De que é composta a matéria?
Olhe a sua volta, cadeiras, mesas, computadores, casas,
prédios... enfim, de que tudo é feito? Será que existe um princípio comum? Se
existe, como se faz para ter tanta coisa diferente no nosso planeta? E em
outras partes do universo, a matéria se compõe do mesmo jeito?
Para responder essa pergunta vamos voltar cerca de 25 séculos, até a
Grécia antiga, onde estão os primeiros relatos sobre estudos da composição da
matéria. Numa época em que a química como ciência sequer existia, os grandes
pensadores da época, filósofos como Leucipo e Demócrito, se perguntavam de que
era composta a matéria. Eles pensaram a respeito e concluíram que, caso uma
pedra fosse dividida em pequenas partes, chegaria um momento em que seria
impossível de dividir aquela parte da pedra. A essa partícula indivisível se
deu o nome de átomo, que significa, em grego, literalmente, não divisível.
Dessa forma o átomo seria a menor partícula de matéria que mantém as
características e propriedades do material que dela é composto.
Ainda na Grécia, pouco tempo depois das teorias de Demócrito,
outros grandes nomes da filosofia grega, Aristóteles e Platão, discordaram da
teoria de Leucipo e Demócrito. Para eles
a matéria era formada por 4 elementos fundamentais, TERRA, AR, ÁGUA e FOGO, a
mística teoria dos 4 elementos. Essa teoria foi utilizada para explicar a
composição da matéria durante diversos anos, tanto que até hoje figura no
imaginário de muitos de nós. Sendo bastante difundida e aceita pelos pilares da
ciência na época, a Igreja, a Medicina e a Alquimia. Os alquimistas
desempenharam um importante papel na história da Química. Praticada em
diferentes culturas e desenvolvida ao longo de milênios, a alquimia buscava
principalmente a transformação de metais comuns em ouro ou prata e o elixir da
vida. Mas talvez a grande contribuição da alquimia para a química foi aliar aos
princípios filosóficos a parte experimental.
Em 1661, foi, justamente um entusiasta da
experimentação, o cientista irlandês Robert Boyle que, se baseando em
experimentos, provou que a matéria não pode ser formada pelos clássicos quatro
elementos. Além disso ele retoma a hipótese que a matéria é formada por átomos
e seus agrupamentos em movimento e que todos os fenômenos químicos são resultado
das colisões dessas partículas. Em sua histórica publicação The Sceptical Chymist,
Boyle reivindica que a Química não deveria mais ser subserviente à Medicina e à
Alquimia, e que deveria ser elevada ao status de ciência. E ainda afirma,
categoricamente, que qualquer teoria deveria ser provada experimentalmente
antes de ser considerada verdadeira.
Apesar de todo o trabalho de Boyle, a
teoria dos 4 elementos ainda era bastante aceita na época, coube ao químico
francês Antoine-Laurent Lavoisier, após numerosos e cuidadosos experimentos provar
que o ar não era um elemento e sim formado por elementos: “oxigênio” e “nitrogênio”.
Lavoisier também demonstrou que a água poderia ser decomposta em “hidrogênio” e
“oxigênio”. Provando de vez que a teoria dos quatro elementos estava
equivocada. Lavoisier sempre foi retratado como um químico experimental e até
hoje é conhecido como o “Pai da Química Moderna”, dentre as suas grandes
contribuições para a ciência está a Lei da Conservação da Massa, que enuncia
que:
“Em
uma reação química feita em recipiente fechado, a soma das massas dos reagentes
é igual à soma das massas dos produtos. ”
Até hoje uma das mais importantes leis da
Química, tão popular que foi imortalizada na frase: “Na natureza nada se cria,
nada se perde, tudo se transforma”.
Pouco tempo depois Lavoisier começou a classificar os elementos
químicos, até então 33 haviam sido descobertos diferente dos 4 elementos da
teoria Sócrates e Platão.
