Em busca dos elementos fundamentais da natureza #1

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A Tabela Periódica nos apresenta o que se pode chamar de o “alfabeto do universo”. Todo o mundo conhecido pelo homem é formado, em maior ou menor grau, pelos elementos apresentados nessa tabela. E a cada dia que passa ela cresce mais, por exemplo, recentemente, em 2013, preencheram mais uma lacuna, com a descoberta do elemento 115, o Ununpêntio (nome provisório). Hoje já temos 118 elementos químicos detectados, e apenas 4 ainda com nomes provisórios (o 113, 115, 117 e 118). Além de termos quase o dobro dos elementos que Mendeleiev conhecia, já temos o sétimo período fechado (em pouco tempo precisaremos de um diagrama de Pauling ligeiramente reformulado). Vale ressaltar que boa parte desses novos elementos, artificiais, sequer tem 1 minuto de vida, e logo se desfazem (diferentemente dos elementos fundamentais para a vida), e por isso, ainda vai levar um certo tempo para encontramos alguma utilidade para esse novos elementos.

Bom … por falar em elementos químicos, resolvi escrever esse artigo contando um pouco sobre o conceito dos antigos filósofos gregos a respeito dos elementos. Chamo atenção que a noção de elemento na antiguidade é diferente da nossa, mas as duas tem um ponto em comum. Elas procuram identificar as coisas mais fundamentais da natureza, as quais foram, de alguma maneira, usadas como ponto de partida para a construção das coisas mais complexas. Ressalvo ao leitores que, como esse é um artigo do Filosofando a Química, ele não tem por objetivo mostrar uma aplicação da química no dia-a-dia, e sim uma discussão sobre alguns conceitos, e ideias, que muitas vezes são passados por cima durante as aulas. Ok? Então … vamos a uma pequena viagem à antiguidade?

Quando pensamos em química, Grécia, antiguidade e filosofia, quais nomes vem à nossa mente? Quem já teve alguma aula de modelos atômicos com certeza responderia “Demócrito”, ou “Demócrito e Leucipo”. De fato, Demócrito de Abdera e Leucipo de Mileto, que viveram por volta de 400 a.C. foram os primeiros a propor uma ideia de descontinuidade da matéria. Para eles tudo seria formado por minúscula partículas indivisíveis – os átomos, que ficavam em contante movimentos, ou seja, em um turbilhão. Esses átomos eram caracterizados por seu formato. Se adaptarmos esse conceito para os nossos dias diríamos que o ouro é amarelo porque seus átomos são amarelos, e o cobre é avermelhado porque seus átomos são avermelhados. O conceito atômico filosófico foi um dos patamares  para a nossa química moderna. Hoje, o entendimento das reações químicas é baseado em átomos, e embora os físicos tenham mostrado, a mais de um século, que o átomo é divisível, a nossa ideia de que a matéria é descontínua permanece (ou seja chegamos num ponto em que a matéria não pode ser dividida, e até o momento esse ponto seria os elétrons, e os quarks).

Mas nesse post meu objetivo não falar das raízes atômicas, mas sim das raízes dos elementos. Antes de Leucipo aparecer com suas ideias de átomos, e portanto de descontinuidade da matéria, outros filósofos já haviam proposto ideias, racionais, sobre a constituição da matéria.

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Tales de Mileto

Podemos dizer que tudo começou com Tales, também de Mileto, em cerca de 600 a.C.. Tales foi membro, e fundador, da mais antiga escola filosófica conhecida, a Escola Jônica, que pode ser entendida como o berço da filosofia. Tales falava que o elemento fundamental era a Água. Tudo era formado por água. Hoje sabemos que a água não é entidade fundamental, antes ela é formada por três átomos, e esses ainda podem se dividir. Mas será que Tales estava muito errado em seu raciocínio? Na minha humilde opinião eu não acho. Ao menos no que tange os seres vivos a água é “basicamente a base” de tudo. Os seres humanos possuem mais de 60% de sua massa sendo constituída de água. Para cada 10g de massa de uma água viva, 9,8g é água (o que sobre deve ser o veneno!). Mais de 70% da superfície de nosso planeta é formada por água. Na Grécia, com seus inúmeros mares, o que Tales mais via ao seu redor era água. Ele precisava de água para beber, depois eliminava essa água. Precisava da água da chuva para regar a terra e via água “desaparecer” por evaporação. Enfim, alguém nega, mesmo hoje, que a água é fundamental para nossa vida, e para a nossa constituição? Com certeza não (que o dia Guilherme Arantes, com sua linda canção “Terra Planeta Água”)! Então a proposta de Tales que a água era o elemento fundamental não foi tão errada assim, principalmente se levarmos em conta que ele só contava com sua observação. Por falar em observação, Tales foi um grande observador dos Céus, sendo capaz de explicar, de maneira racional, e não mística, os eclipses (chegando ao ponto de prever um!). Por ironia, foi observando a beleza do céu, numa noite estrelada, em uma montanha, que Tales pisou no “nada” e caiu despenhadeiro abaixo.

