O que é Nanotecnologia?

Na aula de hoje, vamos aprender sobre a nanotecnologia. Vamos descobrir o que ela significa e a sua importância. Prepare-se para a prova de Química do Enem e dos vestibulares!

Depois da descoberta das partículas fundamentais do átomo, outras partículas começaram a surgir. Isso aconteceu por conta do avanço das pesquisas, que acabaram comprovado que o átomo é dividido em inúmeras micropartículas.

Essas descobertas foram essenciais para o avanço de muitas tecnologias, incluindo a nano. Mas afinal…

O que é nanotecnologia?

A nanotecnologia é a ciência que procura manipular átomos e moléculas, criando estruturas e novos materiais a partir destes, que são conhecidos como nanomateriais.

A nanotecnologia resulta de estudos e pesquisas conjuntas nas áreas da física, química, biologia e da matemática. Uma das principais colaborações para a sua criação foi o avanço dos computadores e suas diversas funções.

A história dos computadores

O primeiro computador criado foi o MARK-I em 1944. Ele era enorme (para os nossos padrões atuais): tinha cerca de 17m de comprimento por 2,5m de altura.

Não tinha componentes eletrônicos, era totalmente mecânico e demorava de 3 a 5 segundos para fazer uma multiplicação! Consegue imaginar como isso seria considerado lento hoje em dia? Mas, naquela época, era uma revolução.

Em 1946, surgiu o ENIAC, formado por 18.000 válvulas (responsáveis por controlar os sinais elétricos). Era mais rápido e realizava 5.000 operações por segundo.

Com a invenção dos transistores em 1947, que tinham a mesma função das válvulas, houve uma evolução nos computadores. Esses eram bem menores, não precisavam ser aquecidos para funcionar e consumiam menos energia.

Em 1959, ocorreu a aplicação dos transistores no computador com o modelo 1401 da IBM. Este aparelho tinha 1m de largura por 1,5m de altura, contava com 10.000 transistores e realizava 3.000 cálculos por segundo.

Neste ano também, o físico americano Richard Feynman, através de seus estudos, verificava que seria possível, um dia, manipular a matéria na escala atômica.

Circuitos integrados

O circuito integrado foi a solução para combinar vários transistores em uma placa de silício ou chip. O chip 4004 da INTEL foi usado em uma calculadora. Para realizar as operações cada vez mais complexas era preciso mais transistores, e eles precisam ser cada vez menores.

Assim, em 1977 surge o primeiro computador pequeno, de uso pessoal, COMMODORE PET, que tinha 3.500 transistores. Como comparação, hoje nossos celulares ou notebooks têm 5 bilhões de transistores.

Principais eventos históricos

Em 1981, dois cientistas, Bennig e Rohrer, desenvolveram o microscópio de varredura, que consegue formar a imagem da estrutura de um material e identificar os átomos que estão presentes neste material, com a primeira observação de átomos individuais!

microscopio varredura nanotecnologia
Imagem 1: Desenho esquemático de um microscópio de varredura. Fonte: lume.ufrgs.br

Em 1989, houve a criação de uma imagem virtual do átomo, por meio da manipulação de 35 átomos de xenônio para escrever a palavra IBM.

Em 1991, no Japão, acontece a construção dos nanotubos de carbono, com propriedades do carvão e do diamante, que são as formas do carbono que encontramos na natureza.

Ambos apresentam composição química semelhante, com propriedades e arranjos atômicos diferentes. O diamante é o material mais duro encontrado na natureza, o carvão é frágil, sendo um excelente condutor de calor e eletricidade.

O grafeno é um nanotubo de carbono criado pelo homem, bem mais leve que o aço e muito mais resistente, podendo ser comprimido sem quebrar, recuperando sua forma original.

diferentes estruturas do carbono e a nanotecnologia
Imagem 2: Desenho esquemático de diferentes estruturas de carbono. A. Diamante b. Grafite c. Fulereno d. Nanotubo de carbono.
Depois da Nanotecnologia

Até o surgimento da nanotecnologia, todo o avanço científico era voltado para melhoria das características e propriedades dos materiais, por meio do controle dos processos de produção.

Com a nanotecnologia, os cientistas conseguem alterar a estrutura dos materiais, atuando nos seus constituintes e nos átomos. Possibilitando assim a criação e o uso de estruturas, dispositivos e sistemas com novas propriedades e funções, devido ao seu tamanho. Os materiais criados nessa escala possuem características diferentes do que materiais em macroescala.

Mas como podemos entender o tamanho de uma nanopartícula?

Medimos o tamanho de uma árvore em metros; uma flor pode ser medida em centímetros; uma formiga é medida em milímetros e a espessura do nosso fio de cabelo pode ser medido em micrômetros.

Todos esses exemplos podem ser observados pelos nossos olhos. Agora, estruturas menores que 200 micrômetros só poderão ser observadas através do microscópio. Como exemplo podemos citar os glóbulos vermelhos presentes no nosso sangue, que medem aproximadamente 8 micrômetros.

