All Posts By

Katia Dutra

Césio-137: 30 anos da maior tragédia radioativa do Brasil

By | A Química e a vida | No Comments

Em setembro de 1987, os amigos Wagner e Roberto entraram em um prédio abandonado da Santa Casa de Misericórdia em Goiânia (GO). Ali encontraram um equipamento e o levaram de lá cogitando vendê-lo como sucata, já que era pesado e, assim, possivelmente, feito de chumbo. Os dois não sabiam, entretanto, que o aparelho em questão era utilizado em tratamentos de radioterapia, e que possuía em seu interior um composto de césio-137, elemento radioativo, motivo pelo qual havia a importante presença protetora do chumbo.

Com muito esforço, os dois finalmente abriram a cápsula de chumbo onde encontraram um pó branco. Após cinco dias em poder da cápsula, Wagner e Roberto começaram a sentir sintomas tais como enjoo, diarreia, fraqueza, mas não os associaram ao tal pó branco que parecia inocente, semelhante ao sal de cozinha. Decidiram, então, vender a peça para Devair, dono de um ferro velho da cidade. Os empregados de Devair conseguiram desmontar completamente a cápsula de chumbo e guardaram-na em uma prateleira. Já à noite, Devair ficou fascinado pela luz intensa e azulada que provinha da peça. Não passou por sua cabeça, obviamente, que aquele brilho era o prenúncio do maior acidente radioativo em área urbana que o mundo iria presenciar.

Um ano antes, o mundo havia ficado perplexo com o grave acidente na usina nuclear de Chernobyl, localizada na Ucrânia (na época, parte da antiga União Soviética), que transformou Pripyat em uma cidade fantasma até os dias atuais (veja fotos a seguir). No Brasil, no entanto, este acidente parecia uma realidade muito distante até que, um ano depois, o acidente de Goiânia provou o contrário.

Pripyat, cidade próxima à central de Chernobyl, que teve de ser abandonada devido aos perigos da 
contaminação radioativa. / Fonte: CISCATO, PEREIRA e CHEMELLO. Química, vol 2, 1ª edição. Editora Moderna, 2015, p. 468.

O pó encontrado dentro da cápsula de chumbo era o cloreto de césio, um sal de fórmula CsCl, em que o isótopo de césio utilizado era altamente radioativo. A sua propriedade de brilhar no escuro chamou a atenção de Devair, que o levou para casa e mostrou a sua família, parentes e amigos. Estes, por sua vez, ao tocarem no pó, involuntariamente espalharam césio radioativo, um vilão invisível, silencioso, mas extremamente perigoso. Devido à alta solubilidade do cloreto de césio em água, o composto radioativo disseminou-se rapidamente nas redondezas da casa de Devair. Com o tempo, as pessoas começaram a adoecer. Desconfiada, a esposa de Devair levou tal cápsula à Vigilância Sanitária da cidade. O médico que a recebeu suspeitou de uma possível atividade radioativa do material e chamou o físico Valter Mendes, que trouxe consigo um contador Geiger, um aparelho medidor de radioatividade. Com a indicação do elevado índice de radioatividade na cápsula, o físico alertou as autoridades, que se articularam rapidamente em uma operação para avaliar a magnitude da contaminação.

As vítimas foram encaminhadas ao estádio olímpico de Goiânia, enquanto um clima de pânico se espalhava pela cidade. Funcionários com roupas de proteção avaliavam se as pessoas estavam contaminadas com material radioativo. Mais de 112 mil pessoas passaram por esta verificação. Nos dias seguintes, as áreas relacionadas com a moradia de Devair foram isoladas, objetos foram confiscados e animais sacrificados. Conforme o tempo passava, outras vítimas sentiam sintomas mais intensos e eram internadas em hospitais. Nas semanas e meses seguintes, instaurou-se no Brasil um ambiente de pânico, medo, preconceito e desinformação. Goianos não conseguiram desembarcar em outros estados. Produtos da cidade não eram vendidos em outros estados: tudo por causa do medo de estarem contaminados. Até os enterros das vítimas, que tiveram seus caixões blindados e cobertos com concreto, sofreram retaliação dos moradores das localidades próximas.

Os objetos pessoais, as ruínas das casas, relíquias de família, animais domésticos, tudo o que constituía o patrimônio das pessoas foi transformado em lixo radioativo e enterrado em um depósito de rejeitos radioativos no Parque Estadual Telma Ortegal – Abadia de Goiás (GO).

Reportagem sobre o acidente em Goiânia com o césio-137. 
Fonte: CISCATO, PEREIRA e CHEMELLO. Química, vol 2, 1ª edição. 
Editora Moderna, 2015, p. 445.
Local em Abadia de Goiás onde estão armazenados materiais 
contaminados pelo césio-137. Os tambores e caixas estão dentro 
de um terreno murado e coberto com terra./ 
Fonte: CISCATO, PEREIRA e CHEMELLO. Química, vol 2, 1ª edição. 
Editora Moderna, 2015, p. 471.

É difícil mensurar o número de vítimas, pois, muitas vezes, elas desenvolvem problemas de saúde somente após algum tempo. Logo depois da contaminação, quatro pessoas morreram. A Associação de Vítimas do Césio-137 estima que cerca de 1.600 pessoas tenham sido atingidas pela radiação e que mais de 100 já morreram em decorrência do acidente (Carvalho, 2012). Mas afinal, o que é o Césio-137 e por que ele é tão perigoso? O Césio-137 (137Cs) é um isótopo do elemento Césio que possui comportamento radioativo, isto é, seu núcleo não é estável e, em busca de estabilidade, emite radiação.

Acompanhe o esquema a seguir:

Fonte: <http://www.quimica.net/emiliano/artigos/2010agosto-cesio137.pdf>.
Acesso em abr. 2017.

