Reis Química

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Capítulo 10
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Anderson Barbosa/Fotoarena

Manifestação contra o uso de pele de animais em roupas, em São Paulo (SP). 2011.

Trabalho em equipe

"No processo geral de curtumes, o volume de água utilizado pode variar […]. De acordo com o Centro Tecnológico do Couro, SENAI – Rio Grande do Sul, o consumo total médio atual do setor brasileiro está estimado em […] cerca de 630 litros água/pele salgada. Assim, um curtume integrado de processo convencional que processe 3 000 peles salgadas por dia, consumiria, em média, aproximadamente 1 900 m³ água/dia, equivalente ao consumo diário de uma população de cerca de 10 500 habitantes, considerando-se um consumo médio de 180 litros de água/habitante por dia. Desta forma, verifica-se que água é um insumo importante na operação dos curtumes (na formulação dos banhos de tratamento e nas lavagens das peles) e, dependendo da sua produção e do local onde opera, o impacto de consumo nos mananciais da região pode ser significativo."

SÃO PAULO (Estado). Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb). Curtumes. São Paulo, 2005. Disponível em: . Acesso em: 16 jan. 2016.

Em relação aos curtumes, pesquise: a) Qual o tipo de curtimento mais danoso ao meio ambiente? b) Qual o principal efluente gerado na indústria do curtume que também é gerado no esgoto doméstico não tratado? c) O Brasil adota normas ambientais semelhantes às da Alemanha, um país desenvolvido e rico, onde muitos rios urbanos são utilizados como balneários. Uma vez que a realidade social desses dois países é tão distinta, é justo que ambos tenham as mesmas leis ambientais cuja rigidez pode se tornar um “entrave” para a pequena indústria?

A sala pode ser dividida em grupos. Cada grupo vai pesquisar um tópico e apresentá-lo aos demais. Após as apresentações, pode-se fazer um debate entre os alunos para discutir o tema.

Carboidratos e proteínas 255
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3 Ácidos nucleicos

Observe que na formação de cada liga ção entre o fósforo e o oxigênio do açúcar (esterificação do ácido fosfórico) ocorre a libe ração de uma molécula de água (em azul), por meio de uma reação de condensação. Note que são as liga ções (em rosa) entre o ácido fosfórico e o açúcar (poliálcool) que dão origem à função éster (do fósforo) na molécula.

Os ácidos nucleicos, ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA) são as denomi nadas substâncias da hereditariedade. São polí meros, na realidade poliésteres, que têm um papel funda mental em relação à vida.

O DNA guarda todas as informações genéticas para cada espécie. É a partir do DNA que todas as características físicas de cada indivíduo são determi na das desde o momento da concepção.

Esse polímero determina, por exemplo, se uma pessoa terá olhos castanhos ou azuis, se será alta ou baixa, se terá cabelos crespos ou lisos e se, em sua velhice, terá cabelos brancos ou nenhum cabelo.

O RNA, por sua vez, tem o papel de transcrever (reproduzir) essas informações pelas células do orga nis mo, sintetizar proteínas e indicar a sequência de aminoácidos que deve ser formada.

Macromoléculas de DNA

Dispõem-se no espaço na forma de duas longas cadeias laterais, também chamadas de fitas, que se arrumam numa estrutura helicoidal, em forma de dupla-hélice. Essas cadeias laterais são formadas pela ligação entre o açúcar desoxirribose e o ácido fosfórico.

O esquema ao lado mostra a formação da fita lateral do DNA.

• Uma fita ou estrutura helicoidal une-se à outra por meio de ligações transversais (ou “barras transversais”), formadas por quatro bases nitrogenadas: timina (T), adenina (A), cito sina(C) e guanina (G).

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Capítulo 10
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Veja no esquema abaixo que as ligações entre as bases nitrogenadas são feitas por meio de ligações ou pontes de hidrogênio: 

• cada timina de uma fita liga-se somente com uma adenina da outra fita pelas duas ligações de hidro gênio permitidas por suas estruturas; e 

• cada citosina de uma fita liga-se somente com uma guanina da outra fita por meio de três ligações de hidrogênio.

Observe que a ligação cova lente en tre as bases nitrogena das e as molé culas de açúcar que formam as fitas laterais no DNA ocorre com perda de uma molécula de água.

A duplicação da molécula de DNA ocorre quando as ligações de hidrogênio que unem duas fitas são rompidas e cada fita passa a servir de “molde” para a fabricação de uma nova fita complementar.

