O Universo está inundado com milhares de milhões de produtos químicos, cada um deles uma pequena alfinetada de potencial. E identificamos apenas 1% deles.
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Os cientistas acreditam que compostos químicos não descobertos poderiam ajudar a remover os gases de efeito estufa ou desencadear um avanço médico semelhante ao que a penicilina fez.
Mas vamos esclarecer isso primeiro: não é que os químicos não estejam curiosos. Desde que o químico russo Dmitri Mendeleev inventou a tabela periódica dos elementos em 1869, que é basicamente uma caixa de Lego de um químico, os cientistas têm descoberto os produtos químicos que ajudaram a definir o mundo moderno.
Precisávamos da fusão nuclear (disparar átomos uns contra os outros à velocidade da luz) para produzir o último punhado de elementos. O elemento 117, tennessine, foi sintetizado em 2010 desta forma.
Mas para compreender a escala completa do universo químico, é necessário compreender também os compostos químicos. Alguns ocorrem naturalmente – a água, claro, é feita de hidrogênio e oxigênio. Outros, como o náilon, foram descobertos em experimentos de laboratório e são fabricados em fábricas.
Os elementos são feitos de um tipo de átomo, e os átomos são feitos de partículas ainda menores, incluindo elétrons e prótons. Todos os compostos químicos são feitos de dois ou mais átomos. Embora seja possível que ainda existam elementos não descobertos para serem encontrados, é improvável.
Então, quantos compostos químicos podemos fazer com os 118 tipos diferentes de blocos de Lego que conhecemos atualmente?
Grandes números
Podemos começar produzindo todos os compostos de dois átomos. Existem muitos deles: N2 (nitrogênio) e O2 (oxigênio) juntos constituem 99% do nosso ar.
Provavelmente, um químico levaria cerca de um ano para produzir um composto e existem 6.903 compostos de dois átomos em teoria. Então esta é uma aldeia de químicos trabalhando um ano apenas para produzir todos os compostos possíveis de dois átomos.
Existem cerca de 1,6 milhão de compostos de três átomos, como H 2 O (água) e CO 2 (dióxido de carbono), que representa a população de Birmingham e Edimburgo combinadas. Quando atingirmos os compostos de quatro e cinco átomos, precisaremos que todos na Terra produzam três compostos cada. E para produzir todos estes compostos químicos, também precisaríamos reciclar todos os materiais do Universo várias vezes.
Mas isto é uma simplificação, claro. Coisas como a estrutura de um composto e sua estabilidade podem torná-lo mais complexo e difícil de fabricar.
O maior composto químico produzido até agora foi produzido em 2009 e tem quase 3 milhões de átomos. Ainda não temos certeza do que isso faz, mas compostos semelhantes são usados para proteger os medicamentos contra o câncer no corpo até que cheguem ao lugar certo.
Mas espere, a química tem regras!
Certamente nem todos esses compostos são possíveis?
É verdade que existem regras – mas elas são meio flexíveis, o que cria mais possibilidades para compostos químicos.
Mesmo os “gases nobres” solitários (incluindo néon, argônio, xenônio e hélio), que tendem a não se ligar a nada, às vezes formam compostos. Hidreto de argônio, ArH + não existe naturalmente na Terra, mas foi encontrado no espaço.
Os cientistas conseguiram fazer versões sintéticas em laboratórios que reproduzem as condições do espaço profundo. Portanto, se você incluir ambientes extremos em seus cálculos, o número de compostos possíveis aumenta.
O carbono normalmente gosta de estar ligado a um ou quatro outros átomos, mas muito ocasionalmente, por curtos períodos de tempo, cinco são possíveis. Imagine um ônibus com capacidade máxima para quatro pessoas. O ônibus está no ponto e as pessoas entram e saem; enquanto as pessoas estão se movendo, brevemente, você pode ter mais de quatro pessoas no ônibus.
Alguns químicos passam a carreira inteira tentando produzir compostos que, de acordo com as regras da química, não deveriam existir. Às vezes eles são bem sucedidos.
Outra questão que os cientistas têm de enfrentar é se o composto que pretendem só pode existir no espaço ou em ambientes extremos – pense no imenso calor e pressão encontrados nas fontes hidrotermais, que são como gêiseres, mas no fundo do oceano.
Como os cientistas procuram novos compostos
Muitas vezes a resposta é procurar compostos relacionados com outros já conhecidos.
Existem duas maneiras principais de fazer isso. Uma delas é pegar um composto conhecido e alterá-lo um pouco – adicionando, excluindo ou trocando alguns átomos. Outra é pegar uma reação química conhecida e usar novos materiais iniciais. É quando o método de criação é o mesmo, mas os produtos podem ser bem diferentes. Ambos os métodos são formas de procurar incógnitas conhecidas.
Voltando ao Lego, é como fazer uma casa, depois uma casa um pouco diferente, ou comprar tijolos novos e adicionar um segundo andar. Muitos químicos passam suas carreiras explorando uma dessas casas químicas.
Mas como procuraríamos uma química verdadeiramente nova – isto é, incógnitas desconhecidas?
Uma forma de os químicos aprenderem sobre novos compostos é observar o mundo natural. A penicilina foi descoberta desta forma em 1928, quando Alexander Fleming observou que o mofo nas suas placas de Petri impedia o crescimento de bactérias.
Mais de uma década depois, em 1939, Howard Florey descobriu como cultivar penicilina em quantidades úteis, ainda usando mofo. Mas demorou ainda mais, até 1945, para Dorothy Crowfoot Hodgkin identificar a estrutura química da penicilina.
Isso é importante porque parte da estrutura da penicilina contém átomos dispostos em um quadrado, que é um arranjo químico incomum que poucos químicos imaginariam, e é difícil de fazer.
Compreender a estrutura da penicilina significava que sabíamos sua aparência e podíamos procurar seus primos químicos. Se você é alérgico à penicilina e precisa de um antibiótico alternativo, você deve agradecer a Crowfoot Hodgkin.
Hoje em dia é muito mais fácil determinar a estrutura de novos compostos. A técnica de raios X que Crowfoot Hodgkin inventou para identificar a estrutura da penicilina ainda é usada em todo o mundo para estudar compostos. E a mesma técnica de ressonância magnética que os hospitais usam para diagnosticar doenças também pode ser usada em compostos químicos para determinar a sua estrutura.
Mas mesmo que um químico adivinhasse uma estrutura completamente nova, sem relação com qualquer composto conhecido na Terra, ainda assim teria de a fabricar, o que é a parte mais difícil. Descobrir que um composto químico pode existir não diz como ele está estruturado ou quais condições são necessárias para produzi-lo.
Para muitos compostos úteis, como a penicilina, é mais fácil e barato “cultivá-los” e extraí-los de fungos, plantas ou insetos. Assim, os cientistas que procuram uma nova química ainda procuram frequentemente inspiração nos mais ínfimos cantos do mundo que nos rodeia.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