Após emitir radiação por um tempo determinado, todo o césio transforma-se no elemento bário (número atômico 56). Para se ter uma ideia do tempo que isto demora para acontecer, usa-se um parâmetro chamado meia-vida, que indica quanto tempo determinada quantidade de um elemento radioativo tem sua atividade radioativa diminuída pela metade. No caso do 137Cs, este tempo é de aproximadamente trinta anos, coincidentemente o mesmo tempo que se passou desde o acidente até os dias de hoje. Acompanhe o esquema a seguir que representa os sucessivos decaimentos radioativos do 137Cs.

Representação esquemática de sucessivos decaimentos radioativos do isótopo Cs-137 em função do tempo.
Fonte: CISCATO, PEREIRA e CHEMELLO. Química, vol 2, 1ª edição. Editora Moderna, 2015, p. 439.

Isto significa que não há mais perigo nos rejeitos radioativos gerados a partir do acidente? De forma alguma! Estima-se que para que não haja mais perigo radioativo decorrente do elemento césio, é preciso que se passe cerca de 300 anos, isto é, um período de dez meias-vidas desse elemento (Vieira, 2013).

Na transição entre Césio e Bário, ocorre emissão tipo β (beta) e γ (gama). As partículas β (que podem ser contidas por uma placa metálica, plástica ou de madeira) têm um poder de penetração bem menor do que a radiação γ (que só pode ser barrada por grossas paredes de concreto ou chumbo). Como a radiação γ tem alto poder de penetração, esta é potencialmente mais perigosa que as demais emissões.

Representação esquemática do poder de penetração na matéria das partículas alfa e beta e da radiação gama. 
Fonte: CISCATO, PEREIRA e CHEMELLO. Química, vol 2, 1ª edição. Editora Moderna, 2015, p. 431.

Mas como um material tão potencialmente perigoso poderia ser usado em um aparelho destinado ao tratamento de câncer? Quando utilizados adequadamente, os isótopos de elementos radioativos podem ser muito úteis e até salvar vidas. O 137Cs juntamente com o 60Co são muito utilizados na Medicina, principalmente como fonte moderada de raios gamas, usados para a inativação de tumores em seres humanos, aplicado somente nas regiões de interesse. A tabela a seguir relaciona alguns radioisótopos, seus respectivos usos na Medicina e em outras áreas e seus respectivos tempos de meia-vida.

Fonte: MCMURRY, F. Chemistry. 4. ed. Nova Jersey: Prentice Hall, 2004. p. 955.

A radiação γ, devido ao seu alto poder de penetração, interage com os componentes de nosso corpo, produzindo excitação e ionização das suas moléculas. Seria como se, neste texto, a radiação conseguisse arrancar algumas letras e palavras. Dependendo da quantidade e de quais letras ou palavras fossem retiradas, o sentido do texto seria afetado. O mesmo ocorre com nosso corpo: o tempo de exposição e a região afetada determinam a gravidade do caso. Nossas células carregam consigo o DNA, o qual tem o código genético da pessoa. Se esse código é afetado pela radiação, a pessoa pode até não desenvolver nenhuma patologia, mas os filhos desta podem ter, por exemplo, problemas físicos de má formação devido a mutações geradas pela radiação.

Perguntas

1-) O texto cita um período aproximado para que o ambiente contaminado pelo 137Cs seja considerado seguro. Após esse intervalo de tempo, qual será a porcentagem de radiação residual nesse ambiente?

2-) Outra aplicação do 137Cs é no processo de irradiação de alimentos, em que estes são submetidos, já embalados ou não, a uma quantidade controlada de radiação por um tempo predeterminado, visando impedir, principalmente, a multiplicação de bactérias e fungos que causam a deterioração do alimento. Este é um procedimento considerado seguro porque:

a) os alimentos irradiados tornam-se emissores apenas de partículas alfa, que por terem baixo poder de penetração, não são tão perigosas.
b) o nível de radiação nos alimentos irradiados é baixíssima, porque não há formação de isótopos radioativos.
c) os alimentos irradiados ficam impregnados com o elemento bário, resultante da emissão de radiação do 137Cs, o qual é estável e não emite radiação.
d) após a irradiação, os alimentos são condicionados em compartimentos de chumbo e são consumidos somente após um período de dez meias-vidas do 137Cs.

3-) Segundo as informações do texto, qual é a característica do material radioativo encontrado na cápsula de chumbo que permitiu que ele se espalhasse com facilidade pelo ambiente?

Respostas

1-) Após o período de 300 anos, terão se passado dez meias-vidas do 137Cs. Assim, se inicialmente a radiação era de 100%, ao final de dez meias-vidas, teremos:

100% —30 anos — 50% —30 anos — 25% —30 anos — 12,5% —30 anos — 6,25% —30 anos — 3,125% —30 anos — 1,56% —30 anos — 0,78% —30 anos — 0,39% —30 anos — 0,195% —30 anos — 0,0975%

2-) Alternativa (b). O que define um átomo como radioativo é a instabilidade de seu núcleo. A irradiação não é capaz de interagir com os núcleos dos átomos, e, portanto, não é capaz de torná-los instáveis.

3-) Segundo o texto, a propriedade do cloreto de césio que fez com que se disseminasse nas redondezas do local onde a cápsula foi aberta foi sua alta solubilidade em água, sendo disseminado por diferentes locais pela água da chuva, por exemplo.

Escrito pelos autores Emiliano Chemello, Luís Fernando Pereira Patrícia Proti. Todos são autores, juntamente com Alberto Ciscato, da coleção QUÍMICA, da Editora Moderna, inscrita no PNLD 2018.

Emiliano Chemello é Licenciado em Química e Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais pela UCS. Professor de química no Ensino Médio e cursos Pré-Vestibulares.

