Muitos dos objetos inanimados que nos rodeiam
parecem perfeitamente imóveis.
Mas se observarmos atentamente a estrutura atómica de qualquer deles,
veremos um mundo em constante movimento.
Átomos a esticarem-se, a contraírem-se,
a saltarem, a agitarem-se
ou à deriva por todo o lado.
Embora esse movimento possa parecer caótico, não é feito ao acaso.
Os átomos estão unidos entre si
e isso é válido para quase todas as substâncias,
que se movem segundo um conjunto de princípios.
Por exemplo, vemos as moléculas, com átomos unidos por ligações covalentes.
Há três movimentos básicos das moléculas:
a rotação, a translação e a vibração.
A rotação e a translação movimentam uma molécula no espaço,
mas os seus átomos mantêm-se à mesma distância.
A vibração, por outro lado, altera essas distâncias,
alterando a forma da molécula.
Podemos contar o número de formas diferentes de movimentos de uma molécula
que corresponde aos seus graus de liberdade,
o que, no contexto da mecânica,
significa o número de variáveis que temos que ter em conta
para perceber todo o sistema.
O espaço a três dimensões é definido pelos eixos x, y e z.
A translação permite que a molécula se mova na direção de qualquer deles.
São três graus de liberdade.
Também pode girar em volta de qualquer desses três eixos.
São mais três graus,
a não ser que seja uma molécula linear como o dióxido de carbono.
Nesta, uma das rotações só faz girar a molécula em torno do seu eixo
o que não conta, porque não altera a posição dos átomos.
A vibração é um pouco mais complicado.
Vejamos uma molécula simples, como o hidrogénio.
O comprimento da ligação que une os dois átomos está sempre a mudar
como se os átomos estivessem ligados por uma mola.
Esta alteração da distância é diminuta, menos de mil milionésimos de um metro.
Quantos mais átomos e ligações tiver uma molécula,
mais modos de vibração há.
Por exemplo, uma molécula de água tem três átomos
— um de oxigénio e dois de hidrogénio — e duas ligações.
Isso dá-lhe três modos de vibração:
alongamento simétrico,
alongamento assimétrico
e balanço.
Moléculas mais complexas têm modos de vibração mais sofisticados
como balançar,
abanar,
e fletir.
Se soubermos quantos átomos tem uma molécula,
podemos contar os seus modos de vibração.
Começamos com o total de graus de liberdade,
que são o triplo do número de átomos na molécula.
Isso porque cada átomo pode mover-se em três direções diferentes.
Três do total correspondem à translação
quando todos os átomos se movem na mesma direção.
E três, ou dois, para moléculas lineares, correspondem a rotações.
Todo o esto, 3N-6 — ou 3N-5 para as moléculas lineares —
são vibrações.
O que é que provoca todo este movimento?
As moléculas movem-se porque absorvem energia do ambiente,
sobretudo sob a forma de calor ou de radiações eletromagnéticas.
Quando esta energia é transferida para as moléculas,
elas vibram, giram
ou entram em translação mais depressa.
O movimento mais rápido
aumenta a energia cinética das moléculas e dos átomos.
Definimos isto como um aumento da temperatura e da energia térmica.
É este o fenómeno que o micro-ondas usa para aquecer a comida.
O forno emite radiações de micro-ondas que são absorvidas pelas moléculas,
em especial, as da água.
Movem-se cada vez mais depressa,
chocando umas com as outras,
aumentando a temperatura e a energia térmica dos alimentos.
O efeito de estufa é outro exemplo.
Parte da radiação solar que atinge a superfície da Terra
reflete-se de novo para a atmosfera.
Os gases com efeito de estufa,
como o vapor da água e o dióxido de carbono,
absorvem essas radiações e aceleram.
As moléculas mais quentes, de movimento mais tápido,
emitem radiações infravermelhas em todas as direções,
incluindo na direção da Terra, aquecendo-a.
Este movimento molecular nunca acaba?
Podíamos pensar que pararia no zero absoluto,
a temperatura mais fria que é possível.
Nunca se conseguiu arrefecer tanto qualquer coisa
mas, mesmo que pudéssemos,
as moléculas contnuariam a mover-se devido ao princípio da mecânica quântica,
chamado energia de ponto zero.
Por outras palavras, tudo se move, desde o princípio do universo
e continuará a mover-se, muito depois de desaparecermos.