SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA - A MÁ FÉ CRIACIONISTA PROSSEGUE (PARTE 4)

(segue a explanação a respeito do quadro anterior - parte 3)

ESTEREOQUÍMICA:

Estuda a disposição espacial de moléculas. As moléculas orgânicas, inclusive as que formam as bases para a vida são formadas a partir de átomos de carbono.

Devido a configuração com que o carbono faz ligações, as moléculas de hidrocarbonetos são apolares. A introdução de átomos de elementos mais eletronegativos conduz geralmente a um aumento da polaridade da molécula, desde que os dipolos não se anulem mutuamente devido à geometria e/ou simetria da molécula.

Compostos polares dissolverão outros compostos polares, e compostos apolares dissolverão compostos apolares. Um composto polar não será solúvel num composto apolar, e vice-versa.

As moléculas de carbono também possuem a propriedade de formarem isômeros que são compostos diferentes com a mesma fórmula molecular.

Destes isômeros, os que mais nos interessam são os isômeros espaciais ou estereoisômeros, cujos átomos estão ligados da mesma forma, mas diferem na sua disposição e os isômeros geométricos (cis-trans).

Na isomeria geométrica (cis-trans ou Z-E) os isômeros são compostos que possuem a distribuição espacial diferente. Este tipo de isomeria ocorre caso existam ligações duplas ou cadeia fechada ou se os ligantes estiverem ligados a carbonos diferentes. Os isômeros podem ser classificados como cis (Z) ou trans (E).

Suas propriedades físicas e químicas diferem muito, principalmente na velocidade de reação.

Cis (Z) - quando os ligantes de maior massa situam-se do mesmo lado da molécula.
Trans (E) - quando os ligantes de maior massa não se situam do mesmo lado da molécula.

Quanto aos estereoisômeros, estes compostos são isômeros porque não podem ser facilmente convertidos um no outro, por causa da grande barreira energética da rotação em torno da ligação dupla. Os esteroisómeros podem ser subdivididos em duas categorias: enantiômeros e diasteroisômeros.

Os enantiômeros são isômeros cujas moléculas são reflexões não sobreponíveis uma na outra.

Só ocorrem enantiômeros quando a molécula é quiral. Um objeto é quiral quando não é sobreponível com a sua imagem no espelho. Por exemplo, a reflexão da mão esquerda não é sobreponível com a mão esquerda, mas com a mão direita. As mãos são, por isso, quirais.

Uma forma de reconhecer a possibilidade de existência de enantiômeros é identificar se na molécula existe um átomo tetraédrico com quatro substituintes diferentes.

Trocar dois destes substituintes entre si converte um enantiômero no outro (ver exemplo acima). Esta reação não ocorre espontaneamente, uma vez que exigiria a quebra de ligações em torno do carbono, o que exige uma energia considerável.

Assim, de acordo com a rotação que estes isômeros causam na luz polarizada, são chamados de dextrógiros e levógiros e sua mistura recebe o nome de racêmico.

Diasteroisômeros - são moléculas que não são reflexões uma da outra, ou seja, não há quiralidade.

Há que diferenciarmos termos como:

Estereosseletivo – uma reação estereosseletiva é aquela em que predomina um diastereoisômero, independentemente da estereoquímica do reagente. Isso ocorre devido à atuação de enzimas que produzem uma predominância de um diastereoisômero por meio de complexos que formam uma só forma do enantiômero.

estereoespecífico – uma reação estereoespecífica quando uma determinada forma estereoisomérica da matéria prima reage de tal forma que produz uma forma diastereoisomérica específica do produto, devido ao mecanismo da reação que orienta para que determinadas configurações dos átomos envolvidos de modo característico a provocar tal alteração.

Reações estereoespecíficas são estereosseletivas, não sendo o inverso verdadeiro.

Quanto ao número de possíveis isômeros ópticos, este se baseia no carbono assimétrico, ou seja, aquele que faz 4 ligações com diferentes átomos. O número de possíveis isômeros é dado pela fórmula:

Ni = 2^n, onde n é o número de carbonos assimétricos do composto de carbono.

A importância dos isômeros ópticos reside no fato de que muitos deles se encontram presentes nos organismos vivos. Assim, sistemas biológicos quanto aos isômeros ópticos que constituirão seus componentes.

As propriedades físicas dos enantiômeros são idênticas, exceto o sentido de rotação da luz.

Quanto às propriedades químicas, também são idênticas, exceto no que concerne a reações com outros compostos opticamente ativos, resultando em velocidades de reações distintas, sendo que pode não ocorrer com um dos isômeros.

As propriedades físicas dos diastereisômeros são diferentes, no que se refere a pontos de fusão, densidades, solubilidade em dado solvente, não se considerando efeitos de rotação.

Quanto às propriedades químicas, estas são semelhantes, mas não idênticas. Possuem energias de ativação diferentes quando postos a reagirem, o que leva a velocidades de reações distintas, sendo que pode não ocorrer com um dos isômeros.

A natureza sempre utiliza na edificação das proteínas uma só variedade de aminoácidos, pois só assim elas se tornam estáveis.

A vida se desenvolveu a partir da variedade levógira, de tal modo que os aminoácidos dextrógiros são extremamente raros na Terra.

Registrou-se a presença de aminoácidos sob as formas dextrógira e levógira nos meteoritos carbonados, mas é muito pouco provável que eles tenham pertencido a organismos vivos. No entanto, tal presença mostra que as moléculas de evolução prebiótica, na concepção de Oparin, existem em outros pontos do sistema solar.

È provável que em uma terra pré-biótoca as duas espécies de isômeros (dextrógiro e levógiro) convivesse em proporção quase idêntica.

Todavia, ao que parece, os levógiros saíram em vantagem evolutiva uma vez que por fatores cinéticos seus compostos se tornaram mais abundante que os dextrógiros.

Pode ser que as primeiras formas de vida se valessem de ambos os isômeros isoladamente ou em proporções variáveis.

Aqui entra a seleção natural. Como os isômeros levógiros permitiram um maior desempenho, tornaram-se dominantes nas formas de vida, o que perdura até hoje.

Dessa forma, a estereoquímica é um ponto a ser considerado na cinética das reações químicas, sendo que isômeros, dependendo de sua configuração, facilitam a ação de agentes catalisadores ou inibidores, os quais influenciam nas energias de ativação para que as reações ocorram mais facilmente ou de forma controlada.

Certamente, tanto hoje, como no mundo pré-biótico um descontrole na velocidade de reações metabólicas pode levar o organismo a morte. É neste ponto que a química dos isômeros levógiros pôde ter ajudado a vida a se manter, controlando o metabolismo primordial.

Mas seria deus a chave para tal controle?

Infelizmente não !!! A chave para tal controle foram as enzimas.


AS ENZIMAS:

aqui e aqui

As enzimas são proteínas especializadas na catálise de reações biológicas. Elas estão entre as biomoléculas mais notáveis devido a sua extraordinária especificidade e poder catalítico, que são muito superiores aos dos catalisadores produzidos pelo homem. Praticamente todas as reações que caracterizam o metabolismo celular são catalisadas por enzimas.

As enzimas podem ser classificadas de acordo com vários critérios. O mais importante foi estabelecido pela União Internacional de Bioquímica (IUB), e estabelece 6 classes:

Oxidorredutases: São enzimas que catalisam reações de transferência de elétrons, ou seja: reações de oxi-redução. São as Desidrogenases e as Oxidases. Se uma molécula se reduz, tem que haver outra que se oxide.

Transferases : Enzimas que catalisam reações de transferência de grupamentos funcionais como grupos amina, fosfato, acil, carboxil, etc. Como exemplo temos as Quinases e as Transaminases.

Hidrolases : Catalisam reações de hidrólise de ligação covalente. Ex: As peptidades.

Liases: Catalisam a quebra de ligações covalentes e a remoção de moléculas de água, amônia e gás carbônico. As Dehidratases e as Descarboxilases são bons exemplos.

Isomerases: Catalisam reações de interconversão entre isômeros ópticos ou geométricos. As Epimerases são exemplos.

Ligases: Catalisam reações de formação e novas moléculas a partir da ligação entre duas já existentes, sempre às custas de energia (ATP). São as Sintetases.

Especificidade:

As enzimas em geral possuem normalmente uma alta especificidade em relação às reações que catalisam e aos substratos que estão envolvidos nessas reações.

A forma complementar, carga e características hidrofílicas/hidrofóbicas, são responsáveis por esta especificidade. As enzimas exibem também elevados níveis de estereoespecificidade, regioseletividade e quimiosseletividade.

Modelo chave:

Os enzimas exibem uma elevada especificidade, e foi sugerido por Emil Fischer, em 1894, que esse facto era devido a que tanto as enzimas como os substatos apresentam formas geométricas complementares, fazendo com que encaixem de maneira precisa umas nos outros.

Este processo é muitas vezes referido como modelo chave-fechadura. No entanto, apesar de estes modelo explicar a especificidade das enzimas, falha em explicar a estabilização dos estados de transição que as enzimas exibem.

Modelo de encaixe induzido:

Em 1958, Daniel Koshland sugeriu uma modificação ao modelo de chave-fechadura: uma vez que as enzimas exibem estruturas flexíveis, o sítio ativo altera a sua forma de maneira continuada através de interações com o substrato, enquanto esse mesmo substrato vai interagindo com a enzima.

Como resultado, o substrato não se liga simplesmente a um sítio ativo que é rígido. As cadeias laterais dos aminoácidos que formam o sítio ativo sofrem um reorientação de maneira a que as suas posições potenciem a ação catalítica da enzima.

Em alguns casos, como nas glicosidases, a molécula de substrato também sofre alterações de conformação à medida que vai se aproximando do sítio ativo. O sítio ativo continua a sofrer modificações até que o substrato esteja completamente ligado e é neste momento que a conformação final e a carga são determinadas.

As enzimas atuam de diversas formas, todas elas baixando o valor de ΔGativ (energia de Gibbs de ativação):

Baixando a energia de ativação por meio da criação de um ambiente no qual o estado de transição é estabilizado (por exemplo, distorcendo a forma da molécula do substrato) - A enzima distorce o substrato, gastando energia neste passo, de modo a baixar a energia do estado de transição da reação catalisada, resultando numa diminuição global da energia requerida para completar a reação).

Providenciando uma via alternativa (por exemplo, reagindo com o substrato formando um complexo enzima-substrato, de existência impossível sem a presença da enzima).

Reduzindo a variação da entropia da reação ao orientar os substratos de forma correcta para facilitar a reação.