Luís Fernando Pereira é químico industrial formado e licenciado pela USP. Leciona no Curso Intergraus desde 1995. É o químico consultor do programa Bem Estar, da Rede Globo.

Patrícia Proti é bacharel e licenciada em Química pelo IQ-USP. Bolsista FAPESP de Iniciação Científica e Doutorado Direto com projetos desenvolvidos no Laboratório de Química de Peptídeos do IQ-USP. Atualmente leciona na Escola Móbile e no Cursinho Intergraus.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CHEMELLO, E. Césio 137: a tragédia radioativa do Brasil Química Virtual, Agosto de 2010. Disponível em <http://www.quimica.net/emiliano/artigos/2010agosto-cesio137.pdf>. Acesso em abr. 2017.

CARVALHO, V. Maior acidente radiológico do mundo completa 25 anos nesta semana. G1 GO, Setembro de 2012. Disponível em <http://g1.globo.com/goias/noticia/2012/09/maior-acidente-radiologico-do-mundo-completa-25-anos-nesta-semana.html>. Acesso em abr. 2017.

VIEIRA, S. A. Césio-137, um drama recontado. Estudos Avançados. Vol.27, nº 77, São Paulo, 2013. Disponível em <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-40142013000100017>. Acesso em abr. 2017.

Devemos nos preocupar com o arsênio presente no arroz?

By | A Química e a vida | One Comment

Como já dizia o médico alquimista Theophrastus Bombastus von Hohenheim (1493-1541), mais conhecido como Paracelso: “Todas as substâncias são venenos; não há nenhuma que não seja um veneno. A dose correta distingue o veneno do remédio”. Classificamos frequentemente algumas substâncias como perigosas ou venenosas quando sua dose letal média (dose capaz de matar 50% de um grupo de indivíduos – DL50) é muito baixa. Por exemplo, a estricnina, utilizada em pesticidas para matar ratos, possui um valor de DL50 de aproximadamente 2 mg/kg de massa corporal, um valor significativamente pequeno quando comparado ao do cloreto de sódio, principal componente do sal de cozinha, que é de 4.000 mg/kg de massa corporal (KLAASSEN e WATKINS, 2012). Veja na tabela a seguir os valores de DL50 de outros compostos.

É importante ressaltar, contudo, que alguns compostos com baixa toxicidade aguda podem ter efeitos cancerígenos ou teratogênicos* em doses menores que a DL50. Portanto, este é apenas um parâmetro que não descreve adequadamente todo espectro de toxicidade ou perigo associado a uma substância.

Teratogênicos: espécies que causam anomalias e malformações ligadas a uma perturbação do desenvolvimento embrionário ou fetal.

Arsênio: perigo para o consumo de arroz?

Todos os dias consumimos diariamente átomos de boa parte dos elementos naturais da tabela periódica – dos abundantes hidrogênio e oxigênio presentes na água que bebemos, até elementos menos abundantes, como ouro, manganês, entre muitos outros, presentes em baixíssimas concentrações nos alimentos. Neste contexto de ingestão de elementos químicos por meio da alimentação, consideremos o arroz, um alimento que chega à mesa de mais de 50% da população mun­dial, sendo uma das maiores culturas, após o milho e o trigo. Na Ásia, o arroz e seus subprodutos são responsáveis por até 70% do consumo calórico de mais de 2 bilhões de pessoas (CONAB, 2015). Em 2012, a média anual per capta de consumo dos brasileiros foi de 40,2 kg de arroz, valor um pouco abaixo da média mundial (57,2 kg) e menos que a metade da média dos países da Ásia (84,9 kg) (OECD, 2015). O Brasil é o maior produtor mundial não asiático, com 8,2 milhões de toneladas produzidas em 2014 – o maior produtor mundial é a China, com 141,5 milhões de toneladas (FAO, 2016).

A maneira tradicional de se cozinhar o arroz é adicioná-lo em uma panela juntamente com os temperos desejados, adicionar água (geralmente duas xícaras de água para uma de arroz) e aguardar que boa parte da água vaporize com o aquecimento. Durante esse processo, a água quente irá cozinhar o arroz e, ao final, sobrará praticamente só o alimento cozido e temperado na panela.

Além de ser cozido na água, parte do cultivo do arroz ocorre em solo inundado (cultivo irrigado), sendo que esta planta possui mecanismos que favorecem a absorção de arsênio (As) pelas suas raízes, principalmente na forma dos cátions As3+ e As5+, as formas mais tóxicas deste elemento. Considerado por muitos autores como um semimetal do grupo 15 da tabela periódica, o arsênio é um elemento muito tóxico ao ser humano e para a grande maioria dos seres vivos. Ele atua como substituto instável do fósforo numa ampla gama de processos bioquímicos e nutricionais, impedindo o funcionamento normal do organismo e causando danos à saúde (DANI, 2014). A exposição ao arsênio vem sendo associada a muitas desordens cardiovasculares, dentre elas hipertensão e arritmias, além de câncer de pele, pulmão, bexiga e rim (SOUZA et al, 2015). Como o arroz é amplamente consumido em todo mundo e possui essa capacidade de acumular arsênio, a regulação e a fiscalização do teor de arsênio neste alimento são muito importantes.

Há basicamente três tipos de arroz disponíveis no Brasil. O arroz integral, ao contrário do arroz polido ou branco, não passa pelo processo de polimento que retira a parte que recobre o grão, conhecida como farelo. Além destes dois, há também o arroz parboilizado (do inglês “partial boiled”), que é parcialmente cozido, e que pode ser comercializado na versão integral ou branco. Veja abaixo uma ilustração das principais partes de um grão de arroz.

Principais partes de um grão de arroz.

Como o arsênio pode se tornar perigoso?