Mas existem ainda partículas medidas em uma escala menor ainda, chamada de nanômetros. Como exemplo, citamos as cadeias de DNA.

O nanômetro é a medida usada para medir vírus, moléculas e átomos. A palavra nanotecnologia tem origem na palavra grega nanos, que significa anão, onde 1 nanômetro equivale à bilionésima parte de 1 metro.

Para podermos ter uma noção deste tamanho, iremos relacionar o tamanho de 1 bola de futebol com o tamanho do planeta Terra, onde a bola de futebol seria o nanômetro, e o planeta Terra a bola de futebol.

escala nanometrica
Imagem 3: Esquema mostrando uma escala nanométrica. proec.ufabc.edu.br

Onde é utilizada a nanotecnologia?

A nanotecnologia é usada em todas as áreas da ciência, como no setor de energia com baterias que carregam em tempo mais rápido; células solares; pás para geradores eólicos mais eficientes.

Pode ser aplicada na indústria têxtil, com a fabricação de tecidos resistentes à sujeira, antibacterianos e que não amassam.

Na área esportiva, possibilitou o design de novos modelos, com roupas antiperspirantes e produção de equipamentos mais leves, como calçados.

camisetas e nanotecnologia
Imagem 4: Na imagem vemos a fotografia de uma camisa branca. Dela partem balões detalhando em escala microscópicas os materiais que compõem a camisa. Fonte: slideplayer.com.br

Na área dos cosméticos, possibilitou a criação de cremes anti-rugas mais eficientes; maquiagens com cores e brilhos inovadores; protetores solares mais resistentes e produtos para a pele com alto poder hidratante.

cosmetico com nanotecnologia
Imagem 5: Esquema demonstrando que os cosméticos feitos a partir da nanotecnologia possuem menores partículas que os cosméticos convencionais. Sendo assim, conseguem penetrar mais facilmente na pele, aumentando sua eficácia. Fonte: revistaversar.com.br

 

Outras aplicações da nanotecnologia

A nanotecnologia está presente também nas embalagens que evitam a umidade e que ampliam a durabilidade dos alimentos.

Na área oncológica por meio das novas terapias contra o câncer, que atacam diretamente os tumores, por meio da administração inteligente de medicamentos, nos materiais para recuperação óssea.

Na eletrônica com os televisores de led com tela curva, e também há produtos nanoestruturados destinados a despoluir águas contaminadas por derramamento de óleo, evitando assim, danos ambientais.

Em suma, por meio da nanotecnologia há uma recriação da matéria, tornando o controle do processo produtivo mais preciso. Isso irá refletir na qualidade e no desempenho dos novos produtos.

É necessário sempre a continuidade dos estudos sobre nanotecnologia para saber o que pode ocorrer com as nanopartículas nos organismos vivos e na natureza.

Assim, surge a nanotecnologia verde, que é o estudo de materiais com a intenção de desenvolver produtos e processos ecologicamente corretos. Sua importância está diretamente relacionada com a diminuição de resíduos, redução do uso de agentes tóxicos e com a redução da geração de efluentes tóxicos.

Agora vamos assistir ao vídeo para aumentarmos nossos conhecimentos:

Agora vamos fazer alguns exercícios:

(ENEM -2010)

questao enem nanotecnologia

questao enem 2010

gabarito: A

2)

Em 1959, durante uma palestra no Instituto de Tecnologia da Califórnia, o físico Richard Feynman sugeriu que, em um futuro não muito distante, os engenheiros poderiam pegar átomos e colocá-los onde bem entendessem, desde que, é claro, não fossem violadas as leis da natureza. Com isso, materiais com propriedades inteiramente novas, poderiam ser criados. Esta palestra, intitulada “Há muito espaço lá embaixo” é, hoje, tomada como o ponto inicial da nanotecnologia.”

Disponível em: http://www.mct.gov.br/html/template/frameSet.phpurlFrame=http://www.comciencia.br/reportagens/nanotecnologia/nano10.htm&objMct=No%20Brasil

Sobre a nanotecnologia NÃO é correto afirmar que:

A) tem como objetivo a criação de novos materiais e o desenvolvimento de produtos e processos baseados na manipulação de átomos e moléculas;

B) os nanomateriais, por serem produzidos átomo a átomo, não trazem riscos à saúde nem ao meio ambiente, ficando seu uso livre de regulamentação;

C) é um conjunto interdisciplinar de técnicas que envolve conhecimentos de química, física, biologia, biofísica, engenharia de materiais, computação e medicina, entre outros;

D) uma de suas possíveis aplicações práticas é o aumento da capacidade de armazenamento e processamento de dados dos computadores;

E) a invenção do microscópio de varredura por tunelamento eletrônico originou diversos instrumentos de manipulação e visualização da matéria em escala atômica.

gabarito: B

 

Sobre o(a) autor(a):

Texto elaborado por Roseli Prieto, professora de Química e Biologia da rede estadual de São Paulo. Já atuou em diversas escolas públicas e privadas de Santos (SP). É Gestora Ambiental e Especialista em Planejamento e Gestora de cursos a distância.

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