Na ausência de enzima, as moléculas colidem em todas as direções possíveis de forma aleatória, um processo menos eficiente que na presença da enzima. Ao considerar-se ΔHativ (entalpia de ativação) isoladamente, este aspecto é negligenciado.

Os fatores externos que influenciam na velocidade de uma reação enzimática são:

Temperatura: Quanto maior a temperatura, maior a velocidade da reação, até se atingir a temperatura ótima; a partir dela, a atividade volta a diminuir, por desnaturação da molécula.
pH: Idem à temperatura; existe um pH ótimo, onde a distribuição de cargas elétricas da molécula da enzima e, em especial do sítio catalítico, é ideal para a catálise.


Enzimas e origem da vida:

Tracey Lincoln e Gerald Joyce cientistas Norte Americanos criaram enzimas RNA em que duas enzimas catalisam a síntese uma da outra a partir de um substrato com apenas 4 nucleotídeos.

aqui


Não são necessárias mais enzimas ou quaisquer proteínas no substrato. Estas enzimas duplicavam o seu número a cada hora passada.
Adicionalmente, quando varias populações destas enzimas foram misturadas, surgiram por recombinação novas variantes mais eficazes na competição pelo substrato (o meio em que elas evoluem) com o resultado de ficarem em maior número. Isto é, verifica-se seleção natural e evolução.

Dois biólogos matemáticos de Harvard, Novak e Ohtsuki, desenharam um modelo onde a variedade de moléculas no chamado “caldo primordial” era tanta que deveria haver reações químicas permanentemente acontecendo.

Teriam surgido entre as moléculas pré-bióticas algumas que participavam em reações que davam origem a elas próprias: a replicação. As que se conseguiam replicar mais eficazmente e rapidamente acabariam por substituir todas as outras.

Segundo este modelo o aparecimento finalmente de vida teria também levado ao desaparecimento das moléculas pré-vida, as quais foram substituídas por seres mais sofisticados, conforme os mecanismos de seleção natural.

Até a década de 1980 era predominante entre os cientistas a noção de que todas as enzimas eram proteínas. Mas, em trabalhos independentes, o canadense Sidney Altman e o norte-americano Thomas Cech demonstraram que moléculas de RNA também eram capazes de atividade catalítica e podiam agir como enzimas. A descoberta rendeu à dupla o Prêmio Nobel de Química de 1989.

aqui

A descoberta teve duas conseqüências importantes:
Uma é puramente bioquímica: o que o RNA está fazendo dentro das células, porque está lá, como trabalha com as enzimas e quais são suas funções gerais. São questões de ciência básica.

A outra questão tem a ver com a origem da vida na Terra. Verificamos que o RNA não era apenas uma molécula de hereditariedade, mas que também poderia servir como catalisador, isto é, funcionar como uma enzima, responsável pelas reações químicas que possibilitam a vida da célula.

Há inúmeros indícios deste "mundo do RNA", tais como: a natureza química dos co-fatores enzimáticos, estruturalmente relacionados com os monômeros do RNA e os processos de reprodução de vários tipos de vírus, tidos como remanescentes de formas primitivas de vida.

A etapa mais recente da origem da vida, tratada pela hipótese do mundo do RNA, é considerada pela maioria dos cientistas a mais bem conhecida, e talvez a única em que se tenha claramente ultrapassado o domínio da especulação.

Essa hipótese é reforçada pelo pareamento complementar dos nucleotídeos; o que promove a cópia exata de uma seqüência, pois, por conta da complementaridade das bases, uma seqüência serve de modelo para outra; pela descoberta das ribozimas, moléculas de RNA que possuem atividade catalítica e participam de importantes reações nas células modernas e pelos viróides e virusóides, agentes infecciosos de plantas que consistem em um RNA pequeno (200 nucleotídeos), circular, fita simples, não codificante que, através da maquinaria de transcrição da célula hospedeira, é capaz de se auto-replicar.

Por isso, as ribozimas, os viróides e os virusóides são considerados “fósseis moleculares” do mundo do RNA (RNA world).

Entretanto, sob o ponto de vista químico e estrutural, é difícil imaginar como o RNA tenha se formado de uma maneira não-enzimática. Dessa forma, aponta-se que antes do RNA, as primeiras moléculas que possuíam atividade enzimática e a capacidade de guardar informações, eram polímeros, sem registros fósseis ou remanescentes nas células modernas, que se assemelham ao RNA, mas são quimicamente mais simples como, por exemplo, o PNA (Peptide nucleic acid) e o p-RNA (Pyranosyl-RNA).

A cadeia de ribose do RNA é substituída no PNA por uma cadeia peptídica, de maneira similar às proteínas. Essa cadeia peptídica, diferentemente da ribose, se forma em altas quantidades em condições pré-bióticas e espontaneamente, forma um polímero estável. Entretanto, o PNA é mais rígido e por isso, pode trazer certas limitações à catálise.

A transição de um “pré-RNA world” para o RNA world pode ter se dado através da síntese de um RNA utilizando-se um desses polímeros tanto como fita-molde, como para catalisador. Experimentos em laboratório mostraram que o PNA pode atuar como uma fita-molde para a síntese de RNA porque as geometrias das bases das duas moléculas são bastante semelhantes.

A partir da primeira molécula de RNA, outras foram sendo geradas e se diversificaram gradualmente, até conseguir carregar as funções que anteriormente eram dos polímeros pré-RNA e formar o RNA world.

Alguns experimentos vêm sendo realizados e alguns cenários já podem ser desenhados. Experimentos de seleção de RNA in vitro produziram moléculas de RNA que conseguem se ligar fortemente a aminoácidos. A seqüência de nucleotídeos destes RNAs contém uma freqüência extremamente alta de códons do aminoácido que ele reconhece. Por exemplo, moléculas de RNA que se ligam seletivamente a arginina possuem uma alta freqüência de códons que codificam arginina.

Essa correlação não é perfeita para todos os aminoácidos e sua interpretação pode ser duvidosa, mas pode indicar que um código genético limitado pode ter surgido de uma associação direta entre aminoácidos e seqüências específicas de RNA, com o próprio RNA servindo de molde para a polimerização de alguns aminoácidos. A eficiência desta síntese protéica primitiva deve ter aumentando consideravelmente após o surgimento ligação peptídica.

Os ribossomos podem ter surgido a partir de uma ribozima peptidil-transferase primitiva, que com o passar do tempo, ficou maior e adquiriu a habilidade de posicionar corretamente os tRNAs nos moldes de RNA. Uma vez desenvolvida a síntese protéica, as proteínas, graças a sua maior versatilidade, puderam “conquistar” a maior parte das tarefas catalíticas e estruturais.

Quanto ao DNA, a sua origem e a de seus mecanismos de replicação permanecem obscuras, mas elas devem ser posteriores ao surgimento das proteínas, já que um grande número de proteínas são necessárias para a sua síntese e a formação da desoxirribose é um processo bastante complexo.

EFEITOS COLIGATIVOS:

Propriedades coligativas das soluções são propriedades que surgem pela presença de um soluto e dependem única e exclusivamente do número de partículas que estão dispersas na solução, não dependendo da natureza do soluto.

Isso significa dizer que a quantidade, e não a qualidade, das partículas que estão dispersas na solução é que irá influenciar na intensidade das propriedades (ou efeitos) coligativas.

Tonoscopia: abaixamento da pressão máxima de vapor que é a pressão exercida pelos vapores de um líquido (vapores saturados) quando em equilíbrio dinâmico com o líquido em si..

Sua fórmula é dada por:

(P0 – P)/P0 = Kt W;

W = (1000ms/(Ms*ml)) – molalidade da solução;

ms – massa de soluto;

ml – massa de solvente;

Kt = Ml/1000 – constante tonoscópica;

Ms – mol do soluto;

Ml mol do solvente;

(P0 – P)/P0 = x1 – fração molar do soluto;

Dessa forma, a presença de um soluto fará com que o líquido evapore menos.

Para solutos iônicos, há que se multiplicar pelo coeficiente:

i = (1 + a(q – 1)) – fator de Van´t Hoff

a – grau de dissociação do soluto (0 ≤ a ≤ 1)

q- íons da molécula (ex. NaCl [Na +] e [Cl-], logo, q=2; Al2 (SO4)3 2[Al3+] e 3 [(SO4) 2-], logo, q = 5)

Assim, a fórmula fica:

(P0 – P)/P0 = Kt W * i;

Assim, i = 1, para solutos não iônicos.

Ebulioscopia: elevação da temperatura de ebulição.

Sua fórmula é dada por:

Te – T eo = Ke W * i;

Ke = RT^2/(1000 Lv);

R – constante universal para os gases perfeitos

T temperatura absoluta de ebulição do solvente puro

Lv - calor latente de vaporização do solvente puro

Crioscopia: abaixamento da temperatura de fusão.

Sua fórmula é dada por:

Tco – T c = Kc W *i ;

Ke = RT^2/(1000 Lf);

Lvf - calor latente de fusão do solvente puro;


Osmoscopia: medida da pressão osmótica. Osmose é a denominação dada ao fenômeno da difusão do solvente através de membranas.

Quanto à permeabilidade as membranas classificam-se em:
- Membranas permeáveis: são membranas que deixam difundir o solvente e o soluto.
- Membranas semipermeáveis: são membranas que deixam difundir apenas o solvente, impedindo a difusão do soluto.
- Membranas impermeáveis: são membranas que não deixam difundir nem o solvente e nem o soluto.

Quanto à origem:

Membranas naturais: são membranas de origem animal ou vegetal, como o pergaminho, o papel de celofane e a bexiga de porco. As membranas naturais não são empregadas no estudo dos fenômenos osmóticos quando se exige precisão nos resultados, uma vez que não são perfeitamente semipermeáveis e deixam difundir tambem pequenas quantidades de soluto.
- Membranas artificiais: são membranas de origem industrial e são mais usadas devido a sua semipermeabilidade ser mais perfeita. A membrana de Traube-Pfefffer é uma das mais importantes e consiste de um cilindro de porcelana porosa, impregnado de ferrocianeto de cobre II.

Sua fórmula é dada por:

P = (msRT *i)/(Vl*Ms);

ms – massa de soluto;
Ms – mol do soluto;
Vl – volume da solução;

Quanto às soluções, classificam-se em:

Hipotônicas em relação à outra se sua pressão osmótica for menor que a da outra;

Isotônicas em relação à outra se sua pressão osmótica for igual à da outra;

Hipertônicas em relação à outra se sua pressão osmótica for maior que a da outra;

A pressão osmótica é a responsável pela subida de água até as folhas d uma árvore, bem como, quando aliada ao metabolismo explica por que peixes de água salgada não vivem em água doce e vice-versa.