O Comitê Conjunto de Especialistas sobre Aditivos em Alimentos da Organização Mundial da Saúde/Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura (JECFA/FAO/WHO) recomenda através do Codex Alimentarius que o limite máximo de arsênio no arroz para adultos seja de 0,3 mg/kg de massa corporal (arsênio total ou inorgânico), valor também adotado pela Agência Nacional de Vigilância Sanitária – ANVISA (SILVA, 2014). Já para crianças, este limite é menor: a agência de controle dos alimentos dos Estados Unidos, Food and Drug Administration (FDA), propôs em 2016 um limite de 100 partes por bilhão (ppb) de arsênio inorgânico em cereal infantil de arroz. Essa ação foi motivada por pesquisas que relacionam o consumo da substância a desempenhos ruins em alguns testes de desenvolvimento infantil. (FDA, 2016).

O teor de arsênio no arroz é dependente da concentração de arsênio no solo e na água de irrigação, de fatores genéticos das plantas, além de aspectos ambientais (alguns fertilizantes e pesticidas podem contaminar a água e o solo). Em diversas pesquisas realizadas com diferentes tipos de arroz vendidos no Brasil (polido, parboilizado e integral) e com produtos derivados de arroz sem glúten, a maior parte das amostras analisadas apresentou concentrações de arsênio inferiores ao limite máximo estabelecido – porém algumas amostras ultrapassaram um pouco o valor de arsênio total máximo. Vale ressaltar que, nestas pesquisas, o arroz do tipo integral foi o que apresentou maior concentração de arsênio (PIVETTI, 2013; SILVA, 2014; CERVEIRA, 2015; PINHEIRO, 2016). Estes resultados devem-se ao fato do farelo ter de 10 a 20 vezes mais arsênio que o endosperma (maior parte do grão) (SOUZA, 2015).

arsênio

No Brasil, 72% da produção de arroz ocorre no Rio Grande do Sul. O Instituto Rio Grandense de Arroz (IRGA) afirma que o produto originado no estado contém arsênio com concentração inferior ao limite máximo estabelecido pelos órgãos reguladores (TIPA, 2017). Além disso, o instituto ressalta que as notícias sobre os perigos do arroz que surgiram nos últimos tempos são de casos em que a produção é realizada em solos vulcânicos, contaminados naturalmente com arsênio, o que não é o caso do solo brasileiro. Em Bangladesh, um país da Ásia Meridional, tanto a água quanto o solo estão muito contaminados com arsênio. Estima-se que 43 mil pessoas morrem todos os anos neste país devido a contaminação da água por arsênio (HRV, 2016).

Como não consta nas embalagens de arroz e derivados a concentração de arsênio, talvez você deva estar se perguntando: há algo que o consumidor possa fazer para diminuir o eventual elevado teor de arsênio no arroz? Andrew Meharg, cientista de plantas e solos na Universidade Queen’s em Belfast, no Reino Unido, fez-se a mesma pergunta; ele ponderou se seria possível, por exemplo, cozinhar o arroz de outro jeito para reduzir os riscos à saúde. (SOHN, 2015). O método de preparo padrão, que consiste em cozinhar o arroz com água, facilita a fixação do arsênio no alimento. Porém, Meharg e sua equipe descobriram que os teores de arsênio diminuem consideravelmente quando o arroz é deixado de molho em água por horas antes do consumo, e também quando cozido em uma quantidade excessiva de água (algo parecido com o cozimento de massa, em que a água de cozimento é descartada), chegando a uma redução de até 57% no teor de arsênio usando uma proporção de 12 partes de água para uma de arroz (SOHN, 2015). Então, para não correr o risco de envenenamento por arsênio, a solução é parecida com a letra da música “Feijoada Completa” de Chico Buarque: “… e vamos botar água”… no arroz!

Perguntas

1-) A partir das informações fornecidas no texto, calcule quantas vezes o teor de arsênio presente no cereal infantil de arroz deve ser menor que teor máximo permitido aos produtos destinados a adultos.

2-) A sustância tóxica tetrodotoxina é encontrada nas vísceras (especialmente gônadas, fígado e baço) e na pele do Baiacu, uma espécie de peixe típica do Japão. O nível da toxina é sazonal, e as maiores concentrações são encontradas nas fêmeas no pico da época reprodutiva. Em razão disso, o baiacu é considerado um dos peixes mais perigosos do mundo – no Japão, os cozinheiros precisam ter uma licença especial para prepará-lo – saber retirar as partes que contém a toxina pode determinar se o cliente terá uma refeição saudável ou uma sentença de morte.

Suponha que uma amostra de 100 g baiacu esteja contaminada com 10 mg de tetradotoxina. Calcule qual a massa mínima de peixe que deve ser consumida para atingir o valor de DL50 desta substância por um consumidor com massa corpórea de 70 kg.

3-) Explique qual a relação entre as posições dos elementos fósforo e arsênio na tabela periódica e a toxicidade do arsênio.

Respostas

1-)

Teor de arsênio no arroz e derivados destinado ao público infantil = 100 ppb

100 mg arsênio—————- 109 mg arroz

X ———————— 106 mg (1 kg) arroz

X = 0,1 mg/kg

Como para adultos o limite é de 0,3 mg/kg, o teor de arsênio será 3 vezes menor.

2-)

Resolução

DL50 tetradotoxina: 0,1 mg/kg

0,1 mg tetradotoxina ————– 1 kg massa corporal

X —————————————- 70 kg

X = 7 mg

100 g baiacu ——————– 10 mg

Y ———————————– 7 mg

Y = 70 g

3-) O fósforo e o arsênio estão localizados no grupo 15 da tabela periódica e, em razão disso, possuem o mesmo número de elétrons na camada de valência, o que faz com eles façam o mesmo número de ligações químicas com outros átomos. Assim, o arsênio, conforme o texto destaca, pode ser um substituto instável do fósforo em uma ampla gama de processos bioquímicos e nutricionais, impedindo o funcionamento normal do organismo e causando danos à saúde.

