O Ano Internacional da Química e a hipótese de Avogadro

O Ano Internacional da Química e a hipótese de Avogadro
Miriam de Magalhães O. Levada¹
Ana Laura Remédio Zeni Beretta²
Celso Luís Levada³
Resumo: AVOGADRO será um dos homenageados durante as cerimônias do Ano
Internacional da Química (2011), promovido pela Unesco e pela União Internacional da
Química Pura e Aplicada. Amedeo Avogadro nasceu em 09 de junho de 1776, em Turim.
Graduou-se em Direito e exerceu a profissão de advogado. Posteriormente estudou
Matemática e Física e tornou-se professor na Academia de Turim. Ele é famoso por ter
estabelecido, em 1811, o que hoje é chamada Hipótese de Avogadro em que volumes iguais
de todos os gases, nas mesmas condições de temperatura contêm o mesmo número de
moléculas. Infelizmente, isso teve pouca repercussão na época e, somente depois de 50 anos,
no Congresso Karlsruhre (1860), foi reconhecida a grande utilidade de tal Hipótese.
Palavras chaves: Avogadro, gases, Ano Internacional da Química.
Abstract: AVOGADRO is one of those honored during ceremonies for the International Year of
Chemistry (2011), sponsored by UNESCO and the International Union of Pure and Applied
Chemistry. Amedeo Avogadro was born on June 9, 1776 in Turin. He graduated in law and
worked as an lawyer. Later he studied mathematics and physics and became a professor at
Academy of Turin. He is famous for having established in 1811, which is now called Avogadro's
Hypothesis that equal volumes of all gases, under the same conditions temperature contain the
same number of molecules. Unfortunately, only after 50 years in Congress Karlsruhre (1860),
recognized the great utility of his hypothesis.
Keywords: Avogadro, gases, International Year of Chemistry
Introdução
Não temos a pretensão que este texto seja enquadrado na área de história da
Ciência, apenas temos como objetivo enaltecer o trabalho seminal de Avogadro
que, de acordo com NOGUEIRA et al (2009) é pioneiro, sendo uma referência
importante para o nascimento da teoria cinética dos gases.
Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro, ainda muito jovem, tornou-se um
bacharel em direito, obtendo inclusive o doutorado por volta de 1796. Seus
interesses mudaram a partir de 1800, quando estudou Ciências exatas e optou
pelo fantástico mundo da Química, ao estudo dos gases e descobriu
importantes propriedades sobre esse estado da matéria (ALVES, 2010).
Em 1809, GAY-LUSSAC mostrou que todos os gases se expandiam com o
aumento da temperatura. A partir deste artigo, Avogadro, então, sugeriu que
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todos os gases, a certa temperatura e pressão, deveriam conter o mesmo
número de partículas por unidade de volume.
No ano de 1811 o Journal of Physique, número 73, publicou o artigo de
Avogadro intitulado “Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of
the Elementary Molecules” , que discute entre outras coisas a constituição
molecular de gases. É uma data importante para a história da Química, pois, é
uma referência sobre um conceito relevante, incompreendido por quase
cinqüenta anos que, ainda hoje, depois de dois séculos continua a ser
estudado.
A Constante de Avogadro
Quem nunca ouviu falar sobre o Número de Avogadro? Quem fez o ensino
médio sabe que o número 6,02 × 1023 é uma constante física fundamental,
conhecida como Constante de Avogadro, sendo um número padrão para
representar um Mol de quaisquer entidades elementares de átomos, moléculas,
íons, elétrons. O que muitos não sabem é que esta constante faz parte de um
enunciado que demorou 50 anos para ser aceito.
Segundo FELTRE (1996), a controvérsia teve início quando Avogadro enunciou
sua famosa Hipótese, em 1811, sugerindo que volumes iguais de quaisquer
dois gases na mesma temperatura e pressão contêm o mesmo número de
partículas. De acordo com o enunciado acima é possível determinar o número
de partículas em uma molécula de qualquer substância gasosa. Uma
decorrência das idéias em questão foi o estabelecimento de uma constante
importantíssima na Química que, inicialmente, recebeu o nome de Número de
Avogadro e, posteriormente, substitui-se por Constante.
Só em 1860, CANNIZZARO conseguiu mostrar, ao mundo científico, a
importância do conceito de molécula, que ligada à Hipótese de Avogadro
completaria brilhantemente a Teoria Atômica. Para OKI (2009), tanto o trabalho
de Avogadro como o de Gay-Lussac foram rejeitados, especialmente por
DALTON e BERZELIUS. Uma das principais razões que justificava seus
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descréditos pela hipótese, se deve ao fato dela não estar relacionada com a
teoria
Dualística
de Berzelius,
amplamente aceita
na época.
