Relação entre os elementos químicos e as estrelas

Um elo entre a Química e a Astronomia: reações nucleares presentes nos astros como as estrelas, incluindo o Sol, que, em seu centro, transforma várias centenas de milhões de toneladas de hélio, a cada segundo.

Visto que a interdisciplinaridade é uma prática imprescindível na sala de aula, o professor de Química pode encontrar vários aspectos em comum nesta ciência com a Astronomia.

Abordando essa associação dos conteúdos de Química com os de Astronomia, veremos que um aspecto interessante é a estreita relação que existe entre os elementos químicos e a composição das estrelas (ARANY-PRADO, 2006, p.13). Somente depois que se compreendeu como ocorrem alguns processos nos átomos e entre seus núcleos atômicos é que foi possível entender a principal fonte de energia que sustenta as estrelas; incluindo o próprio Sol, tão necessário para a nossa vida e tão ligado ao cotidiano dos alunos.

Nesse texto será mostrado mais a respeito de como esse assunto se desenrolou na História das Ciências. Além disso, ele pode servir de base para o professor desenvolver tal conteúdo em sala de aula.

Foi descobrindo o funcionamento das estrelas que se chegou à compreensão da existência, na natureza, das quantidades dos elementos químicos produzidos e ejetados por esses astros. Cada estrela tem um certo tempo de vida: todas elas nascem, vivem e morrem. Algumas, quando morrem, ejetam todos os elementos químicos conhecidos e cuja maioria foi formada nelas mesmas. A partir desses produtos estelares jogados no espaço e misturados ao material existente poderão nascer novas estrelas. Em última instância, são os elementos criados nas estrelas, em quantidades adequadas, que permitem a existência de alguma forma de vida e, com uma probabilidade de ocorrência muito menor, a construção de alguma civilização aliada ao desenvolvimento da curiosidade, como a que ocorreu em nossa Terra rara (ARANY-PRADO, 2006, p. 14).

Um ponto de convergência entre essas duas ciências é, por exemplo, o fato de que desde a Antiguidade já se sabia que a luz solar pode ser decomposta nas cores do arco-íris, mas só no século XVII o fenômeno da decomposição da luz por um prisma foi adequadamente descrito pela primeira vez por Newton, bem como sua recomposição por um segundo prisma. “Apesar de o efeito visual ser conhecido na época, não se sabia que as cores observadas constituíam componentes da luz. Do ponto de vista atual, significa que cada banda corresponde a pequenos intervalos de comprimento de onda ou frequência” (ARANY-PRADO, 2006, p.56). Chama-se de espectro o conjunto das cores obtidas com o prisma, que varia do vermelho, numa extremidade, ao violeta, na outra. Além das chamadas sete cores do arco-íris, o espectro solar também apresenta radiações invisíveis ao olho humano (FILGUEIRAS, 1996, p.22).

expectro solar e de vários elementos individuais — Espectro solar e de vários elementos individuais

Filgueiras (1996, p.24) também afirma que, graças à espectroscopia, em poucos anos vários elementos químicos foram descobertos, inclusive preenchendo as lacunas presentes na tabela periódica que seria publicada por Dimitri Mendeleiev em 1869; e também foram prontamente identificados os lantanídeos, de separação extremamente difícil. Mas “a descoberta mais retumbante propiciada pela espectroscopia, contudo, ocorreu em 1868”, quando o astrônomo francês Pierre Janssen foi à Índia para observar o eclipse de maior duração durante o século XIX. O autor conta:

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Acoplando uma luneta a um espectroscópio, Janssen pôde observar o espectro das protuberâncias solares, jatos de gás que se projetam milhares de quilômetros acima da atmosfera solar. O espectro observado daquele material excitado das protuberâncias era um espectro de emissão, uma vez que não havia a possibilidade de absorção pela atmosfera solar. Janssen descobriu que o mesmo tipo de observação também podia ser feito na ausência de um eclipse [...]. Janssen identificou dessa maneira os espectros de emissão de vários elementos, sendo o hidrogênio o principal (FILGUEIRAS, 1996, p.24).

Utilizando o mesmo método, descoberto independentemente, o astrônomo inglês Joseph Norman Lockyer viu que “havia uma linha amarela próxima ao espectro do sódio, mas não coincidente com o espectro de nenhum elemento conhecido” e que não podia ser reproduzida em laboratório com nada conhecido até então (PEIXOTO, 1995, p.1). Ele concluiu então que poderia ser um novo elemento desconhecido na Terra, mas que haveria no Sol, que denominou hélio, em homenagem ao deus grego do sol. “Em 1895 o novo elemento foi descoberto na Terra pelo químico escocês William Ramsay”.

Assim, de acordo com Arany-Prado (2006, p.58), o estudo das raias espectrais passou a ser o estudo dos elementos existentes nas estrelas, porque os elementos químicos produzem um conjunto de raias associadas ao seu conjunto de orbitais eletrônicos, cujos espaçamentos entre si são característicos, para cada um deles. De modo que, já por volta de 1860, determinou-se que as distribuições das linhas nos espectros eram impressões digitais dos elementos químicos, podendo-se estudar as raias espectrais por meio do estudo dos elementos existentes nas estrelas.

Outro elo visto entre a Química e a Astronomia são as reações nucleares presentes nos astros como as estrelas, incluindo o Sol. “O Sol transforma, em seu centro, várias centenas de milhões de toneladas de hélio, a cada segundo” (ARANY-PRADO, 2006, p.80) Entender como se processa essas reações e qual a composição desses astros, fez com que o homem pudesse prever com maior exatidão o tempo de vida deles, formular teorias sobre o surgimento do universo e dos elementos que o compõem, entre outros dados de grande interesse humano.

A importância das estrelas está, portanto, relacionada mais profundamente às nossas origens “químicas”. Todo esse processo permite responder a algumas perguntas feitas pelos nossos antepassados, mas que permanecem estranhas para muitos. Arany-Prado (2006, p.14) descreve “essa trajetória do conhecimento que trata do entendimento interligado do microcosmo e do macrocosmo (...) na forma: do átomo às estrelas, e vice-versa”.

Fontes:

Monografia de: Jennifer Rocha Vargas. “A QUÍMICA DA ASTRONOMIA: CONTRIBUIÇÕES NA FORMAÇÃO INICIAL DE PROFESSORES NUMA PERSPECTIVA INTERDISCIPLINAR”, 2010, p. 22-24.

ARANY-PRADO, L. I. À luz das estrelas: Ciência através da Astronomia. Rio de Janeiro: DP&A editora, 2006.

FILGUEIRAS, C. A. L. A Espectroscopia e a Química da Descoberta de novos Elementos ao Limiar da Teoria Quântica. Química Nova na Escola- Espectroscopia e Química N° 3, MAIO, 1996, p.22-25. Disponível em: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc03/historia.pdf

PEIXOTO, E. M. A. Hidrogênio e Hélio. Química Nova na Escola- Elemento Químico, N° 1, MAIO 1995. Disponível em http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc01/elemento.pdf

Por Jennifer Fogaça
Graduada em Química
Equipe Brasil Escola