O movimento invisível dos objetos imóveis — Ran Tivony

Vejam a lição completa: http://ed.ted.com/lessons/the-invisible-motion-of-still-objects-ran-tivony

Muitos dos objetos inanimados à nossa volta parecem perfeitamente imóveis. Mas se olharmos profundamente na estrutura atómica de qualquer deles, veremos um mundo em constante movimento — com átomos por todo o lado a esticarem-se, a contraírem-se, a saltarem, a agitarem-se. Ran Tivony descreve como e porquê ocorre o movimento molecular e investiga se poderemos fazê-lo parar.

Lição de Ran Tivony, animação de Zedem Media.

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.