Peixes de água salgada são hipotônicos em relação ao ambiente em que vivem. Assim, realizam trabalho de modo a manterem seu equilíbrio interno, não deixando sais entrarem em seu corpo. O mesmo vale para peixes de água doce, os quais são hipertônicos em relação ao meio não deixando água entrar em seu corpo. Este trabalho ocorre por meio de reações metabólicas.

Os três primeiros temas ora apresentados foram estudados por Raoult, enquanto que o último foi estudado por Van´t Hoff.

Todas as propriedades coligativas surgem da redução do potencial químico do solvente em contato com o soluto que causa o abaixamento da pressão de vapor, o aumento da temperatura e da ebulição, a diminuição do ponto de fusão e o aumento na pressão osmótica.

Portanto, a energia de Gibbs do sistema, se reduzida, leva-o ao equilíbrio.


POTENCIAL QUÍMICO:

Potencial químico de um elemento é a energia livre parcial de Gibbs (é a obtida quando se dividem os termos da equação pelo mol) deste elemento dentro de uma solução. Deste modo podemos considerá-lo a força motriz para a difusão de átomos, num sentido amplo da palavra.

À medida que uma reação química ocorre, a composição e, portanto, as propriedades do sistema também mudam. Assim, a energia de Gibbs passa a ser escrita como:

dG = Vdp – SdT + soma (dG/dni)*dni
sendo:

m = (dG/dn)– o potencial químico;
dn – a variação no número de moles durante a reação.

Dentre as propriedades do potencial químico, tem-se que a matéria escoa de uma região de alto para uma de baixo potencial, além do que um potencial químico alto para um componente sistema implica na tendência de escape deste componente.

Logo, a redução do potencial químico do solvente implica aumento da temperatura em que ocorrerá o equilíbrio líquido-vapor (o ponto de ebulição é aumentado) e diminui a temperatura em que ocorre o equilíbrio sólido-líquido (o ponto de fusão é diminuído).

A origem molecular da diminuição do potencial químico não está na energia de interação entre o soluto e as partículas do solvente, porque a diminuição também ocorre em soluções ideais (as quais têm entalpia de mistura igual a zero).

A entropia do líquido reflete a desordem de suas moléculas e a pressão de vapor reflete a tendência da solução em aumentar sua entropia, o que pode ser conseguido se o líquido vaporizar para formar um gás mais desordenado.

Quando o soluto está presente, ele contribui para aumentar a entropia da solução e a tendência dela em formar gás é diminuída. Assim o ponto de ebulição é aumentado.

Da mesma forma, o aumento da desordem da solução pela adição do soluto contribui para que ela permaneça em seu estado sólido e não funda, diminuindo o ponto de fusão.

A redução do potencial químico para um gás ideal é:

m1 = m0 +RT * ln(xs)

xs – fração molar do soluto
m1 – potencial químico da mistura
m0 potencial químico da espécie pura

m1 < gi =" soma" gi =" nRT">

Do ponto de vista sub-microscópico, as interações moleculares entre as moléculas de solvente não serão as únicas.

Haverá também interações soluto-solvente. A quantidade destas interações dependerá da quantidade de soluto presente na solução. Se o sistema é constituído por duas fases e, se o soluto está presente em apenas uma delas, então, o potencial químico do solvente na solução será, (a T e P fixos) menor que o do solvente na fase pura.

O sistema deverá se equilibrar, evidenciando os efeitos coligativos, como o decréscimo da temperatura de fusão, e o aumento da temperatura de ebulição.

EQUILÍBRIO QUÍMICO:

Considere um sistema fechado que seja constituído de uma mistura de várias espécies químicas que podem reagir entre si.

A equação para tal fenômeno é dada por:

Soma (νi *Ai) = 0

νi – coeficiente estequiométrico (negativo para reagentes e positivo para produtos);

Ai – formula da substância. À medida que a reação avança, tem-se:

dG = soma(mi * dni) dni – variação do número de moles resultante da reação química, sendo que dependem das relações estequiométricas entre as substâncias.

Considre que a reação avança de ζ moles sendo ζo avanço da reação.

Desse modo, o número de moles de cada substância será dado por:

ni = nio + ν* ζ

assim,

dni = ν* dζ

sendo:

dG = soma (νi*mi) dζ dG/ dζ = soma (νi*mi)

que é a taxa de aumento da energia de Gibbs da mistura com o avanço da reação. Se negativa a reação será espontânea, do contrário, não espontânea, indo no sentido da reação reversa. Logo, a energia de Gibbs da reação é dada por:

Gf – Gi = soma (νi*mi).

Desse modo, o avanço na reação é função da pressão, da temperatura e do número de moles dos reagentes.

Sendo que no equilíbrio, Gf – Gi = 0. Com isso, pode-se compreender que se a variação da energia de Gibbs for negativa, uma reação espontânea poderá tranqüilamente ocorrer, mesmo com redução da entropia do sistema.

SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA - A MÁ FÉ CRIACIONISTA PROSSEGUE (PARTE 3)

Ou será que pelo fato da Terra não ser um sistema fechado, encontraremos o calor indo do frio para o quente?

[No sistema fechado não. Ex. único sistema fechado a ser considerado é o universo, mas suas propriedades estão além da termodinâmica. O caso apontado está respondido acima.

Neste ponto, para responder o questionamento acima, teremos de nos remeter à espontaneidade de processos.

Um aparelho de ar condicionado refresca o ambiente interno mantendo-o a 20 C, jogando calor para o ambiente externo a 40 C. Não se trata de um processo espontâneo. Há trabalho sendo realizado pelo aparelho.

Tal processo não foge a primeira e nem a segunda lei, embora reduza a entropia do ambiente interno.

Mas se considerarmos o sistema completo (ambiente interno e suas vizinhanças (desde a usina hidrelétrica até o aparelho de ar condicionado), o balanço de entropia será positivo. ]

Queremos demonstrar que entendemos a importância do sistema fechado, mas não concordamos com esse exclusivismo absurdo de que a lei só funcione em sistema fechados, uma vez que a contemplamos cotidianamente.

[Como todo bom criacionista, você não concorda com o comportamento da natureza que seja contrário as suas crenças.

Mas, infelizmente é assim que ela funciona, ela não está nem ai para suas crenças e para seus valores. Ela é o que é e não o que deveria ser.

A entropia, no que se refere á degradação de sistemas continuamente, vale apenas para sistemas fechados, uma vez que estes não trocam energia com meio externo a fim de realizar trabalho de organização, seja em nível molecular, seja na estrutura como um todo.

Exemplo: reações onde ocorre contração de volume entre reagente e produto - formação de cloreto de amônia a partir de cloro, hidrogênio e nitrogênio.

(1/2)N2 + 2H2 + (1/2) Cl2 ---> NH4Cl

A variação de entalpia na formação é negativa (reação exotérmica) e sua variação de entropia na formação é negativa (diminui a desordem, pois diminui o volume de 3 para 1 unidade).

Mas como resolver isso? Seria deus?

Não, é uma função de estado denominada de energia livre ou de Gibbs.

Sob as condições dadas, é esta energia quem dirá se o processo será ou não espontâneo, seja ele físico ou químico.

Assim, um valor negativo de entropia em determinada reação química não impede que ela ocorra, apenas a dificulta.

A equação da energia de Gibbs ou da energia livre é dada por:

(Gf – Gi) = (Hf – Hi) – T (Sf – Si), (será esclarecida mais adiante).

Isso significa que se a reação possuir uma entalpia negativa, seguramente a reação ocorrerá, sendo que o universo como um todo ficará mais desorganizado em virtude do calor desprendido para a vizinhança.

Isso significa que: as moléculas da vizinhança ocuparão estados quânticos de maior energia, o que promove maior desordem no universo como um todo.

Por exemplo, hidrogenação de benzeno para cicloexano tem entropia negativa (há redução de volume) e variação de entalpia negativa, sendo que a reação se processa a temperatura ambiente. Tal processo será espontâneo.

Mas, acima de 300 C forma-se benzeno, pois T (Sf – Si) contribui positivamente e será maior que a variação de entalpia. Tal processo não será espontâneo, pois temos de fornecer energia para que ocorra.

Porém, nenhum deles foge nem a primeira e nem a segunda lei, pois a energia e as massas se conservam e o balanço de entropia como um todo será positivo, seja pelo calor lançado ao ambiente na primeira reação (Gf – Gi), seja pelo calor fornecido na segunda reação (Q) pelo nosso bico de Bunsen que está queimando gás natural e aumentando a entropia das vizinhanças, pois apenas parte dessa energia está aquecendo nosso balão de ensaio.]

Para que fique bem claro, não estou dizendo que em um sistema aberto não encontramos redução de entropia, pois pode ter certeza que encontramos, agora tal redução jamais pode ser comparada a complexidade da formação da vida, ainda que unicelular, por obra do simples acaso.

[Acaso formando a vida... Teoria da abiogênese igual à teoria da evolução... sai dessa, Xavier. Isso é uma grande besteira que criacionistas inventaram, misturando conceitos para confundir leigos.

De início, origem da vida nada tem a ver com teoria da evolução, que se trata de como as espécies (não vida) surgem e se diversificam se adaptando ao meio em que vivem.

A partir de que algo que possa ser considerado como vivo tenha surgido (e não foram criaturas unicelulares), a natureza passa a se valer da seleção natural.

Nas hipóteses criacionistas, parte-se de reações químicas e se chega a uma bactéria. Quanto à teoria da abiogênese, parte-se das reações químicas para os polímeros; destes para os polímeros replicantes; destes para os hipercíclos; deste para os protobiontes e por fim, chega-se as bactérias simples.

Todavia entre o estágio hiperciclo/protobionte, há muitos estágios que estão sendo estudados e tem se descoberto que cada estágio se associa a uma pequena mudança, a qual altera a complexidade e a organização molecular a partir de produtos químicos presentes no meio.

Assim, em vez de haver um salto deixando um vazio imenso, os produtos oriundos das reações químicas vagarosamente levam em direção a formar um organismo.

Veja aqui.

Nenhuma reação química se dá por acaso. Existem muitas propriedades atômicas para que elas ocorram. Isso até um estudante de nível médio sabe.

