A primeira vista pode parecer curioso para um leigo a presença de um aparelho de micro-ondas em um laboratório de química. Ele se questiona: - Será que eles esquentam a comida aqui dentro do laboratório? A resposta é não. Tem sido um fato cada vez mais comum encontrarmos em laboratórios de síntese aparelhos de micro-ondas, tanto domésticos quanto especializados (Figura 1). Estes utensílios têm roubado o lugar de muitas placas aquecedoras como explica o artigo publicado na revista Chemistry World em outubro de 2008.

 

FIGURA 1: a) forno de micro-ondas doméstico; b) – aparelho de micro-ondas para síntese química

 

 

Como isso tudo começou? Em 1945, na cidade de Cambridge, Massachusetts, EUA, o Engenheiro Americano Percy Spencer trabalhando na empresa Raytheon, fabricando magnetrons para radares, percebeu que uma barra de chocolate derreteu em seu bolso quando ele se aproximou de radares em funcionamento. Dado a descoberta e sagacidade para perceber o quão patenteável era o acontecimento, Spencer colocou um pouco de milho de pipoca perto do local onde o chocolate derreteu. Qual foi sua surpresa, quando depois de algum tempo o chão do laboratório ficou coberto de pipocas.

 

FIGURA 2: Spencer em frente ao primeiro equipamento de micro-ondas

 

Desde então, a utilização do forno de micro-ondas como um método alternativo ao aquecimento clássico mostrou ser uma poderosa ferramenta para o desenvolvimento de novos e eficientes métodos de síntese de diversos compostos.

 

Entretanto, existe algo que de fato preocupa os cientistas. Como as micro-ondas agem sobre as moléculas em uma reação química? Existem aqueles que acreditam que há algo além de sua influência no aquecimento. Uma magia?

 

Todos os fornos de micro-ondas funcionam sobre o mesmo princípio; fornecem energia diretamente às moléculas, diferentemente de outros métodos de aquecimento, como os banhos de óleo, que se baseiam na propagação, convecção e condução da energia em forma de calor.

Em um meio de reação, os dipolos, como os que existem nas moléculas de água, oscilam para se alinharem com o campo elétrico gerado pelo micro-ondas a uma freqüência de 2,45 GHz (~ 2.4×10^-9 s^-1). Estes movimentos das moléculas excitadas perturbam as outras moléculas, não excitadas, de modo que o conjunto é aquecido através das colisões geradas (Figura 3).

 

FIGURA 3: Mecanismo de transformação de energia, polarização dipolar

Através do conhecimento mecanístico da interação das micro-ondas com as moléculas foi possível explicar a rapidez das reações químicas submetidas ao aquecimento por micro-ondas quando comparadas àquelas aquecidas pela metodologia convencional.

Reações químicas ocorrem mais facilmente e rapidamente em micro-ondas, pois os solventes polares, quando submetidos às micro-ondas, se aquecem acima do ponto de ebulição, devido ao efeito de transferência invertida do calor. Logo, qualquer reação que requer aquecimento pode ser realizada pelo método de aquecimento do forno de micro-ondas.

 

Recentes inovações têm contribuído para o uso mais eficiente das micro-ondas em alguns métodos experimentais. O grupo de pesquisa da Universidade Connecticut, coordenado por Nicholas Leadbeater, utilizou técnicas espectroscópicas para o monitoramento da reação em tempo real. Neste caso, não é necessário esperar que a reação se complete para analisar se o produto formado é realmente o produto desejado.  A utilização de diversas placas de carboneto de silício nos fornos de micro-ondas é outra novidade interessante, pois possibilita a execução de diversas reações simultâneas e com aquecimento uniforme ao longo do processo (Figura 4).

FIGURA 4: Imagem sob irradiação infravermelha das placas de carboneto de silício utilizada para reações simultâneas.

Atualmente, o forno de micro-ondas possui uma significância além de sua função original. Atingindo áreas como a química inorgânica e química orgânica, além de seguir para as biociências, já dominando a síntese de peptídeos, nanopartículas e polímeros. Trata-se de um método ecologicamente correto, barato e rápido.

Contudo, a interação micro-onda – molécula ainda não foi completamente desvendada. Tudo o que se sabe é que apesar dos debates atuais, o efeito térmico das micro-ondas oferece vantagens exclusivas que podem ser incansavelmente exploradas.

 

Referências Bibliográficas

Van Noorden, R. Microwaving myths. Chemistry World  2008, 5(10), 40. Disponível em: <http://www.rsc.org/images/MICROWAVE%20FEATURE_tcm18-134356.pdf>. Acesso em 30 janeiro 2009.

Figuras 1: Disponíveis em: <http://aavaas.com/2007/10/25/microwave-oven-introduction> e <http://www.rsc.org/images/MICROWAVE%20FEATURE_tcm18-134356.pdf>. Acesso em 30 janeiro 2009.

Figura 2: Disponível em: <http://www.inventionatplay.org/inventors_spe.html>. Acesso em: 30 janeiro 2009.

Figura 3: Adaptada de: <http://www.pueschner.com/basics/phys_basics_en.php>. Acesso em: 30 janeiro 2009.

Figura 4: Disponível em: <http://www.rsc.org/images/MICROWAVE%20FEATURE_tcm18-134356.pdf> Acesso em: 30 janeiro 2009.

Alvarez, H. M.; Valdés, R. H.; Garcia, B. G.; Antunes, O. A. C. Martins, D. L. As microondas como alternativa na síntese química. Diálogos & Ciência – Revista da Rede de Ensino, 2008, 7, 49. Disponível em: <http://dialogos.ftc.br/index.php?option=com_content&task=view&id=151&Itemid=4>. Acesso em: 14 fevereiro 2009.

 

Aprofundando o Assunto

 

Kappe, C. O., Chem. Soc. Rev., 2008, 37, 1127 [CrossRef]

F. C. Silva; V. F. Ferreira; M. C. B.V. Souza. Adaptação de forno de microondas doméstico para realização de reações de transesterificação sob refluxo e catálise por argilasQuím. Nova, 2006, 29 (2): 376. [CrossRef]

Veja o vídeo disponível em: <http://videos.howstuffworks.com/on-networks/31222-lets-nuke-some-eggs-video.htm>. Acesso em: 30 janeiro 2009.

 

Para citar esta matéria:

 

Bianca N. M. da Silva, Micro-ondas, a nova macro onda nos laboratórios de química, Novidades na Ciência – SBQ Rio, 18 fevereiro 2009. Disponível em: <http://www.uff.br/sbqrio/>