O processo é catalisado pela enzima “DNA polime rase”, resultando em duas moléculas novas idênticas entre si e à molécula original. Embora o DNA seja constituído de apenas seis tipos de moléculas, as possibilidades de arranjos dife rentes são quase infinitas. 

Macromoléculas de RNA 

São constituídas por uma cadeia simples, dita unifilamentar, formada pela esterificação entre o ácido fosfórico e o açúcar ribose (em vez de desoxirribose). As moléculas desse açúcar estabelecem ligações covalentes alternadamente com quatro bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e uracila (U) em vez de timina.

Também no RNA a ligação covalente en tre as bases ni tro genadas e as moléculas de açúcar ocorre com per da de uma molécula de água.

Observe que:

• Cada unidade base-açúcar que se repete no DNA ou no RNA é denominada nucleosídeo.

• Cada unidade base-açúcar-ácido fosfórico que se repete no DNA ou no RNA é denominada nucleotídeo. É por isso que essas macromoléculas são também conhecidas por polinucleotídeos.

Carboidratos e proteínas 257
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Exercício resolvido

3 Embora o DNA seja constituído de apenas 6 tipos de moléculas, as possibilidades de arranjos diferentes entre elas são praticamente infinitas. O genoma humano é composto de 3,2 bilhões de moléculas A, T, C e G, distribuídas em 23 pares de estruturas chamadas de cromossomos. Cada um dos 100 trilhões de células do organismo carrega no núcleo uma cópia desse código e usa tais informações para produzir e regular a atividade de todas as proteínas que constituem o organismo. Explique a diferença entre DNA e RNA.

Resolução 

O DNA guarda todas as informações genéticas para cada espécie. É a partir do DNA que todas as características físicas de cada indivíduo são determinadas desde o momento da concepção.

As moléculas de DNA são constituídas de duas longas cadeias laterais (fitas), formadas por quatro bases nitrogenadas: timina (T), adenina (A), citosina (C) e guanina (G). Essas fitas se arrumam em forma de dupla hélice pela ligação entre o açúcar desoxirribose e o ácido fosfórico.

O RNA tem o papel de reproduzir as informações pelas células do organismo, sintetizar proteínas e indicar a sequência de aminoácidos que deve ser formada.

As moléculas de RNA são constituídas por uma cadeia simples, formada pela esterificação entre o ácido fosfórico e o açúcar ribose. As moléculas de ribose estabelecem ligações covalentes alternadamente em quatro bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e uracila (U).

Exercícios

12 (Enem) João ficou intrigado com a grande quantidade de notícias envolvendo DNA: clonagem da ovelha Dolly, terapia gênica, testes de paternidade, engenharia genética etc. Para conseguir entender as notícias, estudou a estrutura da molécula de DNA e seu funcionamento e analisou os dados do quadro a seguir:

Em I está representado o trecho de uma molécula de DNA. Observando o quadro, pode-se concluir que:

X a) a molécula de DNA é formada por duas cadeias caracteriza das por sequências de bases nitrogenadas.

b) na molécula de DNA, podem existir diferentes tipos de complementação de bases nitrogenadas.

c) a quantidade de A presente em uma das cadeias é exata mente igual à quantidade de A da cadeia complementar.

d) na molécula de DNA, podem existir cinco diferentes tipos de bases nitrogenadas.

! e) no processo de mitose, cada molécula de DNA dá origem a 4 moléculas de DNA exatamente iguais.

13 (UEPB) O DNA (ácido desoxirribonucleico), consti tuído de ácidos nucleicos, participa da formação dos genes e dos cromossomos dos seres vivos. A complexidade genética do organismo humano é tamanha que seu estudo originou o Projeto Genoma Humano, o qual tem por objetivo identificar os genes existentes nos cromosso mos humanos. Pode esclarecer e talvez curar doenças hereditá rias, fazer testes de identificação de paternidade, clonar seres vivos, etc. Os ácidos nucleicos, de estrutura bastante complexa, constituem o DNA, moléculas que encerram toda a informação genética dos seres vivos. O DNA de uma pessoa é como uma impressão digital, que serve para identificá-la. Entram na formação dos ácidos nucleicos:

a) polímeros.

b) lipídeos.

X c) glicídeos.

d) ácidos graxos.

e) compostos sulfurados.

14 (PUCCamp-SP) Os itens a seguir referem-se à estrutura, composição e função dos ácidos nucleicos. – Estrutura: I. dupla hélice II. cadeia simples – Composição: 1. presença de uracila 2. presença de timina – Função: a. síntese de proteínas b. transcrição gênica São características do ácido ribonucleico:

a) I – 1 – a.

b) I – 2 – b.

c) II – 1 – a.

d) II – 1 – b.

e) II – 2 – b.