No ano de 1797 outro grande cientista
francês, Joseph Proust, baseado em uma série de experimentos, percebeu que além
da Conservação da Massa em uma determinada reação química, havia também uma
relação de proporcionalidade entre as massas dos reagentes e dos produtos
formados. Em seus experimentos Proust perceber que ao reagir 4 gramas de
hidrogênio com 32 gramas de oxigênio eram produzidas 36 gramas de água.
Confirmando a teoria da conservação das massas a massa do produto, nesse caso a
água é a soma das massas dos reagentes, oxigênio e hidrogênio. Porém em um segundo
experimento Proust aumento as massas do hidrogênio e do oxigênio e percebeu que
a massa da água formada aumentava proporcionalmente, e ao reduzir a massa do
oxigênio e do hidrogênio a massa da água formada também era reduzida
proporcionalmente. Pode-se perceber que a reação de formação da água sempre
consome uma parte de hidrogênio para 8 partes de oxigênio.
Baseado nesses experimentos Proust desenvolve
outra importante lei da química a Lei das Proporções Definidas, onde:
“A proporção em massa dos reagentes e
produtos de uma reação química é constante. ”
Na ciência quando se deseja explicar um
determinado conceito muito abstrato, muitas vezes se constrói um modelo daquele
conceito. Tomando como exemplo uma árvore, caso você desejasse desenhar um
modelo que representasse uma árvore o primeiro desenho pode ser simples,
destacando apenas o que você pode observar da árvore rapidamente.
Caso você se
dedique e melhore sua capacidade de observação pode melhorar seu desenho o
tornando mais detalhando. Se alguém lhe informar que a árvore tem raízes
enterradas na terra que a sustentam você pode melhorar seu modelo com essa
informação. Com o uso de tecnologias mais avançadas você pode até criar um
modelo 3D da sua árvore. Independentemente do nível de detalhamento do seu
desenho, trata-se de um modelo que representa uma árvore e não da árvore
propriamente dita. Seu modelo pode ser mais completo conforme você melhora sua
capacidade de observação, tem acesso a novas informações e utiliza novas
tecnologias. Com os modelos que descrevem o átomo se utilizou de estratégia
semelhante, nenhum cientista sequer viu um átomo, porém se desenvolvem modelos
para explicar suas propriedades e a cada nova descoberta o modelo vai sendo
melhorado para que se possa chegar a um modelo mais coerente, que explique todas
as propriedades observáveis da matéria.
E o primeiro modelo de átomo amplamente
aceito no meio científico foi proposto pelo químico inglês John Dalton, em
1808, baseado em uma série de experimentos químicos construiu seu modelo para a
composição da matéria, o modelo atômico de Dalton. Segundo o qual:
“Toda matéria é composta por minúsculas
partículas indivisíveis, os átomos”
Sendo assim os elementos químicos
descritos por Lavoisier são formados de átomos, dessa forma:
“Todos os átomos de um determinado elemento
são idênticos entre si”
Isso explica as características
semelhantes de todos os átomos do mesmo elemento, por exemplo, todos os átomos
de hidrogênio têm a mesma massa e se comportam da mesma forma. Em contrapartida:
“Átomos de elementos diferentes
apresentam massa e propriedades diferentes”
Dessa forma um átomo de hidrogênio possui
massa e propriedades diferente de um átomo de oxigênio, por exemplo.
“As
reações químicas comuns não passam de uma reorganização dos átomos”
Dessa forma o Modelo de Dalton explica a
Lei da Conservação da Massa, posto que sendo as reações apenas uma
reorganização dos átomos, a massa sempre será a mesma.
“Os compostos são formados pela
combinação de átomos de elementos diferentes em proporções fixas”.
Mais uma vez o Modelo de Dalton explica
outra lei fundamental, a Lei de Proust ou Lei das Proporções Definidas.
É importante observarmos que o modelo de
Dalton foi bastante aceito por explicar diversas características e propriedades
da matéria que já se conheciam na época.
