Ciências da Natureza

Ciências da Natureza

1. Big Bang

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   • A teoria do Big Bang é a teoria mais aceita no meio científico, mesmo na atualidade, para a explicação sobre a origem do Universo. Ela sustenta a ideia de que o Universo surgiu por meio da explosão de uma partícula única, chamada de átomo primordial, e ocasionou o cataclismo cósmico. Tal ocorrido se deu há cerca de 13,8 bilhões de anos e afirma, inclusive, que o Universo se mantém em contínua expansão. Por isso, apesar do termo “Big Bang” nos remeter à ideia de explosão, não é sobre isso que se trata a teoria, mas sim de uma expansão originada a partir de um estado minúsculo para o que, hoje, chamamos de Universo. Ou seja, a teoria do Big Bang não tem a intensão de explicar a origem de tudo, mas de nos fazer entender como essa explosão se transformou e se mantém em constante expansão.
     • A teoria do Big Bang foi anunciada em 1948 pelo cientista russo naturalizado estadunidense, George Gamow (1904-1968) e o padre e astrônomo belga Georges Lemaître (1894-1966). Segundo eles, o universo teria surgido após uma grande explosão cósmica, entre 10 e 20 bilhões de anos atrás.
       • O começo de tudo: apesar do nome sugerir explosão, Big Bang diz respeito ao processo de expansão; Fase inflacionária: origem das forças fundamentais de espaço e tempo (quando o Universo aumentou o seu tamanho em 90 vezes, tornou-se mais frio e menos denso); Universo opaco: fase dos primeiros minutos de vida, quando originaram o gás hélio e o hidrogênio (nesta etapa, tudo era tão denso que a luz não se propagava); Universo transparente: fase da diminuição da temperatura e união de elétrons livres com núcleos atômicos (aqui, a luz passou a se propagar com mais facilidade); Colapso gravitacional: fase em que se deu a aglutinação de átomos em pequenos volumes, originando as estrelas; Formação das galáxias: com 500 milhões de anos, a união da força gravitacional fez com que as estrelas se aglomerassem e dessem origem às galáxias.

2. A origem da vida

   • Geração Espontânea ou Abiogênese: A teoria da geração espontânea ou abiogênese admite, em essência, o aparecimento dos seres vivos a partir da matéria bruta de maneira contínua. Essa hipótese surgiu com Aristóteles, há mais de 2 000 anos. Para Aristóteles e seus seguidores, a matéria bruta apresentava um “princípio ativo” responsável pela formação dos seres vivos quando as condições do meio fossem favoráveis. O princípio ativo era o grande responsável pelo desenvolvimento de um novo organismo. A ideia da geração espontânea constituía a melhor forma de explicar as larvas que surgiam na carne crua exposta ao ar livre e de girinos que surgiam em poças de água.
     • Teoria da Biogênese: A teoria da biogênese admite que todos os seres vivos são originados de outros seres vivos preexistentes. Vários cientistas provaram que um ser vivo só se origina de outro ser vivo e contestaram a abiogênese. Os principais defensores da biogênese foram: Ernest Haeckel, Thomas Henry Hurley, Stanley Miller, Lázzaro Spallanzani, Francesco Redi e Louis Pasteur.
       • Experimento de Redi: Francesco Redi, médico e biólogo de Florença, por volta de 1660, começou a questionar a teoria da abiogênese. Para isso, colocou pedaços de carne crua dentro de frascos, deixando alguns abertos. Depois de vários dias, as larvas só apareceram na carne do frasco aberto. Redi observou que as moscas colocavam ovos sobre a carne e concluiu que a geração espontânea não tinha validade. Com a invenção do microscópio, o mundo dos microrganismos foi revelado, empolgando os adeptos da geração espontânea e da biogênese, que buscavam a explicação para a origem desses seres vivos.
         • Experimento de Pasteur: Por volta de 1860, o cientista francês Louis Pasteur conseguiu provar definitivamente que os seres vivos se originam de outros seres vivos. Ele realizou experimentos com balões do tipo pescoço de cisne, que mostrou que um líquido ao ser fervido, não perde a chamada "força vital", como defendiam os adeptos da abiogênese, pois quando o pescoço do balão é quebrado, após a fervura do líquido, há o aparecimento dos seres vivos. A partir dos experimentos de Pasteur, a teoria da biogênese passou a ter aceitação nos meios científicos.
           • Evolução Química (hipótese de Oparin e Haldane): A evolução química é a hipótese mais aceita para a origem da vida no planeta. Segundo essa hipótese, associações entre moléculas geraram agrupamentos cada vez mais complexos até que promoveu o surgimento da vida. Componentes da atmosfera primitiva (vapor d’água, amônia, hidrogênio e metano) reagiam com descargas elétricas (raios), radiação proveniente principalmente do Sol e atividades vulcânicas, fazendo surgir moléculas orgânicas que se aglomeravam em forma de coacervados. No interior desses pequenos grupos de moléculas, chamados de coacervados, ocorriam diversas reações químicas, que foram os tornando mais complexos e estáveis.
             • Experimento de Miller: Para estudar o surgimento das primeiras moléculas orgânicas, o químico Stanley Miller realizou um experimento que simulava a atmosfera primitiva e as condições que permitiram o surgimento das primeiras moléculas orgânicas. Utilizando materiais que continham os elementos carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O) e nitrogênio (N) e simulando a atmosfera primitiva, com aquecimento e descargas elétricas, o cientista conseguiu produzir moléculas orgânicas.