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Capítulo 10
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Compreendendo o

 ^Mundo

O assunto alimentos e aditivos químicos é ignorado pela maioria das pessoas. Não deveria; nossa saúde e qualidade de vida dependem diretamente dos nossos hábitos alimentares, e bons hábitos se adquirem com conhecimento.

Nesse ponto você pode pensar: de que adiantou todo o conhecimento de um Prêmio Nobel de Química na hora de comer maçãs?

De fato, o episódio das maçãs tratadas com Alar, narrado por Roald Hoffmann (no texto da página 221), é, por um lado, um consolo para a nossa própria ignorância, “se ele não sabe, como nós vamos saber...”, mas, por outro lado, é um alerta, mostra o quanto todos nós precisamos estar atentos e o tempo todo em busca de informações.

Se vamos a uma festa ou a uma lanchonete que serve junk food (na tradução literal, ‘comida lixo’, com alto teor calórico e baixos níveis de nutrientes) e decidimos: apenas hoje eu vou comer bobagem, tudo bem... O problema começa quando decidimos fazer uma alimentação saudável e, sem suspeitar, ingerimos um monte de aditivos escondidos, por falta de informação ou por má-fé dos produtores.

É o que ocorreu com o caso do salmão, divulgado quase que exclusivamente pelos órgãos de defesa do consumidor há alguns anos.

O salmão selvagem é naturalmente rosa-alaranjado (cor salmão) por causa de sua alimentação à base de camarão e krill. Ocorre que apenas 5% de todo o salmão vendido nos Estados Unidos e praticamente 0% do que é vendido no Brasil é do tipo selvagem.

O salmão comercializado na América é criado em fazendas subaquáticas, e sua cor varia do cinza ao bege- -claro, passando no máximo por um rosa-pálido. Para ficar no mesmo tom que o salmão selvagem, os animais recebem uma ração com aditivos deri vados do petróleo: a astaxantina e a cantaxantina.

O salmão criado em fazendas:

• é dez vezes mais barato que o salmão selvagem, mas é vendido pelo mesmo preço;

• é menos saboroso;

• tem o dobro de gordura total (e o dobro de gor dura saturada);

• a análise de algumas amostras indicou a presença de quan tidades de antibióticos e pesticidas acima do permitido por lei.

Se consumidos em grande quantidade, os co rantes derivados de petróleo utilizados na ração do salmão podem causar problemas de visão e alergias. Técnicos agrícolas da União Europeia recente men te redu ziram o nível de cantaxantina nos alimen tos pa ra um terço do volume aceito nos Estados Unidos. E no Brasil?

Outro aditivo de uso amplo e polêmico é o amarelo de tartrazina, sintetizado a partir do alcatrão de carvão. A tartrazina é utilizada em laticínios, licores, fermentados, produtos de cereais, preparados de frutas, iogurtes, xaropes artificiais, balas, sorvetes e diversos fármacos.

A quantidade máxima permitida por lei é de 0,01%, mas mesmo assim são comuns os episódios de reações alérgicas e, recentemente, o uso de tartrazina em preparados de frutas foi relacionado a casos de insônia em crianças. Também há relatos de afecção da flora gastrointestinal.

É difícil entender por que um aditivo que causa tantos problemas de alergia em crianças é um dos mais utilizados em alimentos que visam a esse público, ou pior, por que é utilizado em xaropes infantis e remédios para diabete (doença em que o organismo já está bastante debilitado).

A cor do remédio não pode ser um critério de uso; o único critério cabível é sua eficácia e indicação para o caso. Mistério...

Talvez, mais uma vez, a resposta esteja nos nossos hábitos de consumo. A indústria só fabrica e põe à venda aquilo que sabe que vamos comprar.

Se nossas expectativas forem diferentes, se tivermos critérios de compra mais conscientes, os fabricantes terão que rever seus produtos.

Aliás, consciência e critério (como veremos na próxima Unidade que trata do tema “atividade nuclear”) são qualidades que devemos não apenas desenvolver em nós mesmos, mas também exigir de nossos representantes.

Africa Studio/Shutterstock

A cor do remédio não deve ser um critério de uso, e sim sua indicação e eficácia.

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UNIDADE

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Atividade nuclear

Nesta última unidade do livro vamos tratar de um tema bastante polêmico, a atividade nuclear. Deixamos para tratar desse tema logo após o estudo da Química orgânica e, especialmente da Bioquímica, para poder compreender melhor os efeitos das radiações ionizantes na formação de radicais livres e sobre as moléculas de DNA, por exemplo, que carregam nosso material genético.