Se o
reconhecimento dos referidos trabalhos tivesse acontecido logo após sua
formulação, provavelmente a distinção entre os conceitos de átomo e molécula
teria acontecido antes, antecipando a compreensão das implicações do
atomismo.
De acordo com FILGUEIRAS et al (2009), o modelo de
átomo de Dalton
decorre da necessidade de explicar as proporções observadas nas reações
químicas. O conceito central introduzido por Dalton, o peso atômico
apresentava uma grande dificuldade. Como determiná-lo? Esta era a questão.
Então, a hipótese de Avogadro completaria a teoria atômica, mas Dalton não
concordava com a idéia de que volumes iguais de gases diferentes continham
o mesmo número de partículas. Então, o período compreendido entre a
proposta de Avogadro e o Congresso de Karlsruhe foi caracterizado por
divergências metodológicas e conceituais entre esses estudiosos da Química.
Na Alemanha, em 1860, o químico CANNIZZARO apresentou um artigo no
Karlsruhe Congress, onde introduzia um novo sistema atômico, inteiramente
baseado no trabalho de Avogadro, que foi um sucesso e tornou Avogadro
famoso (MINATTI 2009). Posteriormente, RUDOLF CLAUSIUS, com a teoria
cinética dos gases, deu mais uma confirmação da Lei de Avogadro.
Finalmente, VAN 'T HOFF mostrou que a teoria de Avogadro é válida em
soluções diluídas. A partir disso, Avogadro é saudado, por alguns estudiosos,
como um dos fundadores da teoria atômica.
CHAGAS (2003) diz que os textos de Química, Física e de História destas
ciências não mencionam claramente as origens da introdução do nome
constante de Avogadro, que teria sido proposta em 1909 por JEAN PERRIN,
em seu artigo Mouvement brownien et réalité moléculaire. PERRIN associa
também a constante de Avogadro a outras constantes físicas, como a carga do
elétron, a constante de Boltzmann, k, e a constante de Faraday, F,
estabelecendo que F = N e.
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Determinação da Constante de Avogadro
O primeiro cientista a medir o número de moléculas em qualquer substância foi
LOSCHMIDT (1865), que usou a então nova Teoria Cinética dos Gases para
calcular o número de Avogadro. O número obtido, com muita imprecisão, foi
algo em torno de 2.6 1019.
As primeiras medições precisas do Número de Avogadro só começaram a ser
feitas quando Einstein publicou o artigo sobre o movimento Browniano. No
artigo de Einstein (1905) sobre o movimento browniano há propostas para a
estimativa do número de Avogadro, isto é, a elaboração de um método para
obtenção de tal constante. Jean Baptiste Perrin, usando a teoria do movimento
Browniano desenvolvida por Einstein, realizou várias experiências, a partir de
1908, com o intuito de determinar o valor do número de Avogadro, obtendo um
valor de 6, 82 x 1023 moléculas em cada mol. Com isso, Perrin ganhou o
Prêmio Nobel de Física no ano de 1926.
Em termos de uma experiência de ensino básico, JONES E CHILDERS (1984)
comentam que a constante de Avogadro pode ser determinada com razoável
precisão por eletrólise. Então, prosseguem os autores, de acordo com a
hipótese de Avogadro, um peso molecular de um grama, ou mol, de uma
substância conteria um número definido N de moléculas.
Sabe-se que, durante uma eletrólise, o número de Faraday, F, deve ser o
produto do número N com a unidade elementar de carga elétrica, isto é, F = N
e. Como F é conhecido com grande precisão, a Equação dada por F = N e,
torna-se importante porque ela pode ser usada para determinar o número de
Avogadro (N) com o conhecimento da carga elementar.
Considerando que F = 96522C e que a carga elementar vale 1,6. 10 -19C,
fazendo o quociente obtemos
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Existem várias outras maneiras para determinação da constante de Avogadro,
sendo que atualmente a técnica mais utilizada para tal finalidade é chamada de
método de densidade cristalina por raios-X.
Em termos de ensino médio, um experimento proposto por RICCHI (2001) usa
materiais simples e de baixo custo como; azeite; carvão em pó; etanol; água;
uma bandeja ou uma assadeira retangular grande; um conta-gotas; uma régua.
Prepara-se uma a solução, de concentração adequada, do azeite em etanol.
Coloca-se água a bandeja e, no centro aplica-se uma pequena quantidade do
carvão em pó. Pinga-se uma gota da solução alcoólica do azeite sobre o
carvão, de uma altura de, aproximadamente 20 cm. Observa-se a formação de
um filme de azeite, sobre a superfície da água, delimitado pelo carvão.
