontece quando o solvente e soluto estão em uma temperatura em que seu coeficiente de solubilidade (solvente) é maior, e depois a solução é resfriada ou aquecida, de modo a reduzir o coeficiente de solubilidade. Quando isso é feito de modo cuidadoso, o soluto permanece dissolvido, mas a solução se torna extremamente instável. Qualquer vibração faz precipitar a quantidade de soluto em excesso dissolvida.

Concentração

A quantidade de soluto dissolvida em uma quantidade de solvente nos dá um valor que chamamos de concentração da solução. A concentração de uma solução é tanto maior quanto mais soluto estiver dissolvido em uma mesma quantidade de solvente.

Concentração comum

É a relação entre a massa do soluto e o volume da solução.

Exemplo 01: (PUC-RJ) Após o preparo de um suco de fruta, verificou-se que 200 mL da solução obtida continha 58 mg de aspartame. Calcule a concentração de aspartame no suco de fruta. Resolução:
C = 58 mg / 200 mL
 C = 0,29 mg/ml = 0,29 g/L.

Concentração em termos de quantidade de matéria (concentração mola ou concentração em quantidade de matéria, M).
É a relação entre o número de mols do soluto e o volume da solução obrigatoriamente em litros.

M = n/ V

Exemplo 02: Calcule a molaridade de uma solução de iodeto de sódio que encerra 45g do sal em 400mL de solução.
Resolução: O número de mols do soluto pode ser obtido pela relação:
 150 g NaI 1 mol
45 g n
n = 0,3 mol
A concentração em mol/L pode ser, então, calculada:
M = n/ V
M = 0,3 mol / 0,4L
M = 0,75 mol/L = 0,75 M


Título(T)
O título pode ser definido em função:
a) Da massa

T = m / M

É a relação entre a massa do soluto e massa da solução. Trata-se de uma grandeza adimensional e, no entanto, quando expressa em porcentagem, tem-se o percentual em massa de soluto na solução.
b)Do volume

T = v / V

É a relação entre o volume do soluto e o volume da solução. É uma grandeza adimensional e, no entanto, quando expressa em porcentagem, tem-se o percentual em volume na solução.

*Partes por bilhão (PPB) e Partes por milhão (PPM)

Para solutos em concentração muito pequena, o título ou a porcentagem são números muito pequenos. Neste caso, é comum o uso de unidades PPM ou PPB:
* PPM indica a quantidade, em gramas, do soluto presente em
 1 milhão de gramas de solução (10 elevado a 6).

* PPB indica a quantidade, em gramas, do soluto presente em
1 bilhão de gramas de solução (10 elevado a 8).

Diluição de soluções

Diluir uma solução implica adicionar-lhe solvente. Como a quantidade de soluto não se altera em uma diluição, podemos explorar este aspecto e estabelecer relações entre as condições final e inicial da mistura. Assim, em termos da concentração comum, podemos escrever:

m’(inicial) = m’(final) à c(inicial) * v(inicial) = c(final) * v(final)

e, analogamente, em termos de concentração em quantidade de matéria:

n’(inicial) = n’(final) à M(inicial) * V(inicial) = M(final) * V(final)

Rayanna Santos - Estudante do 2º ano do Ensino técnico

em Informática no Instituto Federal do Maranhão
Equipe É Hora de FisicoQuímica

Fontes:
Manual Compacto de Química – Ed. Riddel
http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/solucoes/solucoes.php

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Sistemas Físico-Químicos

Inicializaremos o assunto de sistemas físico-químicos conceituando- o. Um sistema físico-químico formado a partir de processos físicos e químicos, podemos dizer que um sistema é a parte do Universo que se pretende estudar. Dentro de um sistema temos a fronteira, que o divide do exterior, cujo denominamos de vizinhança. Os sistemas são divididos em sistemas aberto, fechado e isolados. Esclareceremos o assunto ao decorrer do mesmo.

Em relação à complexidade e aos elementos de um sistema físico-químico Whitesides e Ismagilov classificaram um sistema complexo, de forma concisa, caracterizando– o com os seguintes pontos:

1- Quanto a sua evolução, sendo muito sensíveis a condições iniciais ou pequenas perturbações.

2- Grande número de componentes independentes interagindo.

3- Há vários caminhos através dos quais a evolução do sistema pode proceder.

Analisando termodinamicamente os pontos colocados acima, as condições 2 e 3, só podem ser atendidas se, somente se, o sistema estiver aberto, ou seja, se suas fronteiras forem permeáveis à troca de energia e/ou matéria com o ambiente.

A noção de complexidade em sistemas afastados do estado de equilíbrio termodinâmico está associada aos conceitos de não linearidade, emergência e auto-organização dinâmica.

Tipos de Sistemas Físicos- Químicos

O Sistema Aberto, também chamado de Volume de Controle, depende do nível de permeabilidade da fronteira que separa o sistema e a vizinhança, se houver um alto nível de permeabilidade, a fronteira permitirá que haja troca de matéria e de energia entre o meio e o ambiente, caso contrário o sistema deixa de ser aberto. Isso porque uma das principais características dos sistemas vivos é a constante troca de energia e matéria com o meio, é a partir dessa troca que o sistema exporta entropia para o ambiente e se mantém no estado auto organizado que caracteriza a vida. A distância do equilíbrio termodinâmico pode ser facilmente modulada em reações químicas conduzidas em reatores abertos. Nesse caso, a taxa de alimentação de reagentes e a retirada dos produtos formados é um dos principais parâmetros que controla a dinâmica do sistema e determina o padrão resultante.

