Instrumentação para o Ensino de Química II - S01E01 - Propriedades Coligativas

Série de episódios experimentais criados coletivamente na referida disciplina.

Como os desenvolvimentos na Química Orgânica e os trabalhos dos fisiologistas foram lentamente se integrando ao ponto de fazer surgir uma nova área da ciência que explicava a Química dos seres vivos.

Como a descoberta da radioatividade, dos isotopos e do número atômico impactou no desenvolvimento da compreensão da estrutura atômica.

1831 - Liebig introduz o método de análise orgânica que permaneceu padrão até a micro-análise no Séc XX

1833 - Dumas desenvolve o método para análise de nitrogênio em compostos orgânicos. A análise orgânica básica estava estabelecida

O trabalho de análise de Berzelius fê-lo reconhecer (1814) a lei da composição constante. Ele acreditava que a força vital determinava as características das substâncias.

1823 - Chevreul explicou a natureza das gorduras, a glicerina e o colesterol e criou o método de análise de pureza por ponto de fusão. Tornou claro que uma gordura era ÀCIDO ORGÂNICO + GLICEROL.

A reação de saponificação era análoga à de formação dos sais inorgânicos e que as reações orgânicas eram análogas às dos inorgânicos.

1828 - Whöler descobriu que cianato de amônio podia produzir uréia NH4OCN -> (NH3)2CO (algo que só os animais produziam.

1860 - Berhelot publica seu "Chimie Organique fondée sur la synthese" em que demonstra a possibilidade de síntese de todas as classes de compostos orgânicos a partir de C, H, O, N. 

TEORIA RADICALAR:

de Morveau lanca a ideia de um "radical" ácido (hoje seria a função ácido). Lavoisier adota essa ideia. Or orgânicos a aplicam à Química Orgânica.

Gay-Lussac mostrou que o cianeto (CN-) passava inalterado através de uma série de reações anáogas às do Cl ou I. Ele não se desmanchava, fazia o papel de um átomo único em uma combinação com H (HCN) e com Metais (MCN). Esse conceito de radical como um grupo de átomos que reagiam como uma unidade passou a ser a ideia básica no desenvolvimento da química orgânica.

Gay-Lussac revelou que os radicais podiam ser transferidos como se fossem elementos

Em 1823 Gay-Lussac e Whöler observaram que as análises de fulminatos e cianatos eram análogas.

Os orgânicos agora sabiam que deveriam identificar as funções (radicais) orgânicas e encontrar as relações entre esses grupos que explicassem o isomerismo. E sempre que possível deveriam relacionar as reações orgânicas com as reações inorgânicas.

1828 - Dumas e Polydore Boullay (1806-1835) tentaram explicar as reações do álcool supondo que ele era um hidrato de etileno C4H4*H2O.

Liebig e Whöler estudaram o benzaldeído e descobriram que em todas as reações o grupo C14H10O2 permanecia inalterado

Liebig escreveu o radical benzoyl C7H5O (o radical do ácido benzóico). hyle em grego é material, a terminação -il vem dessa palavra.

Com o acúmulo de evidências experimentais e com o suporte de Berzelius à teoria radicalar, os químicos se lançaram à busca de radicais. Quanto mais tentativas eram feitas, mais confusão se formava. Ele inventou tantos radicais que logo ninguém mais aceitava essas ideias.

1837 - Dumas e Liebig decretaram que os radicais eram a base da orgânica, nela eles eram compostos, na inorgânica eles eram simples.

TEORIA UNITARISTA (ou dos núcleos)

1835-1840 - Laurent explorou a ideia de que os radicais básicos da orgânica eram os hidrocarbonetos e que eles permitiam obter outros radicais por reações de substituição.

As ideias de Laurent alarmaram Berzelius que criticou duramente suas descobertas, fazendo com que Dumas tirasse o corpo fora.

Laurent continuou a acumular evidências que davam suporte à sua visão, mas isso o colocou em choque com Dumas (o maior químico francês), com Berzelius e com Liebig. Ele se envolveu em polêmicas com esses grandes homens.

Laurent dizia que os núcleos podiam reagir e formar núcleos mais complexos (a ideia de uma cadeia carbônica poder derivar diversas outras substâncias estava aqui na teoria unitarista).

1843 - Gerhardt colaborou com Laurent e ajudou a desenvolver a teoria unitária.

1839-1843 - Robert Bunsen estudou as reações do óxido de cacodil C4H12As2O. Ele obteve o Cacodil livre e apresentou a mais forte evidência da existência de radicais livres.