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Anaxímanes

As ideias de Tales encheram a mente de outro excepcional filósofo da antiguidade – seu discípulo da Escola Jônica, e também conterrâneo de Mileto, Anaxímanes. Anaxímanes viveu de 588 – 524 a.C., e assim como seu mentor acreditava em uma substância fundamental. No entanto, no caso de Anaxímanes essa substância era o Ar. Para isso ele também se baseou em observações, porém com um ponto de vista diferente de Tales. Para ele o ar formava a água. Isso pode ser observado (de acordo com a visão de Anaxímanes) quando o ar fica denso e forma o nevoeiro. Após o nevoeiro vemos a formação do orvalho. Então sua conclusão era que a água do orvalho vinha do transformação do ar. Quando a água de uma poça evapora, deixamos de ver a água porque ela se transformou em ar. Segundo suas ideias o ar era extremamente versátil, pois se comprimido poderia formar a água. Se mais comprimido ainda, formaria a terra, e por fim as rochas. Se rarefeito demais formaria o fogo. E para completar seu raciocínio, sem água nós vivemos poucos dias, mas sem ar não vivemos 10 minutos. É óbvio que o ar, de acordo com nosso conceito moderno, não é um elemento, muito menos uma substância, mas sim uma mistura de gases (principalmente oxigênio, e nitrogênio, e hoje em dia com muito mais poluição que na época de Anaxímanes). Mas, assim como Tales, do pensamento de Anaxímanes podemos extrair algumas coisas. Notaram que Anaxímanes tentou propor uma mudança de estado físico em função da pressão (processo quantificado apenas a partir do século XVII, como trabalho de Boyle e companhia)? O ar pode sim se converter em um líquido quando comprimido (inclusive em um pouco de água, dependendo da concentração de vapor d’água presente). Com a compressão do Ar, e diminuindo a temperatura, podemos extrair oxigênio e nitrogênio líquidos. Se abaixarmos a temperatura podemos transformar um gás em um sólido (fazemos isso com o gás carbônico, um dos componentes minoritários do ar). Além disto, podemos dizer que sem o papel comburente do ar (devido ao oxigênio), o fogo não existiria. Enfim, Anaxímanes pode não ter acertado no elemento fundamental, mas ele conseguiu descrever lá na antiguidade um belo processo de mudanças de estados físicos. Diferentemente de Tales, a morte de Anaxímanes não foi tão inusitada, mas ele provavelmente morreu assassinado com a invasão dos Persas à Grécia.

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Heráclito

O próximo personagem desta viagem, é outro filósofo da Escola Jônica, porém da cidade de Éfeso – Heráclito. Heráclito, o Obscuro, viveu entre os sexto e o quinto século a. C., e para ele o elemento fundamental era o Fogo. Na sua opinião o elemento fundamental não deveria existir de maneira permanente. Por exemplo, não teria como a Água ou o Ar serem os elementos fundamentais porque eles simplesmente existem como tais. Para eles serem fundamentais deveriam existir por apenas um momento, e logo se transformariam. Por isso ele achava que o fogo era o mais adequado. O fogo só existe no momento da transformação, e logo após a queima ele desaparece. Neste aspecto ele existiu apenas para criar uma coisa nova. Para ele tudo o que existe passou em algum momeno por uma transformação pelo fogo. Assim como seus antecessores, Heráclito não determinou um elemento químico, mas suas ideias não devem simplesmente ser jogadas fora. O fogo na verdade é uma das várias manifestações de energia, e muito antes da elaboração da grande Termodinâmica, ele já havia identificado o papel da energia na transformação da matéria. Além disso, se tudo veio do fogo, por que não podemos fazer uma releitura de Heráclito e dizer que já anteviu a possibilidade de energia se convertida em matéria? Esse argumento pode parecer um pouco forçado, mas Heráclito intrinsecamente estava dizendo exatamente isso. Se essa hipótese for válida, podemos dizer que Heráclito, apenas com ideias vindas de suas observações anteviu o que glorificou Einstein – a Relatividade (dentre outras coisas, na Teoria da Relatividade, Einstein propôs, e posteriormente foi comprovado, que matéria pode ser convertido em massa, e vice-versa, descrita em sua famosa igualdade E = mc2). Forçado ou não, Heráclito chamou atenção ao papel fundamental da energia (ao menos na forma de Fogo) para a natureza, e isso é uma coisa que ninguém pode negar. Mas … forçado mesmo foi o fim de Heráclito. No fim de sua vida resolveu pastar. Pastar? Sim, literalmente pastar! Como Heráclito era um tanto quanto arrogante, ao longo do tempo desenvolveu uma certa repulsa por seus compatriotas efésios, e resolveu se isolar em cavernas nas montanhas. Sua alimentação passou a ser literalmente capim e ervas. Com o tempo ele passou a ter acúmulo de líquido no tecidos (hidropsia), e quando voltou a Éfeso estava todo inchado. Desprezando os médicos da cidade resolveu por conta própria se enterrar em esterco de boi para que o calor do mesmo evaporasse a água em excesso em seu corpo. Bom … assim morreu o grande Heráclito, inchado e enterrado (por si só) em fezes de boi …