O Sistema Fechado, também chamado de Massa de Controle, é permitido apenas a troca de energia com a vizinhança. Não existe troca de matéria com o exterior.

O Sistema Isolado, são completamente isolados do ambiente, não trocam calor, trabalho ou matéria e/ou energia com as vizinhanças. São ideais, mas para fins práticos podemos considerar vários sistemas reais como sendo isolados.

A Não Linearidade não tem espaço no mundo regido por leis newtonianas. A partir de dois estados conhecidos, é possível deduzir sobre o comportamento futuro de qualquer sistema. Uma vez que o sistema evolui linearmente no tempo, as surpresas estão descartadas e o futuro é dado a priori. A validade das aproximações lineares no sistema é restrita às vizinhanças do estado de equilíbrio termodinâmico. Um dos maiores golpes no tratamento linear de causa e efeito foi o reconhecimento da existência dos chamados sistemas caóticos, sendo descritos por equações diferenciais ordinárias, não lineares e acopladas, com grande sensibilidade às condições iniciais. O "efeito borboleta" é um típico exemplo, uma causa minúscula, como o bater de asas de uma borboleta numa certa região do planeta, pode resultar em uma enorme consequência, como o surgimento de um tornado, numa outra região arbitrária. Esse efeito foi sugerido exatamente para ilustrar como uma pequena mudança nas condições iniciais utilizadas para alimentar um modelo simples da dinâmica climática poderia gerar grandes efeitos na previsão em longo prazo. Além do comportamento caótico, a ocorrência de cinética excitatória, multe estável e oscilatória são manifestações de não linearidade.

Na Emergência se formos analisar a abordagem cartesiana, fundada com base na construção do todo a partir da soma das partes, tem sido cada vez mais desafiada por problemas de diferentes naturezas. Como um exemplo paradigmático, sabe-se que, por mais precisa que seja a descrição da dinâmica de um neurônio individual, não se pode simplesmente representar a mente que emerge da interação entre essas subunidades a partir da soma das dinâmicas individuais, tendo como um problema a interdependência entre as subunidades ocasionando erros no resultado da representação do comportamento do sistema. Propriedades emergentes resultam, pois, do reconhecimento de que o comportamento de um sistema complexo não pode ser entendido em termos apenas da extrapolação das propriedades dos seus componentes individuais. Em outras palavras, as propriedades que emergem no nível macroscópico não podem ser preditas a partir das propriedades dos componentes microscópicos, não podendo o sistema ser analisado em partes, tendo o seu comportamento descrito apenas pela soma de suas subunidades, o que traria margens de erros para a compreensão do comportamento do todo. Nesse sentido, é importante enfatizar que as propriedades emergentes que surgem quando da mudança de escala não estão relacionadas a uma eventual falha na descrição microscópica.

Em sistemas abertos a auto- organização é primordial. A organização desses sistemas ocorre espontaneamente quando sujeitos a um dado gradiente, sendo este a variação de uma característica do meio. O termo auto, está se referindo ao fato de que não há nenhuma instrução do ambiente sobre como a organização deve ocorrer ou como o sistema deve se adequar em resposta ao gradiente. Em outras palavras, a gradiente imposta é completamente neutra em termos de informações e a organização surge de dentro do sistema, sendo moldada pelo sistema. Quando levados para um estado suficientemente afastado do equilíbrio termodinâmico, tais sistemas não estão mais sujeitos a princípios extremos que regem o estado de equilíbrio e os processos em regime linear. Portanto, a evolução não linear propicia a coexistência de diferentes estados estáveis para um mesmo conjunto de parâmetros. Processos de auto-organização são ubíquos na natureza, ou seja, estão ao mesmo tempo em toda parte, de células a órgãos e organismos, de indivíduos a organizações sociais, de casas a bairros, cidades, etc. Em geral, no contexto da auto-organização dinâmica, mais adequado seria se referir a comportamento complexo em lugar de sistema complexo, uma vez que um sistema simples pode apresentar um comportamento complexo quando afastado do estado de equilíbrio termodinâmico.

Comportamento Complexo dos Sistemas Físico- Químicos

As investigações teóricas-experimentais sobre a emergência, seleção e evolução de padrões espaço-temporais em sistemas físico-químicos têm atraído considerável interesse recentemente. Exemplos desses sistemas incluem processos heterogêneos nas interfaces sólido/ gás e sólido/líquido, assim como reações homogêneas, como no caso dos osciladores da família do brometo. Fenômenos temporais complexos na forma de amplificação explosiva de pequenas flutuações (autocatálise) multe estabilidade, oscilações na concentração de alguns intermediários e dinâmicos caótica são relativamente corriqueiros em diversas reações químicas. No entanto, apesar do número considerável de exemplos conhecidos, ainda não há uma taxonomia abrangente de tais reações e são poucas as aplicações relatadas. Explorar a cinética não linear presente em reações químicas na detecção de traços e no aumento da conversão e/ou seletividade em alguns processos são duas possibilidades de grande potencial. Especificamente, elucidar regimes não convencionais em reações catalíticas de importância prática (redução de nitrato, redução de gás carbônico, eletro-oxidação de moléculas orgânicas pequenas, entre outros) pode ser muito vantajoso, principalmente quando experimentos de bancada e numéricos andam juntos, uma vez que não linearidades observadas no laboratório, modeladas e simuladas podem ser fontes de importantes informações mecanísticas.

Andressa Frazão - Estudante do 2º ano do Ensino técnico

em Informática no Instituto Federal do Maranhão
Equipe É Hora de FisicoQuímica

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