1849 - Hermann Kolbe eletrolisou CH3COOK e obteve C2H6 (etano).

1849 - Wurtz descobriu as aminas primárias metil e etilamida. Reconheceu que eram derivadas da amônia.

Hofmann produziu aminas primárias, secundárias e terciárias e chegando aos sais quaternários de amônio. Criou o "tipo amônia" (hoje função orgânica amina).

Williamson mostrou que ROK + R'I -> R-O-R' (éter, tipo água)

Gerhardt generalizou essa nova teoria de tipos, introduziu o tipo hidrogênio (hidrocarbonetos e haletos de alquila).

Com base nesses tipos, Williamson e Gerhardt descreveram o ácido acético como do tipo água e previram e prepararam o composto anidrido acético.

Agora as fórmulas não apenas descreviam a estrutura provável, mas ajudavam a dar poder de previsão aos químicos orgâncos. Além de ajudar a classificar os compostos, eles começaram a planejar reações por meio das estruturas e propriedades.

Kolbe chegou bem próximo às fórmulas modernas, superado apenas por Kekulé.

1850 - Kolbe reconhece que o radical acetila tem 2 carbonos ligado a um oxigênio que era o responsável pela sua reatividade.

Ele esclareceu a relação entre ácidos, aldeídos e cetonas.

E o grupo carbonila (CO) foi reconhecido como uma entidade importante. A partir disso, foi fácil fornecer uma estrutura para o álcool.

Por causa disso, Kolbe previu a visualização de novas classes de álcoois, por substituição de H na cadeia carbônica.

1862 - Friedel preparou o 1º álcool secundário (isopropílico) 1864 - Alexander Butlerov preparou o 1º álcool terciário (t-butilico)

Frankland,observou que N, P, As e Sb tinham valência 3 e Zn, Hg e O valência 2.

1852 "atomicidade"

1868 Wichelhaus cria o termo valência

Esse conceito serviu  para direcionar or orgânicos ao problema da afinidade, embora mais tarde tenha levado a avanços na compreensão da estrutura molecular.

Kekulé (1829-1896) e Couper (1831-1892) atacaram o problema da constituição interna dos radicais.

1858 - Kekulé descreve o C como "tendo 4 unidades de afinidade" = 4 valências. Podia se unir a 4 H ou 2 O.

1861 - Kekulé publica seu livro de química orgânica e a trata como Química do Carbono, pois ele percebeu que esqueletos de carbono podiam se formar. Era a visão moderna da Química Orgânica já em ação. O vitalismo estava sepultado.

Couper desenvolveu a mesma teoria de Kekulé, mas expressou as ligações por traços (como fazemos até hj). 1861 Brown e 1864 Wurtz usavam as fórmulas gráficas de Coupe.

1861 - Butlerov enfatizou que existia apenas uma fórmula para cada composto e usou o termo "estrutura química"

1864 - Publica o primeiro livro (em russo) a usar essas estruturas modernas.

1865 - Kekulé desvendou a natureza dos aromáticos imaginando os anéis benzênicos.

1864 - Crum Brown descreve a ligação dupla (insaturada, Lothar Meyer) para o etileno.

1862 - Emil Erlenmeyer reconhece a trpla ligação no acetileno.

1876 - Butlerov descreve o fenomêno do tautomerismo

van't Hoff e Le Bel descreveram as 4 ligações do C como tetraédricas e q C assimétrico gera isômeros óticos.

van't Hoff mostra a isomeria cis e trans em ligações duplas

Emil Fischer (1852-1919) descreve os isômeros ópticos em açúcares

Adolf Baeyer (1835-1917) explica a tensão em compostos cíclicos

Victor Meyer (1848-1897) eplica a questão do impedimento estérico em reações orgânicas

Alfred Werner (1866-1919) encontrou complexos de Pt e Co cria a química dos compostos de coordenação

A Química evoluiu grandemente quando a eletricidade passou a ser utilizada para produzir reações químicas.

A garrafa de Leiden ajudava a gerar centelhas, as quais foram usadas por Priestley, Cavendish e Lavoisier para produzir reações de combustão

Mas foi com a descoberta da eletricidade animal por Luigi Galvani e a explicação física da eletricidade dada por Alessandro Volta e sua pilha voltaica (na qual pilhas de discos de diferentes metais intercalados por discos de papelão embebidoe m solução salina) que as reações eletroquímicas puderam se desenvolver.