Fala-se muito na possibilidade de um ataque terrorista nuclear, caso algum grupo radical tenha acesso a material radioativo retirado de aparelhos destinados a aplicações pacíficas. E enquanto países fortemente armados estudam diminuir seu arsenal atômico, outros, que não possuem armas nucleares, estão investindo no enriquecimento de urânio, a matéria- -prima necessária para fabricá-las. Insensatez.

Por outro lado, não podemos desprezar os inúmeros benefícios que essa tecnologia pode trazer, quando usada com responsabilidade e fiscalização constante.

Ter uma noção mais clara de todos os riscos e possibilidades da atividade nuclear é fundamental para o desenvolvimento da cidadania.

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CAPÍTULO

11

Leis da radioatividade e energia nuclear

FOI NOTÍCIA!

Segurança de usinas nucleares é questionada em seminário no Senado

O

engenheiro alemão Dieter Majer [especialista em segurança nuclear] afirmou que o acidente da usina de Fukushima, no Japão, evidencia que a produção de energia nuclear traz riscos inaceitáveis. [...]

‘A energia nuclear não tem mais futuro na Alemanha. As 19 usinas do país serão desativadas até 2022’, informou. [...]

O engenheiro alemão lembrou que a construção das usinas brasileiras Angra 2 e 3 é baseada em projetos alemães. Segundo Majer, todos os testes mostram que as usinas alemãs que serviram de base para as brasileiras não passariam nos critérios atuais de segurança. [...]

Na visão de Majer, as estruturas teriam de ser refeitas e a usina passar por uma reconstrução completa. Ele acrescentou que Angra 2 também representa um risco de segurança.

‘É preciso saber se o público aceita [esse nível de segurança]. As autoridades devem informar a situação à população brasileira’, pediu o engenheiro. [...]”

TORRES, Ribas Tércio. Disponível em: . Acesso em: 2 nov. 2015.

Destinação de lixo nuclear preocupa participantes de seminário no Senado

A questão da destinação final do lixo nuclear no Brasil, que até hoje não foi resolvida, foi o principal tema em debate, na manhã desta terça-

-feira (27/10/2015). [...]

Conforme o físico Luiz Pinguelli Rosa, professor emérito da Universidade Federal do Rio de Janeiro e ex-presidente da Eletrobras, ainda não há no mundo uma solução definitiva para esse material, nem garantia total de segurança para o meio ambiente e para a população.

‘No Brasil, esse material está armazenado no terreno dos reatores nucleares em Angra dos Reis. O problema é que é uma área com propensão a desabamentos‘, observou.

Os rejeitos de baixa e média radioatividade são guardados em depósitos provisórios ou permanentes. O grande problema está no lixo de alta radioatividade, como restos do combustível que move as usinas. Esse material, que leva milhares de anos para ter sua radioatividade reduzida, é armazenado provisoriamente em piscinas especiais localizadas próximas ao reator.”

TORRES, Ribas Tércio. Disponível em: . Acesso em: 2 nov. 2015.

Você acabou de ler matérias sobre a falta de segurança de usinas nucleares e o destino do lixo atômico. Você sabe quais as consequências de um acidente nuclear como os de Chernobyl e Fukushima?

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1 Emissões nucleares naturais

Denomina-se radioatividade a atividade que cer tos átomos têm de emitir partículas e radiações eletro magnéticas de seus núcleos instáveis para adquirir estabilidade.

A emissão de partículas e radiações do núcleo faz com que o átomo instável (radioativo) de determinado elemento químico se transforme em um átomo de outro elemento químico.

Notações químicas

Note que voltamos a utilizar as seguintes notações químicas vistas no Volume 1: Z = número atômico p = Z = número de prótons n = número de nêutrons A = número de massa A = p + n ∴A = Z + n O átomo é eletricamente neutro, portanto: e^– = p = Z isótopos: mesmo Z, diferente A

Denomina-se radiações não ionizantes aquelas que não têm energia suficiente para ionizar os átomos ou moléculas, como a luz visível; a radiação infravermelha; a radiação ultravioleta, as micro-ondas, etc.

Atualmente, são conhecidos mais de 40 isótopos na turais radioativos, de número atômico superior a 82. O número de isótopos radioativos artificiais co nhe cidos ultrapassa 800.

A simbologia usada para qualquer átomo ou partícula subatômica genérica X é: 

massa

X número atômico ou ^A ZX

No caso de íons, a carga da eletrosfera é repre sentada acima e à direita do símbolo: X^y+ ou X^y–.