Há ainda catalisadores ou inibidores e condições como pressão, temperatura e quantidade de reagentes e produtos, tema estudado em cinética química e questões de deslocamentos de equilíbrio estudadas pelo princípio de Le Chatelier, além de questões estereoquímicas (espaços para que as colisões entre átomos aconteçam e a reação ocorra), estudados pela isomeria e mecanismos de reações orgânicas, em química orgânica, bem como por mecanismos de reações inorgânicas, em química inorgânica.

Numa terra pré-biótica as condições eram extremas. Não pense em seres com DNA como os de hoje, mas em DNA primordial, muito mais simples e bem diferente do que temos hoje.

Um novo capítulo que está sendo estudado para explicar a origem da vida é a teoria dos hiper-ciclos de Günther Wächtershäuser. Parte destes hiper-ciclos já foi desvendada.

Assim, a vida pode ter surgido de forma bem mais simples que a conhecemos hoje. Basta que o hiper-ciclo consiga captar energia do meio, através de uma membrana, que muito bem poderia ser feita de compostos ferrosos, cresça e se reproduza para ser considerado como vida.

A partir daí, entra em ação a seleção natural, que manterá os melhor-adaptados ao meio em seu curso de sobrevivência.

Ao captar energia do meio, o organismo ou hiper-ciclo realiza reações metabólicas (as reações acopladas) a fim de produzir trabalho, sobreviver e mesmo evoluir, exatamente como a vida funciona hoje.

Estas reações são espontâneas e conseguem montar um bebê no útero materno a partir de alimentos degradados pelo metabolismo da mãe.

Estes se tornam matéria importante para que o bebê se desenvolva, cresça e um dia nasça e se torne um adulto. É desordem culminando na ordem.

Na prática isso é muito fácil de vermos, não podemos construir um carro que converta integralmente calor em trabalho, mas é fácil (natural) convertemos trabalho em calor, é o que acontece por exemplo quando esfregamos as nossas mãos, convertemos energia mecânica em calor facilmente, agora inverter o sistema, fazer com que o calor ponha nossas mãos em movimento, já não é algo tão simples, como nos mostra mais uma vez os professores Calçada e Sampaio:As energias mecânica, elétrica, química, nuclear, etc., tendem a se “degradar”, espontaneamente e integralmente em calor. No entanto a conversão inversa, de calor em energia mecânica, por exemplo, é, como veremos, difícil e nunca integral.[iv]

[Isso é o óbvio, pois o moto contínuo não existe e também não existem máquinas com 100% de rendimento, como atesta o enunciado da segunda lei.

Calor é a forma mais degradada da energia, a qual ocorrerá dentro de um sistema fechado, de forma irreversível. Caso um sub-sistema aberto não mais seja alimentado pelo exterior ou por outros sub-sistemas, colapsará, tendo toda sua energia sido degradada em calor.

O calor escapa para o meio externo ao sistema, por exemplo, uma televisão converte energia elétrica em sonora, luminosa (que também se converterão em calor) e calor, mas nosso corpo ao captar a energia luminosa, sonora e calor as converte em energia elétrica que leva a mensagem ao nosso cérebro.

Isso se dá porque realizamos reações metabólicas, que demandam muito trabalho a partir de energia que captamos do meio externo (alimentos).

Mas posso abrir o bico do gás e aquecer uma chaleira de modo ao vapor mover um pistão. O exemplo disso é uma locomotiva a vapor.

O calor pode ser convertido em energia, mas o rendimento é baixo, como demonstram as máquinas de Carnot.

Parte deste calor é perdido para o meio, é utilizado na energia de ativação para a combustão do gás, é utilizado para aquecer as moléculas do alumínio da chaleira e da água, torna-se energia sonora, vapor perdido, calor perdido por radiação, calor perdido na expansão do vapor para realizar trabalho no pistão, etc.

Mas está de acordo com a conservação da energia e com a segunda lei, sem ser um processo espontâneo, como, por exemplo, eu colocar o livro de volta na estante.]

A lei nos mostra portanto que a ordem é possível, mas requer o que nós entendemos como degradação de energia muito grande. Veja, quando queremos aquecer um ambiente essa tarefa nos parece fácil, ocorre rapidamente e consome pouca energia se comparada com o processo inverso, por isso que ar condicionado gasta tanta energia elétrica, uma vez que para tirarmos 100 joules de calor do ambiente teremos que gastar pelo menos uns 300 joules de energia, ou seja, o processo inverso ocorre, mas para que a desordem, o caos se torne ordem, ou seja, para um estado de agitação térmica maior (maior temperatura) tornar-se um estado de menor agitação térmica (menor temperatura), é necessário que um trabalho seja realizado sobre o sistema, o trabalho deve ser realizado por um agente externo, que nesse caso é o compressor do ar condicionado que faz todo o trabalho, a custa de uma enorme quantidade de energia elétrica.

Então agora vamos pensar um pouco, será que o ar condicionado violou a Segunda Lei da Termodinâmica? Sabemos que não, contudo não acharemos ar condicionados surgindo pelo acaso, são obras de mãos humanas inteligentes que desenvolveram o projeto.

[Tal argumento é infantil. O ar condicionado reduz a entropia do subsistema aberto denominado casa, mas aumenta a do sistema como um todo, pois usa energia elétrica que é produzida por processos irreversíveis.

Se quisermos aquecer uma casa no Pólo Norte (elevar a temperatura de –40 para 20 C), será bem mais difícil que fazê-lo no Saara (elevar a temperatura de 45 para 50 C); aquele processo demandará bem mais energia que este. Vice-versa para congelar um alimento (no Pólo Norte nem de geladeira precisaremos; a energia gasta para tal será zero).

Não dê este ar de DI a seus argumentos tentando induzir que apenas alguma coisa inteligente poderia realizar uma redução de entropia.

Em absoluto que o ar condicionado não viola a segunda lei, pois é um sistema aberto sendo alimentado pelo meio a fim de que realize trabalho.

Um pé de feijão consegue reduzir sua entropia muito bem, por meio de suas reações metabólicas e, ao que parece, não se trata de um ser inteligente.]

E o Sol? Não poderia fornecer energia para o surgimento da vida, e a conseqüente redução da entropia? Sim, e o Sol o faz, mas o que vemos é vida surgindo de vida e não vida surgindo de não vida.
O que estamos afirmando com isso é que a energia Solar é suficiente para manter a vida e não para criá-la da matéria morta, e a maior prova disso é que quando olhamos para o sistema solar ou até pra fora dele, simplesmente não encontramos nenhum tipo de forma de vida, nada, zero, apesar do Sol está fornecendo energia para os outros planetas. Se fosse algo assim tão simples como querem os evolucionistas estaríamos encontrando vida em todo o sistema solar, mas porque não encontramos?

Simplesmente porque a segunda lei, continua atuando mesmo com a presença do Sol. Mas será que a energia proveniente do Sol não seria suficiente para permitir o teste de combinações que possibilitassem o surgimento da vida? Para respondermos essa pergunta vamos falar de algo que nem de longe é vida, mas está relacionada com ela, vamos falar sobre a “simples” hemoglobina segundo as palavras do cientista Issac Asimov:Existem 135 x 10^165 possíveis combinações para a hemoglobina. Para se realizar as combinações necessárias seria consumida a energia e a matéria de 10 sextilhões de universos por segundo, durante 10 trilhões de trilhões de anos para se produzir as combinações de hemoglobina, por acaso.[v]

[A resposta para tais alegações é um tanto longa. É muito fácil valer-se de retórica vazia, porém é difícil argumentar contra ela de modo a elucidar as confusões que os criacionistas “criam”.

Bem, comecemos:

Ai, ai, ai Xavier!!!! Vida surgir de não vida... (esse é o típico erro da má retórica criacionista). A abiogênese se refere à vida surgir de matéria inerte. O que não tem vida é o que já teve e, um dia, morreu.

Não se trata de acaso, mas de reações químicas sob condições, as quais sabemos muito pouco.

Uma Terra pré-biótica possuía condições que sequer conhecemos a fundo, salvo por alguns traços deixados em rochas e por analogia com outros planetas do Sistema Solar, pois todos foram formados pelas mesmas coisas.

Ao menos sabemos que temperaturas e pressão eram extremas, que havia tempestades colossais, vulcanismo extremo e constante bombardeamento por asteróides e cometas (estes trouxeram cerca de 70% da nossa água e provavelmente muitos compostos orgânicos).

AS REAÇÕES QUÍMICAS:

Como disse, reações químicas não ocorrem por acaso. Isso é bem explicado pela teoria das colisões que trabalha sob três premissas:

Freqüência de choques – quanto maior essa freqüência, maior a velocidade das reações;

Energia dos choques – quanto maior, mais violentos os choques e maior a velocidade da reação;

Orientação apropriada das moléculas – depende do tamanho e forma que a molécula assume. Se propiciarem um choque que permita a quebra dos produtos mais facilmente, teremos uma reação mais veloz. Isso será discutido mais adiante no que se refere à formação de produtos quando tratarmos de estereoquímica de isômeros.

Todavia, o que interessa mesmo são os dois primeiros, os quais são influenciados por: calor, pressão, luz, concentração dos reagentes, o estado em que se encontram os reagentes (sólidos, solução pulverizados), eletricidade e catalisadores.

Desta gama de fatores, o que mais influencia a ocorrência de uma reação é a temperatura, pois aumentará a energia e a freqüência dos choques, além de ser o fator principal para fornecer uma energia de ativação (energia mínima para que as moléculas possam reagir ao se chocarem).

Mas para que uma reação seja espontânea, devemos ter uma energia de Gibbs (dG) negativa, ou seja, deverá ser exergônica.

Quanto às reações químicas, dividem-se em:

exotérmicas - são aquelas que liberam calor para o meio (queima de petróleo), ou seja, possuem uma variação negativa de entalpia (calor recebido ou perdido em um processo sob pressão constante, sendo para os processos químicos denominado de calor de reação)

endotérmicas - são aquelas que absorvem calor do meio (transformar carvão em diamante), com variação positiva de entalpia.

Sabendo que a equação da energia de Gibbs ou da energia livre é dada por:

dG = dH – T dS, sendo:

dG a variação da energia de Gibbs ou saldo de energia aproveitável. Esta energia será liberada a partir do sistema, de modo a levar suas moléculas a um nível energético mais baixo em busca de maior estabilidade.

dH a variação de entalpia do sistema ou energia liberada pela reação. Esta energia é dada pela diferença entre a energia interna dos produtos menos a dos reagentes (ou seja, dE = Up - Ur ) mais o trabalho de expansão (positivo quando há expansão e negativo quando há contração). Logo, dH = dE + t ou Qp = Qv – t. Se dH menor que zero, tem-se uma reação exotérmica, do contrário será endotérmica.