Cada laboratório possuía sua própria pilha de Volta, a qual produzia eletricidade com corrente estável e contínuas, com intensidade suficiente para ser usada em experimentos científicos sérios.

Sir Humphry Davy construiu uma pilha com 250 discos metálicos que permitiram a ele eletrolisar soluções salinas de sais de sódio e de potássio.

No entanto, ele descobriu que só podia isolar os metais alcalinos sódio e potássio se eletrolisasse a versão fundida do sal (sal derretido com uma chama muito potente).

Com isso, ele se tornou apto a isolar também Ba, Mg, Ca e Sr, além de conseguir isolar o Boro a partir do ácido bórico e a produzir amálgamas na presença do óxido de mercúrio HgO (usado por Priestley e por Lavoisier para descbrir o oxigênio).

Berzelius realizou reações similares com sais de amônio (NH4+) e ajudou a provar a basicidade da amônio (NH3).

Em 1832, Faraday ajudou a desenvolver uma teoria vital para a Química: a de que a quantidade de substância formada nos eletrodos a partir de uma eletrólise era proporcional ao tempo de reação e à intensidade da corrente elétrica aplicada.

Berzelius, naturalmente, foi contra essa teoria. Mas Faraday ganhou e hoje sua lei é parte dos livros de físico-química.

William Whewell (1794-1866) sugere os nomes ainda em uso hj; eletrodo, ânodo, cátodo, íon, ânion. cátion.

Davy sugeriu que as substâncias químicas tornavam-se eletricamente carregadas qdo se aproximavam e que os compostos se mantinham unidos pela neutralização dessas cargas.

Berzelius decidiu formular sua teoria da afinidade com base nessa "física dos contrários" que as cargas observadas nos pólos sugeriam existir.

Berzelius assumiu que os átomos eram portadores de cargas + e -, exceto o O (o mais eletronegativo). O elemento abaixo era mais eletropositivo que o acima dele. No fundo da tabela ficava o potássio (o mais eletropositivo).

Sempre existia um excesso de eletricidade positiva ou negativa em cada átomo. A formação de compostos químicos gerava neutralização de cargas (cm liberação de luz, calor, faíscas). O composto formado não era necessariamente neutro.

Berzelius descrever uma série de formações de óxidos de SO3, K2O, KO, K2SO4 usando essa analogia de neutralização de cargas e de cargas residuais nos compostos formados, o que explicava que os compostos podiam participar de outras reações ou até mesmo receber água de cristalização  por processos de neutralização de cargas.

Apesar de explicar bem certas reações de formação e de isso estar de acordo com resultados eletroquímicos, falhas existiam. Mas Berzelius as ignorava solenemente.

A teoria explicava bem os compostos cristalinos, mas tornava inaceitável a teoria de Avogadro de que dois átomos iguais podiam se unir.

Como o trabalho quantitativo de Lavoisier criou as bases para a determinação quantitativa de pesos atômicos e estrutura atômica de Dalton, Thomson, Proust, Berzelius, Avogadro e outros.

1808 - Proust demonstra que o CuCO3 tem composição constante, independente do método de preparação. Lei das composições constantes.

Dalton observando gases conclui que as diferenças de propriedades só podiam ser explicadas pela existência de átomos como constituintes da matéria, átomos com tamanhos diferentes e "camadas" de calórico que repeliriam átomos entre si.

Ao estudar a decomposição de substâncias (água, amônia, etc), ele concluiu que haviam compostos binários, ternários e de composição atômica superior. 

Também calculou os pesos atômicos relativos por métodos não muito exatos, o que conferiu aos átomos propriedades físicas e a capacidade de formar moléculas.

Thomson entrou em contato com o trabalho de Dalton e ajudou a divulgá-lo. Adaptou sua teoria para se adequar à de Dalton.

Dalton conseguiu fundamentar a Lei da composição constante de Proust com sua teoria e também a lei das composições múltiplas.

1807 - Thomson publica seu livro em 5 volumes (Sistema de Química)

1808 - Dalton publica seu "Novo sistema de filosofia química"

Jons Jacob Berzelius, um jovem químico sueco, resolve se lançar à tarefa de calcular de forma definitiva os pesos atômicos, cujas metodologias de cálculo eram imprecisas e variavam de químico para químico.

Antes de conhecer os trabalhos de Wenzel, Richter, Thomson, Wollaston e Dalton, dedicou-se a essa tarefa. Isolou o Se (1818), Si (1823), Ti (1825), muitos minerais e em 1812 tinha realizado tantas análises que foi capaz de estabelecer a lei das múltiplas porpoções de forma definitiva.