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Empédocles

O último capítulo dessa viagem pela antiguidade termina com o filósofo siciliano do quinto século a.C.,  Empédocles. Esse foi um dos filósofos da antiguidade que mais vemos influência ainda hoje. Se eu perguntar quais são os quatro elementos, qual seria sua resposta? Duvido que seria carbono, hidrogênio, nitrogênio e oxigênio (os principais para a vida, junto com fósforo e enxofre). Com certeza me responderiam terra, fogo, ar e água, seja por ter visto isso em Capitão Planeta (neste caso você deve ter em torno de 30 anos), em Avatar (o do desenho), ou em qualquer dos inúmeros desenhos que evocam esse elementos místicos. Bom … quem começou com essa ideia foi o Sr. Empédocles. Na verdade ele simplesmente saiu da ideia do elemento único e foi para a pluralidade elementar. A Água, o Ar e o Fogo já tinha desempenhado, um de cada vez, o papel de elementos fundamentais,. Então, porque os três juntos, não poderiam ser elementos fundamentais? A eles Empédocles adicionou a Terra (uma mistura muito complexa do ponto de vista químico), para representar a rigidez, a dureza, a firmeza. A ideia dos quatro elementos surge com Empédocles mas logo depois servem como base para a Física de Aristóteles. Só isso mostra quão influente foi essa ideia. Na verdade de acordo com Empédocles todas as coisas eram constituídas como uma mistura em proporções diferentes desse elementos. Podemos dizer que um cidadão bem esguio tinha a componente Ar bem maior que um brutamontes constituído principalmente de Terra. Um pessoa hiperativa teria muito mais Fogo que outra pessoa calma, que provavelmente teria muito mais Água em sua composição. Empédocles, diferente de seus colegas, inclinou muito suas ideias para o misticismo, embora tenha usado a rezão para chegar a conclusão dos quatro elementos. Uma curiosidade sobre esse filósofo é sua pré-teoria da evolução. Ele aplicou o conceito da seleção natural, que Charles Darwin usaria milênios depois, para explicar porque sátiros e centauros não viviam mais na sua época – simplesmente porque ao longo do tempo a própria natureza não os considerou adaptados! Empédocles acreditava piamente em sua ideias. E uma ideia que ele acreditava era que ele era imortal. Bom … ele não falava isso da boca para fora e resolveu provar isso a seus discípulos se jogando no monte Etna. Bom … era uma vez Empédocles …

Após Empédocles valeria a pena falar um pouco maus a respeito dos atomistas citados no início, Leucipo e Demócrito, mas a ideia desse post é falar um pouco dos filósofos anteriores a eles que arquitetaram a ideia dos elementos. Todos os filósofos citados nesse artigo são chamados pré-socráticos, porque desenvolveram suas ideias antes do primeiro dos três Grandes Filósofos Gregos – Sócrates. Nessa época, em que a observação era tudo, e a não existia ainda a figura da ciência cobrando provas sobre qualquer afirmação, esses homens usaram a razão para explicar suas observações da natureza. Muito além de dizer que eles estavam certos ou errados, eles resolveram não colocar a culpa nos deuses gregos para os fenômenos da natureza, e usaram suas mentes para propor uma explicação. Hoje nós nos consideramos bem avançados graças a nossos poderosos equipamentos, mas será que estamos realmente certos? Isso só o tempo será capaz de dizer.

E ai, gostaram desse breve resumo sobre a influencia dos filósofos pré-socráticos na construção da ciência? Pretendo da continuidade a essa épica procura aos elementos fundamentais da natureza, até chegarmos à nossa extensa tabela periódica de 118 elementos. Então fiquem atentos as novas publicações do Filosofando a Química.