Mas, boa parte das reações que ocorrem nos seres vivos são não espontâneas, ou seja, seu dG é positivo (endergônicas).

E agora? Será que é o poder de Deus?

Claro que não!!! Existe uma coisinha denominada “reações acopladas”. Estas reações envolvem mais de uma reação para que determinado processo metabólico ocorra, como, por exemplo, malhar na academia, o que envolveria um grande aumento em dG.

Tal processo está acoplado a um decréscimo de dG bem maior que o aumento o que resulta em um dG menor que zero).

No que se refere à estereoquímica, o carbono, que é o que compõem os produtos orgânicos, possui uma estrutura tetraédrica. Isso propicia a isomeria “cis-trans” e a isomeria óptica. Ambos são de grande importância no estudo da química orgânica a fim de que entendamos mecanismos de reação.

No caso da isomeria cis-trans, os isômeros trans reagirão muito mais intensamente que os cis, pois seus espaços moleculares são muito maiores.

Para o caso dos isômeros ópticos, há substâncias e catalisadores que direcionam as reações químicas para um ou outro tipo de isômero.

O mesmo ocorre em sua produção. Podemos direcionar as reações de acordo com as propriedades de cada um dos isômeros (daí a vida ser de direita).

Mas seria Deus o responsável por tal engenharia? Infelizmente, ainda não!

Um dG menor que zero não é garantia de que uma reação irá de fato ocorrer. Apenas indica que a termodinâmica está de acordo com a conversão de reagentes em produtos. Mas não traz detalhes a respeito de como ocorrerá esta conversão.

A termodinâmica se refere ao equilíbrio da reação, enquanto que a cinética química se refere à evolução da reação química até que ela atinja o equilíbrio. Pela teoria do estado de transição, quando uma reação ocorre, o sistema passa por uma configuração estrutural de energia máxima, antes de atingir a configuração final dos produtos. Por esta teoria, a velocidade da reação é determinada pela passagem do sistema por essa configuração que se denomina estado de transição ou de energia máxima.

Assim, a constante de velocidade para o estado de transição é dada por:

K = (KbT/h) * e ^ (- (Gaf – Gai)/(RT)) q

ue é a equação de Eyring, onde:

Kb – constante de Boltzmann

T – temperatura absoluta

h – constante de Planck

R – constante dos gases perfeitos

Gaf – Gai – energia livre de ativação que é um número positivo, uma vez que há necessidade de se fornecer energia para que a reação ocorra e é dada por dGa = dHa – T dSa.

Essa energia é denominada energia de ativação e é ela quem determina a velocidade da reação. Com isso, pode-se perceber que as forcas de ligação se tratam de fenômeno meramente termodinâmico, medido por dG = dH – T dS, enquanto que a reatividade é fenômeno cinético, medido por K, sendo que não há relação entre força de ligação e reatividade química. Mas como controlar a velocidade de uma reação química, ou seja, a energia de ativação?

O responsável por isso são os catalisadores e inibidores. Estas substâncias são: metais, óxidos metálicos, ácidos, bases, enzimas, substancias que se oxidam ou se reduzem facilmente. Aceleram, retardam ou direcionam um processo para que haja um aumento de rendimento na formação de determinado produto, uma vez que propiciam que a reação ocorra por outros caminhos. Dessa forma, (Gaf – Gai) diminui e (Gf – Gi) não sofre alterações.

O fenômeno da catálise ocorre em superfícies metálicas e com as enzimas em seres vivos. Numa terra pré-biótica pobre em oxigênio, ficamos com ácidos (HCl, H2SO4, H2S, HNO3 e ácidos orgânicos) e metais (ferro tinha muito e em estado metálico, fosse nos oceanos, fosse em terra firme e combinado com enxofre (pirita).

Toda a reação química atinge um equilíbrio químico quando a velocidade de formação de produtos e de reagentes se iguala. Dependendo das condições, conforme estabelece o princípio de Le Chatelier, a reação pode se deslocar de modo alterar sua constante de equilíbrio e aumentar sua velocidade. Pelo princípio de Le Chatelier, quando um fator externo age sobre um sistema em equilíbrio, este se desloca em busca de um novo estado de equilíbrio. Mas seria deus esse fator de desequilíbrio? Ainda não.

Eles são três:

Temperatura - se sobe desloca a reação para o lado endotérmico e vice versa.

Pressão – se sobe desloca o equilíbrio para o menor volume e vice versa.

Concentração de reagentes e produtos - se sobe, desloca o equilíbrio para que ocorra seu consumo e vice versa.

Ora, vulcões, meteoros e raios podiam propiciar esses três fatores de deslocamento de equilíbrio. Os vulcões eram fontes de uma enorme gama de moléculas (S2, H2S, CO, CO2, H2O, O2, sulfetos, sulfatos, sulfitos, carbonatos, nitratos, ácidos inorgânicos, etc), bem como a atmosfera que parece ter sido rica em CH4, NH3, CO2, CO e H2O, sob ação de raios formando aminoácidos entre outros compostos orgânicos além de nossos cometas e asteróides trazerem consigo água, metais, rochas e mais compostos orgânicos formados durante a os primórdios do Sistema Solar.

O princípio de Le Chatelier vale também para sistemas físicos (fusão, ebulição, condensação, etc).

Assim, podemos também definir a entropia como a capacidade de um sistema se transformar espontaneamente, que o levará a um estado final de equilíbrio. Quanto mais afastado (termodinamicamente) estiver o estado inicial do final de equilíbrio, tanto maior a capacidade do sistema se transformar espontaneamente.

O estado de equilíbrio se denomina estado de estabilidade termodinamicamente uniforme. Quanto maior essa diferença termodinâmica entre os estados inicial e final maior será sua variação de entropia. Assim, o que nos interessa é sua variação (dS), pois é ela quem mede a diferença entre os estados inicial e final de equilíbrio do sistema, ou seja dG = 0, onde dH = T*dS.

O aumento de entropia no sistema como um todo, seja ele aberto ou fechado é dado a partir da idéia do ciclo de Carnot onde:

Q1/T1 = Q2/T2 = k = mc

Q1/T1 + Q2/T2 = 0

e, sendo a entropia uma variável de estado (dada por um ciclo, não importa o que ocorreu, importa o estado de início e o de fim), ela é dada por:

dS = dQ/T

sendo calculada pela integral fechada do percurso que resulta em zero para sistemas onde ocorrem processos reversíveis, que não são naturais.

Diferentemente, o trabalho e o calor não se tratam de variáveis de estado, uma vez que diferem de zero quando da operação do ciclo de Carnot. Para processos irreversíveis, que são os naturais:

dSt > dQ/T.

Entretanto, para levar processo de volta ao seu estado inicial, deve-se realizar trabalho sobre ele. Assim, o processo sofre certa degradação termodinâmica.Esta expressão significa que o processo perde parte de sua capacidade de realizar trabalho.A degradação termodinâmica corresponde a um desperdício de energia que, de outro modo, poderia ter sido utilizada, é comum referir-se a ela como uma degradação de energia.

A entropia é a grandeza física que dá uma medida desta degradação termodinâmica. Logo, em todos os processos irreversíveis existe, em maior ou menor grau, certa degradação termodinâmica.

Como vimos, a entropia se correlaciona à energia de Gibbs e à reversibilidade e equilíbrio de sistemas.

Não basta apenas dG menor que zero para que uma reação ocorra; há que se considerar os fatores cinéticos (aqui envolvido o equilíbrio químico, estereoquímica e catálise ou inibição) para que a reação ocorra de modo mais célere.

Devemos também consideras as propriedades periódicas, como potencial de ionização, volumes atômicos, energia de ionização (energia para retirar um elétron de um átomo), eletroafinidade (energia para anexar um elétron ao átomo), eletronegatividade (decorre das duas anteriores) e reatividade química e aperiódicas (calor específico do elemento no estado sólido) dos elementos.

Quanto ao carbono, sua química é singular, sendo suas ligações, na maioria, covalentes (compartilhamento de elétrons, diferentemente das iônicas em que há perda ou ganho de elétrons). Desse modo, uma reação química que pudesse resultar em um sistema auto-suficiente, que se alimenta do exterior, não violaria de forma alguma a segunda lei da termodinâmica.

Reações única e exclusivamente espontâneas se dão apenas em sistemas fechados (o único considerado sendo o universo), sendo que em sistemas abertos (a natureza) ocorrem as reações espontâneas e não espontâneas. A química singular do carbono, a cinética química, a isomeria, os processos metabólicos e as propriedades periódicas e aperiódicas explicam o porquê das reações químicas.

SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA - A MÁ FÉ CRIACIONISTA PROSSEGUE (PARTE 2)

A segunda lei portanto trata também da probabilidade de um evento ocorrer, ou seja, como no universo existe uma preferência natural de certos eventos em detrimento de outros, tal assimetria aponta no sentido da ordem para desordem, de forma que o entendimento mais amplo da segunda lei é que os sistemas tendem a se desorganizarem, tal bagunça, daqui por diante denotaremos de entropia.

[ISSO VALE PARA SISTEMAS FECHADOS, OU SEJA, AQUELES QUE NÃO RECEBEM ENERGIA ADICIONAL DO EXTERIOR PARA TRANSFORMÁ-LA EM TRABALHO E ASSIM CAMINHAR EM SENTIDO INVERSO. QUANDO O SISTEMA NÃO TEM MAIS ENERGIA PARA REALIZAR TRABALHO CERTAMENTE COLAPSARÁ NO VULGARMENTE CONHECIDO POR DESORDEM OU ENTROPIA, POIS O SISTEMA TENDERÁ A BUSCAR O SEU ESTADO MAIS BAIXO DE ENERGIA. Xavier, escreva isto 100 vezes para que possa entender a diferença entre sistemas abertos e fechados.]

O que vemos na prática é que quando queremos organizar um sistema, é necessário que um agente externo forneça energia na forma de trabalho a fim de diminuir a entropia do sistema, ou seja, se você quiser seu quarto ou casa organizados, você (agente externo ao sistema) terá de trabalhar, e trabalhar muito, para organizar as coisas, ao final de tudo verá que gastou mais energia para organizar do que o seu quarto gastou para desorganizar-se, uma vez que grande parte da energia gasta na organização acaba por se degradar.Temos que ressaltar que todo o entendimento da segunda lei é estatístico, baseado em probabilidade, ou seja, existem eventos que estatisticamente são mais prováveis de ocorrer, seja a nível macroscópico ou microscópico.