Escrito pelos autores Emiliano Chemello, Luís Fernando Pereira Patrícia Proti. Todos são autores, juntamente com Alberto Ciscato, da coleção QUÍMICA, da Editora Moderna, inscrita no PNLD 2018.

Emiliano Chemello é Licenciado em Química e Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais pela UCS. Professor de química no Ensino Médio e cursos Pré-Vestibulares.

Luís Fernando Pereira é químico industrial formado e licenciado pela USP. Leciona no Curso Intergraus desde 1995. É o químico consultor do programa Bem Estar, da Rede Globo.

Patrícia Proti é bacharel e licenciada em Química pelo IQ-USP. Bolsista FAPESP de Iniciação Científica e Doutorado Direto com projetos desenvolvidos no Laboratório de Química de Peptídeos do IQ-USP. Atualmente leciona na Escola Móbile e no Cursinho Intergraus.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

CERVEIRA, C. Especiação química de arsênio inorgânico em arroz por espectrometria de absorção atômica com geração de hidretos. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2015.

DANI, S. U. A mineração dos ossos. Revista Ciência Hoje, nº 321, vol 54, dezembro 2014.

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. IBGE; Aquisição alimentar domiciliar per capita anual, por Grandes Regiões, segundo os produtos, período 2008-2009, 2013.

PIVETTI, F. Estudo detecta nível expressivo de arsênio em arroz. Agência USP de Notícias, Maio 2013. Disponível em: http://www.usp.br/agen/?p=136979 – acesso em 14/03/2017.

SILVA, J. Especiação química do arsênio por HPLC/ICP/MS em alimentos sem glúten derivados do arroz. Dissertação de Mestrado. Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde, 2014. Disponível em: https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/8831.

TIPA, N. Pesquisas desmentem relação do arroz com incidência de câncer. IRGA – Instituto Rio Grandense de Arroz. Publicado em 23/02/2017. Disponível em: http://www.irga.rs.gov.br/conteudo/6876/pesquisas-desmentem-relacao-do-arroz-com-incidencia-de-cancer – acesso em 19/03/2017.

Human Rights Watch. Bangladesh: 20 Milion Drink Arsenic-Laced Water. – HRV, April 6, 2016. Disponível em: https://www.hrw.org/news/2016/04/06/bangladesh-20-million-drink-arsenic-laced-water – acesso em 19/03/2017.

KLAASSEN, C. D., WATKINS, J. B. Fundamentos em toxicologia de Casarett e Doull. 2ª Edição – Porto Alegre: McGrawHill, 2012.

NETO, A. A. O. A cultura do arroz. Companhia Nacional de Abastecimento – Brasília: Conab, 2015, p. 14.

OECD (2015), Table A.6.2.  Rice projections: Consumption, per capita, in OECD-FAO Agricultural Outlook 2015, OECD Publishing, Paris.

PINHEIRO, F. C. Determinação de arsênio total e inorgânico em sucos de frutas e arroz por ICP-MS. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de São Carlos, 2016.

SOHN, E. Como preparar um arroz não tóxico. Scientific American, Julho de 2015. Disponível em: http://www2.uol.com.br/sciam/noticias/como_preparar_um_arroz_nao_toxico.html – acesso em 14/03/2017. .

FDA proposes limit for inorganic arsenic in infant rice cereal. Abril 2016. Disponível em: https://www.fda.gov/NewsEvents/Newsroom/PressAnnouncements/ucm493740.htm – acesso em 14/03/2017.

Data de validade: quando podemos confiar?

By | A Química e a vida | No Comments

É quase meio-dia e o garoto João Luís chega da escola faminto! Como está quase na hora do almoço, ele decide apenas tomar um iogurte. Só tem um problema: o único iogurte da geladeira aponta vencimento em poucas horas! E agora? Faltam poucas horas, mas está dentro do prazo de validade – então não tem problema ingeri-lo. Será? Será que um alimento só começa a estragar no minuto seguinte ao vencimento da data de validade? Para complicar, João Luís sabe que seu pai, semana passada, esqueceu a sacola de iogurtes no carro por um dia antes de levá-los à geladeira. E agora, João Luís?

Alimentos, claro, não duram para sempre, mesmo quando armazenados na geladeira e/ou isolados do gás oxigênio presente no ar. Eventualmente, todo alimento estraga. Afinal, com o tempo as moléculas responsáveis pelos sabores, cheiros, texturas e cores eventualmente irão se decompor, ou reagir com outras ali presentes, alterando a composição do alimento e suas características, o que poderá até mesmo torná-lo impróprio para o consumo.

Fonte: CISCATO, PEREIRA e CHEMELLO. Química, Vol. 1 – Química. 1ª Edição. Editora Moderna, 2015, p. 16.

FIQUE DE OLHO!

As bactérias que vivem naturalmente no leite o estragarão em poucas horas se ele for aberto e armazenado à temperatura ambiente. Ao colocar o leite na geladeira, as bactérias que existem não são eliminadas, mas sua taxa de reprodução é reduzida.

Mas como saber se um alimento estragou? Alguns dão sinais claros, como o pão mofado que fica verde e o cheiro do leite azedo. O cheiro, João Luís, preste atenção!

