Pepita de platina: químico conseguiu fazer com que ferro se comporte como o elemento, catalisando reações importantes para a indústria
Num laboratório do elegante prédio de química da Universidade Princeton, pesquisadores empregam uma caçada moderna a uma força fugidia: a alquimia.
Ao longo dos séculos, alquimistas tentaram em vão transformar metais comuns, como ferro e chumbo, em metais preciosos como ouro e platina. Hoje, Paul Chirik, professor de química em Princeton, obteve uma nova conquista nessa antiga busca.
Chirik, de 39 anos, descobriu como fazer o ferro funcionar como platina, em reações químicas essenciais à manufatura de materiais básicos. Embora ele não possa (infelizmente) transformar um pedaço de minério de ferro numa pilha de joias valiosas, sua versão da alquimia é muito mais prática – e as implicações são de grande alcance.
O processo pode gerar uma nova era de tecnologias flexíveis de fabricação, enquanto permite que empresas evitem elementos escassos quando os preços subirem ou quando sua obtenção se tornar ecológica ou geopoliticamente arriscada.
"Nenhum químico imaginaria que o lítio estava em falta", afirmou Chirik, "mas o que acontece se você colocar uma bateria de lítio em cada carro? É por isso que a química precisa estar à frente da curva. Precisamos de soluções adaptáveis".
Apesar do custo e da relativa escassez de metais preciosos – irídio, platina, ródio –, dependemos deles para fabricar produtos de denim a cerveja, produtos farmacêuticos a células de combustível. Os elementos são usados como catalisadores, substâncias que iniciam ou habilitam reações químicas.
O trabalho de Chirik envolve catalisadores dissolvidos, que são misturados ao produto final. As moléculas do catalisador se dissipam durante a reação. Por exemplo, uma solução contendo platina é usada para produzir emulsificantes de silicone, compostos que alimentam produtos como maquiagens, utensílios de cozinha e colas. Pequenas quantidades do caro metal estão espalhadas por todas essas coisas; sua calça jeans, por exemplo, contém partículas irrecuperáveis de platina.
"Não estamos prestes a acabar com a platina", declarou Matthew Hartings, químico da Universidade American em Washington, "mas esse processo gasta platina de maneira não sustentável".
Basicamente, a química de Chirik envolve uma molécula de ferro em outra molécula orgânica, chamada de ligante. O ligante altera o número de elétrons disponíveis para formar ligações. Ele também serve como suporte, dando um formato às moléculas.
"A geometria é muito importante na química", disse Hartings. "Os ligantes de Chirik ajudam o ferro a ter a geometria correta para ajudar essas reações."
Além do ferro, o laboratório de Chirik também trabalha com cobalto, que fica ao lado do ferro na tabela periódica. Usando o cobalto, explicou Chirik, os cientistas geraram "uma reação totalmente nova que ninguém jamais viu". Ela produz novos tipos de plástico usando materiais iniciais muito baratos.
Mas o preço do cobalto subiu muito desde que o laboratório iniciou suas pesquisas, graças ao uso do elemento nas baterias de dispositivos como iPads e iPhones. "O iPad alterou completamente o preço do cobalto", disse Chirik. "Algo que antes era lixo, hoje é valioso."
Embora o aumento de custo possa minar o incentivo econômico para usar os materiais de cobalto de Chirik, isso parece enfatizar perfeitamente seu ponto fundamental sobre a necessidade de flexibilidade.
"Existe um grande apelo – e lógica – para focarmos em elementos mais abundantes ao projetarmos catalisadores", afirmou Roderick Eggert, professor de economia e negócios na Escola de Mineralogia do Colorado.
A ampla maioria das substâncias químicas que produzimos e usamos para fabricar outros produtos exige catalisadores. E muitos catalisadores usam metais nobres como platina, paládio e ródio, que são caros. Meio quilo de platina custa cerca de US$ 22 mil. Meio quilo de ferro, por sua vez, sai por 50 centavos.
Ainda na faculdade de química, Chirik trabalhou em reações que usavam irídio como catalisador. Meio quilo de irídio custa cerca de US$ 16 mil. O chefe de Chirik mantinha o composto a base de irídio trancado numa gaveta de sua mesa.
"Eu tinha de andar do escritório dele até o laboratório segurando aquilo com as duas mãos, e não podia conversar com ninguém", contou Chirik. A experiência o deixou com uma semente de ideia. "Por que não podemos fazer isso com algo mais barato?"
Numa tarde de primavera no laboratório de Princeton, um aluno de pós-graduação mexia numa caixa de luvas, câmara a vácuo que impede o ferro de enferrujar. A ferrugem é uma potencial desvantagem de usar ferro na fabricação, e o controle disso pode ser desafiador e caro.
"Não estamos falando sobre fazer um prato de macarrão em casa", disse Chirik, referindo-se ao volume de produtos químicos envolvidos nas reações em escala industrial. Resta saber, completou ele, se os temores sobre o uso de uma substância "sensível ao ar" supera os temores sobre custo e impacto ambiental dos metais preciosos.
E há outros obstáculos. Chirik mostrou duas pequenas placas de flocos de silicone, usadas para produzir cola de envelopes. Uma ele fez usando ferro, a outra com platina. Elas eram indistinguíveis. Conseguir essa façanha, no entanto, não foi nada fácil – o processo consumiu uma década de trabalho.
"Uma das razões pelas quais nos envolvemos com esse tipo de química é que compostos contendo metais geram cores muito legais, e é divertido de assistir", explicou Chirik. "Mas se você está produzindo algo que entrará num produto de consumo, a cola de um envelope, a sola de um sapato, um ingrediente de xampu, você realmente não quer que ele seja preto."
A Chevron e a Momentive, um fabricante de silicone, estão financiando o trabalho de Chirik. A Merck também é parceira na pesquisa (muitos processos de fabricação de medicamentos usam ródio ou paládio). Um produto em desenvolvimento é um pneu para economia de combustível que emprega um novo processo, mais limpo e sem subprodutos, usando ferro em vez de platina.
Segundo Hartings, da Universidade American, usar materiais abundantes onde for possível pode liberar os materiais mais escassos para aplicações onde eles são realmente essenciais. "Há menos motivos para uma mineração louca quando se tem outro produto que funciona igualmente bem", afirmou ele.
Os pesquisadores no laboratório de Chirik também estão buscando maneiras de usar catalisadores para converter nitrogênio do ar em formas usadas em diversos produtos, de fertilizantes a fibras de tapetes. O método atual, chamado processo Haber-Bosch, é tão intenso que responde por 1 por cento do uso de energia mundial.
A sustentabilidade costuma focar em "reciclar latas e usar carros com melhor quilometragem por litro", disse Chirik. Embora importantes, esses esforços são apenas parte do quadro. Há também a forma como os produtos são feitos.
"Quando você compra calças jeans, algum estranho elemento da tabela periódica foi usado para produzi-las", explicou Chirik. "Ou você pensa que estava fazendo algo de bom ao comprar um Prius, mas ele traz um monte de neodímio que vem de uma mina na Mongólia."
"Se pudermos fazer a transição para um mundo completamente abundante de terra", concluiu ele, "conseguiremos surtir um enorme impacto".
Fonte: Ultimo Segundo