[Isso é óbvio. O evento de numa sala o ar se separar em Oxigênio, Nitrogênio, Hidrogênio, Argônio, Kriptônio, Gás Carbônico e demais gases em cantos distintos desta sala existe, mas é altamente improvável, se o esperarmos que ocorra naturalmente.

Todavia, caso realize-se trabalho o quadro muda, reduziremos a entropia deste ambiente e aumentaremos a do exterior.

É exatamente o que ocorre com processos naturais. A energia adicional acrescida ao sistema aberto é quem fornecerá o elemento necessário a que se realize trabalho.

Mas viria essa energia de deus?

Não, grosso modo, esta energia se manifesta em calor fornecido pelo planeta, movimento de águas e de ar, ação da gravidade, energia eletromagnética e alimentos colhidos do meio ambiente e processados pelos organismos.

Se nosso quarto pode ser arrumado, estamos em um ciclo reversível (ex. tiro um livro da estante e ponho no chão; me levanto; me abaixo, pego o livro e o devolvo a estante).

Para ciclos reversíveis, pode se afirmar que ele se trata de um conjunto de ciclos de Carnot, por meio dos quais, ligamos as isotermas, por meio de curvas adiabáticas convenientemente escolhidas. Com isso, nos aproximaremos do ciclo real.

Assim, ciclos de Carnot adjacentes possuem uma isoterma em comum e, ao percorrê-los, as travessias em sentidos opostos se cancelam mutuamente onde se superpõem, seja para o calor transmitido, seja para o trabalho realizado.

Assim, de modo infinetesimal, tem-se:

Soma (Q/T) = 0, que pode ser dada pela integral fechada no percurso completo do ciclo, que começará e terminará no mesmo ponto.

Assim, a entropia uma variável de estado, ou seja, seu valor é apenas característico do estado do sistema, não importando como tal estado foi atingido.

Isso pode ser explicado da forma que as propriedades de uma variável de estado, entre dois estados de equilíbrio quaisquer tem o mesmo valor para todos os caminhos reversíveis que ligam esses estados, ou seja: integral de dS de a a b + integral de dS de b a a .

Logo, para processos reversíveis, o balanço da entropia para o sistema mais vizinhança será zero.

Todavia, tanto o calor Q quanto o trabalho t não são variáveis de estado. Ambos diferem de zero para qualquer ciclo.

O trabalho é numericamente igual à área limitada pela curva representativa do ciclo, sendo os estados inicial e final os mesmos o que não acarretará variação de energia interna dU para o sistema.

Assim, o trabalho é dado por: t = Q1 – Q2, onde Q1 é o calor fornecido e Q2 é o calor perdido pelo sistema.

Mas para uma máquina funcionar, ela deve utilizar combustível, sendo tal utilização um processo irreversível (queima de diesel ou fissão nuclear de U235).

Embora o processo reversível resulte num balanço de entropia zero (ex. geladeira reduz sua entropia interna e aumenta a do meio jogando fora calor, sendo o balanço zero), a fonte de energia para realizar tal trabalho não resultará em balanço de entropia zero.

Numa queda de água a energia potencial da água (a água sai de um estado para outro) move a turbina que fornece a energia para o motor da geladeira, sendo este balanço de entropia diferente de zero, pois temos um processo irreversível (perdas por atritos, perdas por efeito Joule, energia sonora, energia de convecção, etc).

Assim, ciclos reversíveis não existem de forma alguma. São apenas aproximações a fim de criarmos modelos teóricos para o estudo da termodinâmica.

O mesmo se dá para arrumarmos ou desarrumarmos nosso quarto. Para o ciclo reversível do livro, o balanço entre o ciclo e a vizinhança é zero.

Mas para mim, que estou realizando o trabalho de tirar e por este livro na estante, ocorrem processos irreversíveis em meu metabolismo, o que resultaria, no total, um balanço de entropia maior que zero entre mim e a vizinhança.

Devemos lembrar que variação de entropia não é variação de energia, como visto anteriormente. O que é fornecido e gasto no sistema é energia e não entropia.

Meu quarto não se desorganizará nem se organizará sozinho, nem se consumido pelo tempo. Isso demandará energia.

Sendo eu o agente desta desorganização, pode ser que eu demande pouca energia simplesmente atirando minha estante ao chão (realizei trabalho), sendo o resto feito pela diferença de energia potencial entre as posições na estante e o chão.

Obviamente que demandarei mais energia para realizar trabalho e pôr tudo em ordem. O ciclo (processo reversível) “baderna – arrumação”, com sua vizinhança resultou em entropia zero, mas o processo irreversível formado por mim e pelo ambiente, teve um balanço de entropia positivo.
Ambos os processos demandaram energia a qual eu tirei dos alimentos e processei em meu organismo por meio de reações metabólicas.

Desse modo, podemos perceber que ao receber energia externa um subsistema poderá ir tranqüilamente de um estado a outro, ou seja, poderá ter sua entropia reduzida (o quarto) sendo que o sistema como um todo terá sua entropia aumentada (o meio que cerca os subsistemas quarto e eu).

O evento “livro cair da estante e eu colocá-lo de volta”, está perfeitamente de acordo com a primeira lei da termodinâmica (aspecto quantitativo da termodinâmica) que se trata da conservação de energia.

Esta lei nada diz se o processo poderá ou não ocorrer, sendo que, somente aqueles, onde a energia se conserva, é que podem realizar-se, nada dizendo sobre sua espontaneidade, que será tratado pela segunda lei (aspecto qualitativo da termodinâmica).

Mas, podemos comparar o evento arrumação do quarto com eventos relacionados a reações químicas?

O evento “arrumação do quarto”, se isolado do arrumador, é meramente um fenômeno físico, não envolvendo reações químicas.

Não fugiria nem a primeira e nem a segunda lei, se considerado em conjunto com o arrumador.

Isto será visto mais adiante em espontaneidade de reações químicas.]

Para que fique totalmente claro, essa questão de probabilidade, veremos alguns exemplos de eventos que ocorrem constantemente, e eventos que provavelmente não irão ocorrer:

I – Imagine que uma sala contenha dois orifícios por onde são lançadas bolinhas de borracha; por um orifício saem bolinhas vermelhas e por outro saem bolinhas azuis, veremos então as bolinhas saltitarem por todo o recinto enquanto a sala é preenchida por tais bolinhas. Naturalmente quando o ambiente estiver totalmente cheio de bolinhas, que cena você espera encontrar? Uma visão caótica onde bolinhas azuis e vermelhas estão misturadas, ou bolinhas azuis e vermelhas bem separadas uma das outras? É muito mais provável que você encontre uma verdadeira bagunça. Por que é mais provável? Porque a desordem tende a prevalecer em relação à ordem, ou seja, o número de configurações possíveis em que a desordem prevalece é muito maior do que aquelas que a ordem prevalece, ou seja, os sistemas tendem naturalmente a ficarem caóticos e menos complexos.

[Caso tenhamos 4 bolas azuis e 4 vermelhas, qual a probabilidade de que tiremos as 4 bolas azuis de nossa urna, sem reposição?

O evento será AAAA.

P= (4/8)*(3/7)*(2/6)*(1/5)

E de que saiam 2 azuis e 2 vermelhas (não interessa a ordem)?

Os eventos são:
AAVV, AVAV, AVVA, VAVA, VAAV, VVAA;

Logo: P = 6*(4/8)*(3/7)*(4/6)*(3/5)

Ou seja, temos mais estado do que escolhermos apenas bolas azuis. A entropia aqui é maior que o caso anterior.

E se saírem na ordem VVAA?

P = (4/8)*(3/7)*(4/6)*(3/5)

Neste caso a entropia é menor que o segundo caso e maior que o primeiro, pois a medida que retiramos bolas azuis elas se tornam mais raras.

Porém, queremos apenas uma seqüência como a acima estipulada (VVAA), o que reduz a entropia do evento duas bolas vermelhas e duas azuis em qualquer ordem, pois temos menos estados para a ocorrência do evento.

Tal dedução advém do triângulo de Pascal, o qual é a demonstração conjunta das regras do “e” e do “ou” no campo das probabilidades.

Certamente o segundo estado é bem mais provável que o primeiro e o terceiro, pois há mais formas de arranjarmos os estados, conforme o evento esperado, ou seja, sua entropia é maior, pois tem mais chances de ocorrer.

Mais adiante analisaremos a relação da estatística e das probabilidades com a entropia.]

II – Quando você solta um ovo no chão, esse que tinha uma estrutura organizada se quebra, aumentando a sua entropia ou desordem. Isso me parece uma cena normal e cotidiana, afinal quem nunca deixou um ovo cair no chão e sujar toda a casa? Mas será que podemos encontrar uma cena invertida, como aquela em que rebobinamos uma fita de VHS ou um DVD, ou seja, será que veremos aquele ovo quebrado no chão voltar a se juntar e compor um ovo como o era antes? Impossível? Talvez alguém ache que não, mas certamente é algo altamente improvável, e quando falo altamente improvável é um evento que simplesmente não veríamos acontecer.

[Este é um evento que mesmo realizando trabalho não poderá ser invertido (reconstruir o ovo), exceto se nos valermos de reações metabólicas de uma galinha ou de uma criatura ovípara qualquer.

Tomemos a galinha como nossa máquina térmica.

Nossa galinha, ao comer este ovo numa prática de canibalismo infantil, realizará uma série de reações químicas e bioquímicas que gerarão trabalho para que ela ande, cacareje, mantenha sua temperatura regulada e ...bote ovos.

A galinha é um sistema aberto e, portanto, recebe energia de fora por meio de alimentos, que não a fazem degradar e morrer e lhe propiciam, inclusive, reorganizar átomos e moléculas para que coloque um ovo.

O processo galináceo não foge nem a primeira e nem a segunda leis, pois há conservação de energia e o balanço de entropia da galinha com o ambiente será positivo.

Acho que resolvi o seu sofisma.

Mas seria o poder de deus quem faz a galinha botar ovos?

Negativo! A esse tipo de evento que propiciam essa reconstrução do ovo, denominamos reações metabólicas que podem ser reações acopladas e ter assim sua espontaneidade garantida (veremos adiante).

Assim, é possível ordenar parte do universo, porém a custa de trabalho realizado, acompanhado de uma desordem maior em outra parte.]

III – Se temos um avião estacionado em uma pista de pouso e esse é atingido por um forte ciclone que simplesmente o despedaça, não acharíamos isso algo espantoso, uma vez que é uma coisa extremamente razoável de se crer. Mas se eu dissesse que logo após esse furacão veio um outro mais forte que remontou todo o avião, com certeza ninguém cairia nessa, uma vez que o segundo evento segunda a Segunda Lei da Termodinâmica apesar de não ser considerado impossível (probabilidade igual a zero) é algo extremamente improvável, tão improvável que simplesmente não ocorre.