Inevitáveis alterações na composição química dos alimentos

Você já deve ter percebido como um suco de laranja tem seu sabor alterado se levar algum tempo entre o preparo e seu consumo, não? Isso ocorre, ao menos em parte, porque a vitamina C reage rapidamente com o gás oxigênio do ar (sempre ele!). A vitamina C (ácido ascórbico) oxida-se a ácido deidroascórbico que, em solução aquosa, sofre hidrólise, transformando-se em ácido 2,3-dicetogulônico; este, por sua vez, pode sofrer reações – oxidações e decomposições – que produzem materiais com outros sabores, não necessariamente prejudiciais à saúde, mas certamente sem o valor nutricional original do suco! Acompanhe a representação simplificada da transformação da vitamina C em ácido 2,3-dicetogulônico

Outra reação frequentemente responsável pela deterioração de alimentos é a oxidação de ácidos graxos presentes em alimentos gordurosos, como a maionese e a margarina. Expostos à luz e à ação do gás oxigênio (ele de novo!), dão origem a substâncias de odor e sabor desagradáveis por meio de reações que envolvem espécies reativas de oxigênio, isto é, compostos que contêm átomos do elemento oxigênio capazes de remover elétrons das moléculas vizinhas de modo bastante eficaz.

Quando um ácido graxo insaturado, como o oleico (1), por exemplo, reage com uma espécie reativa de oxigênio como o OH▪, forma-se um radical de ácido oleico (2). Este, por sua vez, reage com o gás oxigênio, formando um novo radical do tipo peróxido (3). Por fim, o radical peróxido reage com a molécula original do ácido graxo formando as substâncias responsáveis pelos cheiros e sabores rançosos. A essas espécies que possuem um elétron desemparelhado, dá-se o nome de radicais livres. São altamente reativas, justamente por causa do elétron não emparelhado.

(1)

(2)

(3)

O radical peróxido ainda pode formar outros radicais que, uma vez decompostos, liberam substâncias voláteis como hidrocarbonetos, alcoóis, cetonas e aldeídos. Os aldeídos voláteis são especialmente importantes nessa questão, sendo o hexanal, inclusive, frequentemente monitorado como indicador do grau de oxidação do alimento. Dependendo do teor de hexanal encontrado, o consumo do alimento não é aconselhável.

Além dos aromas rançosos, essa deterioração oxidativa pode causar branqueamento do alimento por conta de reações de pigmentos, como os carotenoides, com os radicais livres. Pode haver também perda na qualidade nutricional, resultado da reação dos radicais livres com vitaminas, especialmente a vitamina E, que tem seu teor significativamente diminuído nesse processo.

Por sua vez, as frutas, como a maçã, a banana e a pêra, assim como alguns legumes e tubérculos como a batata, escurecem quando descascadas e expostas ao ar. Isso ocorre, pois nesses vegetais há moléculas pertencentes à classe dos fenóis, e também as enzimas necessárias para sua oxidação — as fenóis oxidases. No tecido intacto do alimento, fenóis e enzimas não interagem, mas quando o alimento é cortado, amassado ou triturado, os fenóis e as enzimas que estavam compartimentados entram em contato e são expostos à ação do gás oxigênio (mais uma vez!) do ar. Estes três componentes – alimento, enzima e gás oxigênio – possibilitam as reações que causam o escurecimento. Veja a equação que representa uma dessas reações:

Fonte: CISCATO, PEREIRA e CHEMELLO. Química, Vol. 3 – Química Orgânica. 1ª Edição. 
Editora Moderna, 2015, p. 313.

A orto-benzoquinona então participa de reações que acabam por formar pigmentos escuros insolúveis de melanina, a mesma substância responsável pelo bronzeamento de nossa pele. Resultado: alimento escurecido.

De volta à data de validade

Como pudemos estudar – e vimos poucos exemplos! – a gama de reações que levam a alterações nos componentes dos alimentos é enorme! Assim, como saber quais alterações indicam formação de produtos prejudiciais à saúde? Aí é que está: nem sempre é possível!

A recomendação é: quando se notam alterações na cor, na textura, no sabor e/ou no aroma de um alimento, ele não deve ser consumido, pois, apesar da incerteza, há boas chances de que ele esteja deteriorado. Essas modificações indicam que ali ocorreram e ainda estão ocorrendo transformações químicas!

A ação indesejável de alguns microrganismos patogênicos (que podem causar doenças) produz materiais que alteram as características originais do alimento, podendo conferir-lhe um aspecto desagradável (mas, cuidado: nem sempre um alimento deteriorado tem aparência ruim…), forte indicativo de que não deve ser consumido. Embora a aparência e o odor sejam os critérios mais utilizados para avaliar se o alimento está adequado ao consumo, devem ser observadas também algumas características das embalagens. Elas não devem, por exemplo, estar estufadas, uma vez que certos microrganismos patogênicos produzem gases que se expandem, aumentando a pressão interna da embalagem.

E a data de validade? Bem, a data de validade só pode ser levada em consideração se, obviamente, o alimento tiver sido conservado de modo adequado, conforme instruções que costumam vir nas embalagens.

Se você quiser saber se um alimento realmente já expirou sua vida útil, aja como um cientista! Faça observações: a cor está alterada? O aroma é o esperado? Alguma pequena dúvida quanto ao sabor? Verifique a embalagem! Qualquer dúvida, por menor que seja, não se arrisque!

Enfim, João Luís abriu o frasco, cheirou o iogurte e sentiu um aroma um pouco azedo. O que ele fez? Descartou o iogurte, decidiu segurar a fome e esperar pelo almoço. Parabéns, João Luís, você é um garoto esperto!

Perguntas

1-) Com relação ao que foi exposto no texto, pode-se afirmar corretamente que:

a) o esquecimento do pai do João Luís, que deixou a sacola de iogurtes por um dia no carro antes de levá-los à geladeira, não deve ter tido influência no fato do iogurte ter estragado antes da data de validade.
b) um alimento está sempre exposto a possíveis transformações químicas, desde o primeiro momento. Bem conservado, porém, ele poderá até mesmo ter uma vida útil maior do que aquela indicada pela data de validade.
c) um copo de suco de laranja não deve ser consumido meia hora depois de ter sido extraído da fruta, pois já não mais estará propício ao consumo. Até mesmo seu sabor já estará alterado, o que funciona como um aviso sobre sua certa deterioração e consumo impróprio.
d) alterações nas embalagens do produto não são indicativos da qualidade do alimento ali guardado. Apenas as características do próprio alimento podem dizer alguma coisa sobre sua condição de consumo.
e) a data de validade que consta da embalagem, por si só, é um indicativo seguro para saber se determinado alimento está ou não próprio ao consumo.