Berzelius não acreditava que átomos iguais poderiam se combinar, mas conseguiu determinar com grande precisão pesos atômicos e fórmulas químicas de moléculas como NH3, H2O e muitas outras.

1811 - Amedeo Avogadro determinou que gases diferentes em volumes, temperaturas e pressões iguais deveriam ter o mesmo número de moléculas. Baseado em experimentos, determinou corretamente as composições de moléculas diatômicas como H2, O2 e outras.

Berzelius combateu fervorosamente as ideias de Avogadro, e durante 50 anos a Química não evoluiu nesse ponto. Mas Avogadro criou o conceito de átomo e molécula (embora chamasse de moléculas elementares e moléculas integrais na época.

Wollaston decidiu calcular os pesos atômicos baseado em dados analíticos, seu método atingiu grande sucesso e se tornou o padrão da época.

1814 - Berzelius cria a simbologia química moderna, usando letras maiúsculas e minúsculas (e alguns pontos e barras que logo caíram em desuso), o que permitiu (junto com o tratamento analítico dos elementos) sistematizar muito a Química e matematizar as reações químicas.

1809 - Gay-Lussac e Thenar determinam a composição do HCl e demonstram que ele não possui oxigênio.

1810 - Humphry Davy (1778-1819) demonstrou que o cloro era um elemento químico novo e que fazia parte do HCl.

Justus von Liebig determina que os ácidos possuem hidrogênio e passou a escrever as fórmulas químicas dos ácidos de uma forma próxima à moderna. Demonstrou que esse hidrogênio podia ser substituido por metais em reações de neutralização.

1839 - John Frederick Daniell, ao estudar eletroquímica, acaba adotando uma abordagem iônica para descrever os ácidos.

As primeiras duas décadas do século XIX tinha definidos elementos químicos e compostos, tinham propriedades quantitativas específicas, tinha um método conveniente para expressar relações químicas, mas ainda o velho problema da afinidade. Esse problema viria a ser resolvido com as descobertas no campo da eletroquímica.

O trabalho de Lavoisier ajudou a desmisitificar a ideia de que água podia se interconverter em terra ao aquecer uma massa conhecida de água initerruptmente por 101 dias. Mediu a massa de água antes e depois do aquecimento e descobriu que a massa se manteve. A "areia" que se formou era proveniente do próprio vidro que se desmanchou com tanto aquecimento.

Experimentos de combustão com fósforo e enxofre mostraram que gases podiam reagir quimicamente e formar ácidos, mostrando que gases podiam participar de reações químicas.

Com esse trabalho, ele concluiu que a calcinação de metais a a combustão do enxofre, do fósforo, do chumbo e do estanho eram procesos análogos. A combustão era uma coisa única e não vários processos separados.

Estudando a decomposição do óxido de mercúrio (HgO), como Priestley fez, descobriu que o gás liberado era o oxigênio e identificou esse gás como sendo responsável por processos de combustão (uma revolução para a Química da época).

Ele também identificou que o ar comum continha nitrogênio (azoto), ou o ar mefítico de Daniel Rutherford.

Também descobriu que a combustão de carbono nos organismos vivos exigia oxigênio e que a produção de gás carbônico e água era seguida de calor, e essa seria a forma de os organismos vivos produzirem calor.

Descobriu junto com Cavendish que a reação de H2 e O2 produzia H2O, ou água. E nomeou o H2 como hidrogênio (formador de água).

Cavendish ainda identificou o Argônio na composição do ar atmosférico ao fazer a combustão do H2 para formar água.

Junto com Morveau, Bertholet, e Fourcroy, ele escreveu um sistema de nomenclatura de substâncias químicas que perdura até hoje.

Em 1789 escreve o Traité élémentaire de chimie, livro que lançou as bases para a Química Moderna.

Rejeitando a teoria do flogisto mas criando no seu lugar o calórico (um erro, mas compreensível para a época) e afirmando que todos os ácidos possuiam oxigênio (outro grande erro).

Ao estudar a fermentação de uvas, ele escreve uma equação química em formato algébrico, antecedendo nosso costume de fazer isso com todas as reações químicas.

Mostra que nas reações bioquímicas existe conservação de massa também.

Lança um periódico de Química que permitiu aos seus companheiros publicar artigos exclusivamente dessa área. os Annales de Chemie.

Em 8/5/1794 é guilhotinado pela Revoluão Francesa.