[Os estados para que outro ciclone remonte o avião ou disponha suas peças conforme o que queremos são altamente improváveis.

O ciclone realizou trabalho ao destruir o subsistema avião, demandando energia de movimento do ar aquecido pelo Sol o qual converte seu hidrogênio em hélio e energia. O balanço de entropia foi positivo para o subsistema “sistema solar”.

Caso novo ciclone ocorra, realizará mais trabalho, demandando mais energia para re-arranjar as peças sob outra forma, seja refazendo o avião, seja dispondo as peças de outro modo.

Obviamente que o evento avião reconstruído (poucos eventos – considere porcas, parafusos, bancos, maleiros, rebites) é muito menos provável que a gama de eventos de “avião destruído” (infinitamente grande), daí ser praticamente nula a probabilidade da ocorrência deste evento.

Mas para se construir um avião o meio externo realiza trabalho. A fim de que o subsistema “avião” se organize, aumentando a entropia do meio externo e reduzindo a do subsistema “avião”.

Ainda estamos na primeira lei, ou seja, a conservação da energia e de modo algum fugimos da segunda lei.

Considerando o sistema “avião” e sua montagem ou destruição, o fenômeno é meramente físico, exceto se desconsiderados os metabolismos dos mecânicos, engenheiros, técnicos, administradores e acionistas da empresa, responsáveis para sua construção.

Mas esse tipo de raciocínio se aplicaria a eventos metabólicos que reduzem a entropia, por exemplo, do subsistema “pé de feijão” ou uma reação química?

É claro que não!

Um avião se trata de um equipamento intrincado, altamente organizado que com um ciclone se remonta por puro acaso.

A teoria da evolução não é puro acaso. Ela seleciona algumas "montagens " em lugar de outras, com base na sua aptidão em relação ao meio ambiente.

No caso de um tornado, este joga umas partes contra as outras e as separas sem qualquer discriminação. assim, não se trata de exemplo plausível para representar o que ocorre com a seleção natural.

Também, nesta analogia, o tornado transforma uma pilha de partes em uma aeronave completamente montada numa só etapa.

A evolução das espécies, ao contrário, usa um enorme número de etapas para ir de algo simples a algo complexo e cada etapa se sujeita à seleção natural.

As etapas que existem pelo caminho, partindo de seres simples e os levando a seres complexos não possuem nada de miraculoso.

Também, no argumento do avião, existe uma meta que é a de produzir um avião completo e devidamente montado. Todavia, diferentemente dos ardis apresentados pelo argumento do avião, a evolução não possui metas a cumprir. A seleção natural seleciona o que é mais conveniente no momento não vislumbrando qualquer utilidade para o futuro.

Desse modo, o argumento apresentado pelo sr. Xavier é falho e não reflete a realidade em termos do que seria a teoria da evolução.

Mais adiante veremos que o carbono se trata de um elemento especial, cuja química é singular, tornando-o capaz de formar longas cadeias consigo mesmo e com outros elementos . Abordaremos a ligação química no tópico referente à cinética química. ]

Poderíamos citar aqui dezenas de outros exemplos mas acredito que esses são bastante elucidativos. Agora porque a lei recebe esse nome de Segunda Lei da Termodinâmica? Afinal o que essa história de ordem e desordem tem a ver com termologia?

Apesar de sua enorme abrangência como vimos acima, uma vez que vários cientistas propuseram enunciados para a lei como Kelvin, Clausius, Planck, Ostwald e Carnot, a lei ganharia a sua devida importância no campo da termodinâmica, uma vez que nos mostra duas coisas bastante simples:

i – O calor propaga-se naturalmente de uma região de maior para uma de menor temperatura.[iii]

[Correto, desde que não haja trabalho externo sobre o sistema (energia elétrica gerada por energia potencial de uma queda de água e a geladeira funcionando).]

ii – É impossível a construção de uma máquina térmica que, operando ciclicamente, tenha como único efeito retirar calor de um sistema e converte-lo integralmente em energia mecânica (trabalho).

[Correto, é o que ocorre com um carro. Energia química da gasolina, grosso modo, se converte em calor, energias sonora, dissipada por atritos e de movimento.]

Agora eu pergunto aos defensores do exclusivismo do sistema fechado, será que não encontraremos no dia a dia o calor indo do quente para o frio?

[Calor indo do quente para o frio é o processo natural que não demanda energia externa.

Ainda é lei da conservação da energia, mas agora está aliada a espontaneidade do processo, o qual é de natureza física, que experimentará aumento de entropia entre o sistema “dois corpos” e o meio, como um todo.

Todavia, num subsistema determinado, este caminho poderá ser revertido.

O seu corpo faz isso ao regular sua temperatura. Não morremos de calor (se o ambiente está a 40 C seu corpo manterá os 36 C) e nem de frio (se o ambiente está a 14 C seu corpo manterá os 36 C).

Das duas formas, consumimos energia dos alimentos e água para sobreviver e o balanço de entropia no sistema como um todo será positivo. Estaremos suando no calor ou tremendo no frio.

Se não formos alimentados morreremos, pois nosso corpo entrará em colapso (desidratação e superaquecimento ou hipotermia).

Tais processos não fogem à primeira nem à segunda lei, pois mesmo que eu mantenha meu corpo resfriado (impedindo que minha temperatura interna chegue a 40 C) o balanço de entropia será positivo e a energia será conservada.]

SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA - A MÁ FÉ CRIACIONISTA PROSSEGUE (PARTE 1)

Introdução:

Desfazer o mal que criacionistas causam ao aprendizado da ciência é uma empreitada difícil.

Muitos mitos surgem no mundo do criacionismo, tais como emprego errado de conceitos científicos, distorção de fatos, texto fora de contexto, invenções de dados, atribuindo frases falsas a autoria de cientistas, frases pinçadas espertamente e preenchidas com retórica vazia, argumentos de autoridade, falácias e sofismas.

Desse modo, atacam teorias científicas ora confirmadas a fim de que com isso ganhem respaldo para que suas crenças sejam vistas como única forma de explicar o mundo natural.

Em muito isso confunde o público leigo e estudantes de nível básico e fundamental. Tal prática deveria ser proibida pelo Ministério da Educação, uma vez que formam e informam mal os estudantes, violam direitos fundamentais de crença, uma vez que os maiores opositores de teorias científicas se tratam de cristãos protestantes que a todo custo querem impor o ensino do criacionismo em escolas e universidades a fim de fazer proselitismo de suas crenças.

A implicação deste tipo de atitude é séria. Em primeiro plano, o criacionismo em nada contribui com a ciência, aliás, é um dessesviço a esta. Seu alvo principal são os jovens que ainda não possuem formação adequada para refutar as besteiras que são propagadas por essa vertente religiosa que sorrateiramente quer invadir os meios escolares e em vez de ensinar querem doutrinar, ou seja, tolher a capacidade de pensar e de raciocinar do ser humano por meio da crendice, da ignorância, da intolerância, do fanatismo e da tirania.

Penso que se o Brasil deseja ser um país de primeiro mundo deveria começar por manter-se firme na separação Estado/igreja e combater essa onda de obscurantismo importada dos meios cristãos fundamentalistas norte-americanos e de uma vez por todas acabar com essa vergonha nacional de tolerar crença religiosa travestida de ciência, que somente formará robôs que dirão “foi deus”.

Sei que sou uma gota no oceano da ignorância deste país onde a palavra de um curandeiro vale mais que a de um especialista na área. Mas não custa tentar cada um fazer a sua parte.

Vejamos a pérola abaixo:

http://ronaldoxavier.blogspot.com/2007/07/segunda-lei-da-termodinmica-e-suas.html


A Segunda Lei da Termodinâmica e suas implicações na Teoria da Evolução

(Por: Ronaldo Xavier Pimentel Júnior)

Analisando este “brilhante” artigo, percebi uma série de impropriedades no que se refere aos termos científicos utilizados. Meus comentários seguem entre colchetes:

Muito se tem debatido acerca da Segunda Lei da Termodinâmica e suas implicações na teoria da evolução. Quando argumentamos que tal lei afronta diretamente a teoria da Evolução das Espécies de Charles Darwin automaticamente escutamos a resposta pronta de que a segunda lei só é válida para um sistema fechado, testaremos à veracidade dessa informação e verificaremos se essa é capaz de passar pelo crivo da prova cientifica.
Inicialmente gostaria de explicar o que é essa tal de Segunda Lei da Termodinâmica e porque ela tem causado tanta polêmica; segundo os professores Calçada e Sampaio temos o seguinte entendimento:A Segunda Lei da Termodinâmica têm um caráter estatístico, estabelecendo que os processos naturais apresentam um sentido preferencial de ocorrência, tendendo sempre o sistema espontaneamente para um estado de equilíbrio. Na verdade, a segunda lei não estabelece, entre duas transformações possíveis que obedecem à primeira lei, qual a que certamente acontece, mas sim a que tem maior probabilidade de acontecer.[i]

[Primeiramente, devemos entender o que diz a primeira lei da termodinâmica.

Esta lei nada diz se o processo poderá ou não ocorrer, sendo que, somente aqueles, onde a energia se conserva, é que podem realizar-se (aspecto quantitativo).

Assim, nada diz sobre a espontaneidade dos processos, tema que será tratado pela segunda lei (aspecto qualitativo da termodinâmica).

A equação do primeiro princípio é dada por:

dQ = Uf-Ui + Ecf – Eci + Epf – Epi + dt

onde:

Uf-Ui – variação de energia do sistema. Esta variação de energia ocorre devido à variação na temperatura do sistema mantido a volume constante e é dada por Cv (Tf – Ti), sendo Cv a capacidade calorífica a volume constante e (Tf – Ti) a variação de temperatura absoluta (em graus kelvin);

Ecf – Eci - variação da energia cinética

Epf – Epi – variação da energia potencial

Estas variações de energia são funções de estado do sistema, ou seja, não interessa seu caminho, apenas os estados inicial e final.

dQ – calor trocado com vizinhança (fluxo de calor instantâneo)

dt – trabalho realizado contra a vizinhança

Assim, a equação acima pode ser escrita como

dQ = Ef - Ei + dt

onde Ef – Ei é a variação da energia total do sistema.

Logo, a primeira lei pode ser entendida como aplicável a todo e qualquer processo natural que decorre entre estados de equilíbrio, ou seja, a energia será conservada em todos os processos.