Em 1900, independentemente, o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871- 1937) e o químico francês Pierre Curie (1859-1906) identificaram experimentalmente as partículas alfa () e beta () emitidas por um núcleo atômico instável. Nesse mesmo ano o físico francês Paul Ulrich Villard (1860-1934) identificou uma espécie de radiação eletro magné tica, emitida por elementos radioativos, a qual denominou radiação gama ().

As emissões ,  e são classificadas como radiações ionizantes porque têm energia suficiente para ionizar (arrancar elétrons e transformar em íons ou em radicais livres) os átomos e as moléculas com as quais interagem.

Como acabamos de estudar em Química orgânica os compostos bioquímicos e a estrutura do DNA (molécula que guarda nossas informações genéticas), vamos agora entender como as radiações ionizantes atuam sobre esses compostos e, portanto, como afetam nossa vida.

Radiações ionizantes e a vida

As propriedades químicas dos elementos estão relacionadas à configuração eletrônica que eles apresentam na última camada.

Quando a radiação ionizante (,  ou ) atinge átomos ou moléculas, transforma-os em íons ou radicais livres, provocando um rearranjo instantâneo de elétrons, que buscam uma configuração mais estável que pode comprometer a função original do átomo ou molécula envolvidos.

Assim, por exemplo, se uma molécula A (proteína, carboidrato, DNA, etc.) apresenta propriedades que lhe permitem realizar no organismo a função F, receber uma dose de radiação ionizante que a transforme em uma molécula B, a função F deixará de ser executada.

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Capítulo 11
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Considerando que as moléculas biológicas são constituídas, principalmente, por átomos de carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, no caso de irradiação de um ser vivo, os elétrons que provavelmente serão arrancados de um átomo serão elétrons de átomos desses elementos.

Para que ocorra ionização em um material biológico, a energia da radiação deve ser superior ao valor da energia de ligação dos elétrons ligados aos átomos desses elementos.

A transformação de uma molécula específica (água, proteína, açúcar, DNA, RNA, etc.) pela ação das radiações leva à formação de radicais livres, que irão atacar outras moléculas num evento em cadeia prejudicial à vida.

Leis da radioatividade e energia nuclear 263
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Photoresearchers/Photoresearchers/Latinstock

Contador Geiger-MŸller

O contador Geiger-Müller

Um dos mais antigos métodos usados para detectar a radioati vidade é o contador Geiger-Müller, que funciona de acordo com o poder ionizante das emissões radioativas e pode ser esquematiza do da seguinte maneira:

Paulo Manzi/Arquivo da editora 

Um tubo metálico é cheio de um gás, normal mente argônio, a baixa pressão. Esse tubo tem uma janela (feita de vidro ou de plástico muito fino) por onde penetra a radiação. No centro do tubo é colocado um fio metálico rígido e isolado, em geral feito de tungstênio, W(s). O tubo metálico é ligado ao polo negativo de uma fonte de alta voltagem (cátodo), e o fio metálico central é ligado ao polo positivo (ânodo).

O gás dentro do tubo normalmente não conduz corrente elétrica. Quando algum tipo de radiação penetra na janela do tubo, o gás sofre ionização. Os íons positivos forma dos migram para as pare des do tubo. Os elétrons liberados – que se deslocam mais rapidamente – são acelerados em direção ao fio central. No caminho, provocam a ionização de outros átomos do gás e libertam mais elétrons. Esses elétrons provocam no fio um pulso de corrente que é detecta do pelo circuito eletrônico do contador.

O pulso ativa um contador digital e, em certos modelos, aciona um alto-falante, que provoca um sinal audível.

2 Leis de Soddy

A emissão de partículas do núcleo de um átomo instável (o decaimento radioativo), ocorre de acordo com algumas leis básicas, estabe lecidas em 1903 por Ernest Rutherford, pelo físico-químico inglês Frederick Soddy (1877-1956) e colaboradores.

As leis de Soddy baseiam-se nos seguintes fatos:

• Quando um átomo de determinado elemento químico emite uma partícula alfa, ₂₄, ou uma partícula beta, _–10, ele se transforma em um átomo de outro elemento químico, portanto, a radioatividade transforma um elemento em outro.

• Na radioatividade natural, a radiação gama, ⁰, nunca é emitida sozinha, mas 0 sempre acompanhando a emissão de uma partícula alfa, ⁴₂, ou partícula beta, _–10.

• A intensidade da emissão radioativa é proporcional à quantidade de elemento radioativo presente na amostra.

• A fração de elemento radioativo que decai (se transforma em outro elemento químico) em determinado intervalo de tempo é cons tante.