2-) De que modo embalagens a vácuo atuam no sentido de preservar os alimentos?

3-) A vitamina C é muito usada como aditivo na conservação dos alimentos. Em função de tudo que foi exposto no texto, explique de que modo ela age sobre o alimento prevenindo sua deterioração, ao menos por algum tempo.

Respostas

1-) Alternativa B. A data de validade é apenas um indicativo de uma data até a qual, com frequência, o consumo do alimento é seguro. No entanto, se mal conservado, o alimento poderá estragar antes mesmo de “vencer”, sendo o oposto também verdadeiro.

2-) A embalagem a vácuo diminui sensivelmente o contato do alimento com o gás oxigênio do ar que, conforme se pode perceber pelo texto, é um agente bastante ativo na ação de deterioração dos alimentos.

3-) A vitamina C reage rapidamente com o gás oxigênio do ar de modo a diminuir a ação desse último sobre o alimento, o que aumenta sua vida útil.

Escrito pelos autores Emiliano Chemello, Luís Fernando Pereira Patrícia Proti. Todos são autores, juntamente com Alberto Ciscato, da coleção QUÍMICA, da Editora Moderna, inscrita no PNLD 2018.

Os autores

Emiliano Chemello é Licenciado em Química e Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais pela UCS. Professor de química no Ensino Médio e cursos Pré-Vestibulares.

Luís Fernando Pereira é químico industrial formado e licenciado pela USP. Leciona no Curso Intergraus desde 1995. É o químico consultor do programa Bem Estar, da Rede Globo.

Patrícia Proti é bacharel e licenciada em Química pelo IQ-USP. Bolsista FAPESP de Iniciação Científica e Doutorado Direto com projetos desenvolvidos no Laboratório de Química de Peptídeos do IQ-USP. Atualmente leciona na Escola Móbile e no Cursinho Intergraus.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  • Revista Chemmaters – American Association of Chemistry teachers. “Expiration dates: what do they mean?” – October/November, 2016. p. 13.

Hidrogênio metálico?!

By | A Química e a vida | No Comments

Muito se fala sobre os feitos e a vida do famoso general francês Napoleão Bonaparte. Parte dessas histórias tem um fundo de verdade, outras, porém, não passam de mitos. Aqui mesmo, neste espaço, já contamos sobre como a vida dele pode ter sido encurtada pela tinta usada em um papel de parede (“Napoleão: morto por um papel de parede?“). Outra dessas histórias conta que a derrota do exército de Napoleão, iniciada pelo embate com soldados russos em 1812, teria se completado com o esfacelamento dos botões de estanho das fardas dos soldados franceses por conta do frio. Esta história tem tudo para ser um grande mito, pois embora o estanho realmente sofra uma transição alotrópica, deixando de ser um sólido brilhante prateado, maleável e moderadamente dúctil (estanho branco), para se tornar um sólido cinza escuro não metálico na forma de pó (estanho cinza), isso ocorre abaixo de 13,2°C (à pressão de 1 atm). Ora, no inverno europeu, temperaturas bem inferiores a essa são comuns por todo o continente, inclusive em Paris de onde saiu o exército de Napoleão, que certamente teria notado algo de estranho nos botões de seus uniformes logo de cara, não?

Mesmo sendo um provável mito, essa história ilustra a existência de substâncias como o estanho, por exemplo, que podem apresentar características metálicas ou não metálicas dependendo das condições de pressão e temperatura em que se encontram. Isso sinaliza também que, teoricamente, mesmo uma substância tipicamente não metálica como o gás hidrogênio, pode adquirir propriedades metálicas se submetida às condições apropriadas.

E é exatamente isso que uma dupla de físicos da Universidade de Harvard (EUA) alega ter conseguido. Isaac Silvera e Ranga Dias resfriaram uma pequena amostra de gás hidrogênio a cerca de -270°C em uma célula, uma espécie de caixa, feita de diamante e a submeteram progressivamente a altas pressões, chegando à incrível pressão de 495 bilhões de Pascais, cerca de 5 milhões de atmosferas! Os pesquisadores relataram que próximo de 2 milhões de atmosferas a amostra já se apresentava em estado sólido, sendo ainda transparente; a 4 milhões de atmosferas ela então se tornou escura e opaca; a cerca de 5 milhões de atmosferas, ela começou a refletir 90% da luz incidida sobre ela, o que seria uma evidência de que o hidrogênio havia adquirido propriedades metálicas!

Fotos da transformação do hidrogênio comprimido com aumento de pressão desde a forma 
molecular transparente, passando para a forma molecular negra até o hidrogênio atômico metálico. 
Esquema da transformação em questão. Fonte: Harvard Magazine

Essa transformação já era prevista desde 1935 pelos físicos Hillard Huntington e Eugene Wigner, mas eles haviam estimado uma pressão significativamente menor do que as usadas por Silvera e Dias. Entretanto, assim como seus antecessores, os físicos de Harvard também acreditam que o hidrogênio, ao adquirir características metálicas, deve permanecer assim, mesmo após a pressão extrema ser retirada, assim como o diamante obtido ao se submeter grafite a altas pressões e altas temperaturas. Será? Ainda não se sabe. Mas por que isso é importante?