3. A matéria e sua constituição

   • Modelo atômico de Dalton: Entre 1803 e 1807, Dalton propôs o primeiro modelo atômico, a primeira hipótese de como seria a estrutura de um átomo. Para ele, o átomo era a menor parte da matéria e não poderia mais ser dividido. Assim, seria uma partícula esférica, maciça, indivisível e indestrutível. O modelo atômico de Dalton ficou conhecido como “bola de bilhar”.
     • Modelo atômico de Thomson: No séc. VI a.C., o filósofo Tales de Mileto já havia constatado experimentalmente a existência de elétrons. Mas só em 1897 Thomson concluiu, por meio de um experimento com tubos de raios catódicos, a existência de partículas menores que o átomo e carregadas com carga elétrica negativa. Foi nesse momento que foi descoberta a primeira partícula subatômica: o elétron. A partir dessa descoberta, foi necessária a criação de um novo modelo, e foi Joseph John Thomson que propôs o modelo atômico formado por uma esfera de cargas positivas com elétrons espalhados em sua superfície. Esse modelo ficou conhecido como “modelo do pudim de passas”.
       • Modelo atômico de Rutherford: Em 1911 Rutherford lançou uma nova teoria atômica, contestando a estrutura proposta por Thomson. Hans Geiger e Ernest Marsden foram precursores do modelo atômico proposto por Rutherford. Supervisionado por Rutherfod, Marsden realizou, em 1909, o experimento da folha de ouro, no qual foi feita uma emissão radioativa de partículas alfa em uma folha de ouro. Com isso, foi observado que muitas partículas atravessavam a folha, mas algumas eram refletidas ou desviadas. A conclusão foi que o núcleo do átomo possuía carga positiva e estava rodeado por elétrons de carga negativa. Rutherford concluiu também que praticamente toda a massa do átomo estaria concentrada no núcleo, que, mesmo assim, em questões dimensionais, seria muito pequeno em relação ao átomo como um todo.
         • Na proposta atômica de Rutherford, havia um ponto que entrava em conflito com a física clássica: o movimento infinito dos elétrons em torno do núcleo atômico. De acordo com a teoria do eletromagnetismo, as partículas com carga negativa que orbitam o núcleo perderiam energia de movimento e iriam, progressivamente, caindo de forma espiralada de encontro com o núcleo. Essa foi a falha no modelo atômico de Rutherford. Niels Bohr, aluno e colega de trabalho, além de admirador da teoria criada pelo seu mentor, utilizando-se dos estudos quânticos de Albert Einstein e da teórica quântica da energia de Max Planck, aprimorou o trabalho de Rutherford.
           • Modelo atômico de Rutherford-Bohr: O modelo atômico de Rutherford-Bohr propõe níveis de energia para explicar a distribuição eletrônica do átomo. De acordo com Bohr, a eletrosfera de um elemento é formada por camadas, e as camadas mais distantes do núcleo são as mais energizadas. Os elétrons giram em órbitas fixas, e só existe mudança de orbital ou retirada de elétrons se o átomo for submetido a uma energia externa. Ainda segundo Bohr, quando um elétron recebe quantum (energia, que pode ser em forma de luz, calor, eletricidade), ele tende a ir para uma camada mais externa, liberar a energia em fótons (luz) e retornar à camada de origem. Esse processo é chamado de salto quântico ou salto energético. Bohr descobriu também a existência de uma partícula sem carga que compunha o núcleo do átomo juntamente aos prótons: os nêutrons.
             • Modelo atômico de Schrödinger: A partir do modelo atômico de Rutherford-Bohr, começaram a surgir questionamentos a respeito das partículas subatômicas, principalmente sobre o comportamento dos elétrons e a delimitação da eletrosfera. Foi então enunciado por Werner Heisenberg o Princípio da Incerteza. De acordo com esse princípio, era impossível determinar posição e velocidade de uma partícula. À luz dessa afirmação, não tendo como estipular dados exatos sobre a localização dos elétrons, Schrodinger, por meio de infinitos cálculos matemáticos, determinou uma região de maior probabilidade de se encontrar um elétron. Foi então definido que a eletrosfera teria um formato de nuvem, uma “nuvem de elétrons”.