Todavia, pela teoria da relatividade tem-se que dE = dm c^2, que implica dizer que massa e energia se relacionam. Assim, se a energia de um sistema varia, sua massa também variará. Mas essa variação de massa é tão pequena para a nossa escala que podemos desconsiderá-la.

Quanto ao enunciado de Clausius, de que a energia do universo é constante, isso ocorre devido ao fato de que o universo é composto de uma miríade de sistemas.

Caso consideremos um sistema e a sua vizinhança, um aumento da energia do sistema será acompanhado da diminuição da energia em suas vizinhanças, o que está plenamente compatível e é decorrência da primeira lei da termodinâmica.

Da primeira lei decorre o conceito de entalpia de um sistema que demonstra que em um processo a pressão constante o calor extraído da vizinhança e igual à variação da entalpia do sistema, ou seja:

(Uf – pf Vf) - ( Ui – piVi) = Qp

logo:

Hf – Hi = Qp = Cp (Tf – Ti)

A pressão e o volume dependem do estado do sistema, logo pV é uma função de estado do sistema, sendo que a variação de entalpia do sistema também será uma função de estado.

A relação entre Cp (fácil de ser medido) e Cv (difícil de ser medido) é denominada relação de Mayer e é dada por:

Cp – Cv = R

Em segundo ponto, devemos entender o que significa a segunda lei da termodinâmica.

Esta lei se baseia na assimetria do comportamento natural, apresentando um caráter estatístico na evolução espontânea de um sistema, segundo um sentido preferencial que tende ao estado de equilíbrio.

De acordo com esta lei, nas transformações naturais, a energia se degrada de uma forma organizada para uma forma desordenada a qual é a energia térmica e tem relação com o fato de que o calor não passa espontaneamente de um corpo para outro de temperatura mais alta.

Daí o enunciado de Kelvin Planck referente á impossibilidade de se construir uma máquina que opere em ciclos e converta integralmente calor em trabalho.

Os fenômenos naturais possuem a tendência de evoluir para estados de maior desordem (será visto mais adiante quando da relação entre entropia e desordem) e, conseqüentemente de maior entropia. Assim, transformações naturais aumentam a entropia do universo.

A variação da entropia pode ser entendida como a medida de ineficácia da energia do sistema em sua evolução natural, que é a diminuição da possibilidade de se conseguir energia útil ou trabalho do mesmo.

A variação de entropia também é uma função de estado e tem relação com o aspecto qualitativo de uma transformação, ou seja, se é espontânea ou não.

Sua fórmula é dada por:

Sf – Si = dQ/T ≥ 0

Sf – Si - variação da entropia

dQ - calor trocado com vizinhança (fluxo de calor instantâneo)

T - temperatura absoluta

A entropia também mede o grau de reversibilidade de um processo e a probabilidade de determinado fenômeno ocorrer.]

Pelo conceito em si já percebemos que não é dada à suposta devida importância ao tal sistema fechado, uma vez que nem se quer encontramos menção a tal sistema no enunciado acima. Mas no momento devido estaremos comentando o que seria o tal sistema fechado e qual seria a sua importância.

[Na teoria termodinâmica há processos reversíveis (na verdade não existem na natureza) e irreversíveis (todos os processos, se vistos como um todo).

Na maioria dos sistemas, a entropia tende a aumentar com o passar do tempo. Isto é baseado no fato de que há uma quantidade limitada de energia livre em qualquer sistema fechado.

Uma vez que uma energia é usada para fazer trabalho (e deste modo produzir ordem), ela se tornaria inacessível para realizar qualquer trabalho futuro, portanto, a ordem produzida tende a colapsar com o passar do tempo.

Posso usar energia para fazer trabalho e construir uma casa, por exemplo. Mas uma vez que a energia é consumida, a casa começará a se deteriorar e sucumbirá em desordem, a não ser que eu continue gastando mais energia livre para mantê-la em pé.

Na ausência de energia livre adicional, a casa eventualmente colapsará. E a menos que eu adicione energia ao sistema através da realização de mais trabalho, os pedaços colapsados nunca serão reunidos novamente.

O sistema sempre tende na direção da desordem, não do aumento da ordem (busca por um estado mais baixo de energia sob determinadas condições).

Este aumento da desordem ou entropia é a essência da Segunda Lei.]

Gostaria de citar o entendimento dos professores Halliday, Resnick e Walker sobre a Segunda Lei da Termodinâmica:
O mundo é cheio de eventos que acontecem em uma direção mas nunca na oposta. Estamos tão acostumados com isso que os achamos “óbvios”, quando acontecem na direção “certa”, mas ficaríamos totalmente desnorteados se acontecessem no outro sentido.[ii]

O que vemos portanto é que temos infindáveis exemplos de aplicação da segunda lei em nosso cotidiano, pois parece que tudo ao nosso redor tende a naturalmente se desorganizar, ou seja, não é necessário um projeto para que seu quarto fique bagunçado, naturalmente isso ocorre, no decorrer do tempo você vê que seu quarto, sua casa e tudo ao seu redor vão se desorganizando, isso é algo extremamente comum e natural, ainda que o seu quarto e a sua casa não sejam a rigor um sistema fechado. Mas talvez alguém diga: “Será possível que em determinado momento, no decorrer do dia meu quarto fique mais organizado?”. A resposta para essa pergunta é: Sim, é possível mas é altamente improvável, uma vez que a desordem naturalmente prevalece sobre a ordem.

[Xavier, o que você concebe por ordem ou desordem? Cada estado dentro do “quarto desarrumado” tem a mesma probabilidade de ocorrer.

Por exemplo:

Sejam bolas os números: 1,2,3,4,5,6 nelas impressos. Qual a probabilidade de que tiremos as bolas nesta seqüência? É exatamente a mesma de retirarmos 4,2,5,1,6,3, ou seja: 1/6!. Aos nossos olhos a seqüência 2 parece a mais provável, mas não o é.

Este “grau de bagunça” do quarto será compreendido, de modo mais claro, quando tratarmos da relação entre probabilidades e estatística com o conceito de entropia.

Mas, de antemão. avisamos que um quarto não se desarruma sozinho. Há necessidade de trabalho para que tal evento ocorra.

Mesmo se o caso se refira à deterioração da construção. Haverá reações químicas, trabalhos de dilatação e contração de estruturas, ação de bactérias, choques provocados por vento, etc.

Tanto em processos físicos como em químicos há questões energéticas envolvidas.

Para o caso do quarto, seria de se estranhar que repentinamente as coisas saíssem do estado em que se encontram (livros pulando da estante, roupas saindo do guarda-roupa, etc.).

Caso o quarto fosse completamente esterilizado de germes e colocado em um sistema fechado, completamente isolado de qualquer possibilidade que venha a ocorrer um processo de ordem física ou química, não ocorreria essa tendência de deterioração, pois o quarto estaria em seu estado mais baixo de energia. Logo, manter-se-ia assim por toda a eternidade.

O quarto tende à deterioração porque há agentes realizando trabalho (eu fazendo bagunça, poeira caindo por ação da gravidade, bactérias, fungos, aracnídeos e insetos se alimentando de matéria orgânica, ação do calor, de ventos, de chuva, etc).

Da forma que você coloca, Xavier, as coisas parecem se desorganizar sozinhas; isto seria uma violação da segunda lei, embora ela preveja que poderia haver estados de rearranjo molecular, os quais fizessem a porta do guarda-roupa se abrir e um suéter pular lá de dentro sobre minha cama.

Talvez a força divina fosse capaz de realizar esse feito.]

DARWIN 200 ANOS

Aqui vai uma comemoração pelos 200 anos de Darwin, o sujeito que teve a idéia mais original até hoje apresentada a respeito de como as espécies surgiram e de como elas evoluem.

Suas idéias ainda causam alvoroço em religiosos fundamentalistas que com falácias e sofismas (mas nada de ciência) tentam refutá-la, criando teorias sem o menor sentido como Design Inteligente (DI) e Criacionismo Científico (CC), porém sem sucesso.

Ambas as pseudo-teorias acima citadas o que fazem é "empurrar o problema para deus", no caso do CC, ou para um "desenhista inteligente" no caso do DI, o qual "podemos interpretá-lo como bem quisermos", desde que seja o deus bíblico, pois se trata de uma "teoria" patrocinada por cristãos protestantes.

Todavia ambas se tratam de pseudociência, pois nada, em termos científicos as embasa.

Valem-se de erros, dados inventados, falácias, sofismas, apelos ao emocional, argumentos de autoridade, argumentos da ignorância e sem contar a poderosa carga de misticismo, uma vez que atribuem aos deuses as origens do universo, da vida e das espécies.

Estas teorias partem da crença, procuram a evidência e a adaptam conforme o interesse em sustentar a dita crença, ignorando tudo aquiloa contraria.

Jamais aceitam a refutação da crença, mesmo que confirmado o contrário, o que as torna pautadas no dogma religioso e, portanto não estão abertas à discussão a respeito de sua petição de princípio (o divino sendo o idealizador e o condutor de tudo).

Não expõe seus trabalhos aos meios acadêmicos, exceto dentro de seu círculo, além de se valerem apenas de argumentação apelativa. Daí serem consideradas pseudociências.

Quanto a ciência, formula hipóteses, buscam-se as evidências, testam-se estas evidências e formulam-se as teorias, estejam elas ou não de acordo com as hipóteses anteriormente formuladas, as quais podem ser confirmadas ou rechaçadas.

Mantém-se aberta à discussão, desde que as novas teorias demonstrem rechaçar o anteriormente proposto, de modo coerente e pautado em testes que confirmem estar a nova teoria de acordo com a metodologia científica. Seus argumentos se constroem a partir do demonstrado em estudos. Daí a ciência ser zetética.

Eis uma coletânea de vídeos apresentadas no fantástico a fim de elucidar um pouco o que vem a ser a Teoria da Evolução, o segundo golpe que foi dado na humanidade, ou seja que nós somos apenas mais uma espécie residente neste planeta.

Quanto ao primeiro, consistiu em destronar nosso planeta de "centro do Universo" dado por Copérnico e ratificado por Galileu e o terceiro fora dado por Freud, pois tudo o que fazemos se dá no sentido de preservarmos nossa espécie (nosso propósito é o sexo).

Bem, tenham uma boa viagem a bordo do Beagle e ao mundo do conhecimento, sem apelo ao misticismo e às fábulas de livros e histórias "sagrados".

vídeo 1







vídeo 2





vídeo 3





vídeo 4