Com as propriedades típicas de um metal, o agora hidrogênio metálico poderia ser usado como um material supercondutor, já que praticamente não apresentaria resistência, afinal cada átomo de hidrogênio contém apenas um próton e um elétron. Outra aplicação possível baseada na supercondutibilidade seria na levitação magnética de trens de alta velocidade, o que revolucionaria completamente o setor de transportes. Ainda seria possível também utilizar o hidrogênio metálico como combustível para foguetes, razão pela qual a NASA financiou parte da pesquisa de Harvard. A energia teórica que poderia ser fornecida pelo hidrogênio metálico o coloca como o propelente de foguetes mais poderoso já conhecido, cerca de quatro vezes mais potente que o hidrogênio molecular (!), que é atualmente o mais eficiente dos combustíveis de foguete.

Todo esse espectro de utilização, no entanto, deve aguardar a caracterização mais precisa do material que, por enquanto, permanece dentro da prensa de diamante sob altíssima pressão no laboratório de Harvard. Além da caracterização, é preciso a confirmação fundamental de que o hidrogênio metálico permanecerá estável quando estiver submetido a condições ambientes de temperatura e pressão. Mas se isso acontecer, prepare-se: uma tremenda revolução energética se apresenta no horizonte!

Perguntas

1-) A transformação mencionada no texto é uma mudança alotrópica do hidrogênio, conduzida de forma extrema, com o auxílio de altas pressões e baixas temperaturas. Que outras transições alotrópicas são citadas no texto? E em que condições elas ocorrem?

2-) Nas fases condensadas, líquida e sólida, qual a principal força intermolecular no hidrogênio molecular? Qual a relação entre esse tipo de interação e a tendência do hidrogênio molecular de se apresentar na forma de gás em condições comuns de temperatura e pressão?

3-) O hidrogênio molecular vem sendo utilizado não só como propelente de foguetes, por meio de sua combustão, mas também em células de combustível a hidrogênio, por meio de sua oxidação controlada. Qual a principal vantagem em se utilizar o hidrogênio para geração de energia?

a) Sua oxidação controlada nas células de combustível converte a energia acumulada nas moléculas de água do sistema em energia química, sem emissão de gases poluentes.
b) Tanto a sua queima quanto a sua oxidação controlada gera apenas como produto a água, portanto, não causa danos ao meio ambiente.
c) Sua combustão produz vapor de água que pode ser reaproveitado na combustão do diesel em motores de caminhões e ônibus.
d) Tanto a sua queima quanto a sua oxidação consomem gás carbônico, diminuindo a concentração desse gás na atmosfera, o que minimiza o problema do aquecimento global.
e) Sua oxidação controlada nas células de combustível converte a energia elétrica oriunda dos combustíveis fósseis em energia química contida nos gases poluentes gerados no processo.

Respostas

1-) São citadas também no texto a transição alotrópica do estanho branco para o estanho cinza, que ocorre em temperatura abaixo de 13,2°C à pressão de 1 atm e a transformação do grafite em diamante, sob altas pressões e temperaturas.

2-) A principal força intermolecular do hidrogênio molecular nas formas condensadas é o dipolo instantâneo-dipolo induzido, já que o hidrogênio é formado por moléculas apolares. Como a intensidade desse tipo de interação depende do tamanho da nuvem eletrônica da molécula, ela é particularmente fraca para a molécula de hidrogênio que apresenta apenas dois elétrons. Assim, suas moléculas interagem fracamente umas com as outras em condições comuns de temperatura e pressão e a substância tende a se apresentar na forma gasosa.

3-) Alternativa B. Tanto na combustão quanto na oxidação controlada do hidrogênio, a reação em questão é: 2 H2 + O2  2 H2O. Portanto, o único produto formado é água, que não causa impactos ambientais.

Escrito pelos autores Emiliano Chemello, Luís Fernando Pereira Patrícia Proti. Todos são autores, juntamente com Alberto Ciscato, da coleção QUÍMICA, da Editora Moderna, inscrita no PNLD 2018.

Emiliano Chemello é Licenciado em Química e Mestre em Ciência e Engenharia de Materiais pela UCS. Professor de química no Ensino Médio e cursos Pré-Vestibulares.

Luís Fernando Pereira é químico industrial formado e licenciado pela USP. Leciona no Curso Intergraus desde 1995. É o químico consultor do programa Bem Estar, da Rede Globo.

Patrícia Proti é bacharel e licenciada em Química pelo IQ-USP. Bolsista FAPESP de Iniciação Científica e Doutorado Direto com projetos desenvolvidos no Laboratório de Química de Peptídeos do IQ-USP. Atualmente leciona na Escola Móbile e no Cursinho Intergraus.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

FIORUCCI, A. R.; BENEDETTI FILHO, E.; OLIVEIRA, N. Os Alótropos do Estanho: Ocorrências do Estanho α e as Novas Soldas sem Chumbo Usadas em Eletrônicos. Química Nova na Escola, Vol. 34, N° 3, p. 124-130, agosto 2012. Disponível em <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc34_3/04-AQ-45-11.pdf>. Acesso em fev. 2017.

SHAW, J. A Breakthrough in High-Pressure Physics? Harvard Magazine, 26-01-2017. Disponível em <http://www.harvardmagazine.com/2017/01/metallic-hydrogen>. Acesso em fev. 2017.

CHANG, R., GOLDSBY, K. QuFAPESP na Mídia. O hidrogênio, um novo metal. 19-04-1996. Disponível em <http://www.bv.fapesp.br/namidia/noticia/20876/hidrogenio-metal/>. Acesso em fev. 2017.

BAIMA, C. Anúncio da fabricação de hidrogênio metálico atrai expectativa e ceticismo. Dupla de Harvard afirma ter tido sucesso na produção de material que pode revolucionar o mundo, O Globo, 28-01-2017. Disponível em <http://oglobo.globo.com/sociedade/ciencia/anuncio-da-fabricacao-de-hidrogenio-metalico-atrai-expectativa-ceticismo-20837432>. Acesso em fev. 2017.