Considerando-se este filme como sendo monomolecular e constituído de ácido
oléico calcula-se o número de moléculas do ácido graxo na gota da solução e,
daí na massa molar. Os resultados obtidos são muito bons, ficando na ordem
de 1023, o que é satisfatório, levando-se em conta a simplicidade da
experiência e as aproximações feitas.
Considerações finais
A intervenção de CANNIZARO, no congresso de 1860, tornou Avogadro uma
referência na Química, sendo que, em 1911, uma reunião em Turim
comemorou o centenário da publicação do seu trabalho clássico e sua grande
contribuição à Química foi reconhecida.
O trabalho científico de Avogadro não é limitado à teoria molecular, pois,
durante a carreira, ele propôs idéias originais sobre a estrutura dos dielétricos,
o comportamento dos ácidos e bases, as relações entre afinidade química,
eletricidade e magnetismo, o calor específico de gases, capilaridade. Como
assessor científico academia de patentes de Ciências de Turim, ele analisou
mais de cem pedidos de patentes sobre as mais diversas questões.
AVOGADRO considerava que o progresso da pesquisa estava estreitamente
relacionado com o ensino e tinha um interesse especial no problema da difusão
do conhecimento científico em relação à preparação básica dos alunos nas
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escolas primárias e secundárias. E neste sentido, ele era ativo na Universidade
de Turim como professor de Física, divulgando conhecimentos principalmente
destinados
a
formar
professores
do
ensino
médio
(CIARDI,
2006).
Com esses relatos podemos contribuir para exemplificar a importância de
História da Ciência e sua inclusão na Educação Básica, motivando os alunos
sobre questões científicas que podem ser abordadas em sala de aula.
Como curiosidade, para ilustrar da magnitude da constante de Avogadro,
imagine um computador contando de um até um bilhão em um segundo. Esta
máquina levaria 20 milhões de anos para contar até 6 x 10 23. Finalizando,
informamos que durante as solenidades comemorativas do Ano Internacional
da Química (2011) está previsto uma homenagem a Amedeo Avogadro pelo
bicentenário da formulação de sua hipótese sobre o estado molecular dos
elementos gasosos.
Referências
ALVES, L. Equipe Brasil Escola- Sobre Amadeo Avogadro, disponível em
http://www.brasilescola.com/quimica/amedeo-avogadro.htm,
acessado
em
20/11/2010.
AVOGADRO, L.R. A., Essay on a Manner of Determining the Relative Masses
of the Elementary Molecules , Journal de Physique, n. 73, p. 58-76, 1811,
disponível em web.lemoyne.edu/~giunta/avogadro.html, acessado em
20/11/2010
CAMARGO, A. J. et al. A Hipótese de Avogadro. Trabalho do curso de
Química. Universidade Estadual de Goiás, campus de Anápolis, 2005,
disponível em http://www.cursodefisica.com.br/11-constante-de-avogadro.pdf
CHAGAS, A. P. As origens históricas da constante de Avogadro. 29a Reunião
Anual da Sociedade Brasileira de Química.
CIARDI, M. Amedeo Avogadro e la POLITICA DELLA SCIENZA. In: Italia, LA
CHIMICA NELLA STORIA, p. 103-107, Anno XXVIII, n. 2, Marzo – Aprile,
2006, disponível em http://www.didichim.org/download/2006-2_0.pdf acessado
em 12/01/2011.
FELTRE, R. Química. vol. 1, 4.ª ed., São Paulo: Moderna. 1996.
FILGUEIRAS, C. A. et al. Química Nova na Escola, v.32, n.2, 2009.
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MINATTI, DR.
Amedeo Avogadro: uma entrevista do além!. Revista
eletrônica do Departamento de Química da UFSC, disponível no endereço
http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/entrevistas/avogadro.html,
acessado
em 10/11/2010
OKI, M.C.M. Controvérsias sobre o atomismo no século XIX. Química Nova na
Escola, vol.32 n.4 São Paulo 2009.
RAMOS; B. e MENDES, W. T. , A Hipótese de Avogadro e a Lei dos Gases
Perfeitos, Universidade Estadual de Goiás, Campus de Anápolis, 2005,
disponível
em
http://www.cursodefisica.com.br/termofisica/11-constante-deavogadro.pdf
RICCHI , R.A. et al. Determinação do Número de Avogadro através de um
experimento de fácil execução. Anais do X congresso interno de Iniciação
cientifica da Unicamp, realizado em Setembro de 2001, disponível em
http://www.prp.unicamp.br/pibic/congressos/ixcongresso/cdrom/pdfN/650.pdf
acessado em 18/10/2010.
SMITH, E.C. Amedeo Avogadro. Nature, n. 2196, Vol. 88, Nov. 30, 1911, pp.
142-3.
SZÉLL, T. et al. An approximate determination of Avogadro’s constant.
Journal of Chemical Education, v. 57, n. 10, p. 735, 1980.
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