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QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 12, NOVEMBRO 2000

Descoberta e AplicaçõesNobel 2000

ATUALIDADES EM QUÍMICA

A seção “Atualidades em química” procura apresentar assuntos que mostrem como a química é uma ciência viva, seja comrelação a novas descobertas, seja no que diz respeito à sempre necessária revisão de conceitos.

Prêmio Nobel 2000

Ofísico Alan J. Heeger (Univ. daCalifórnia em Santa Bárbara,EUA) e os químicos Alan G.

MacDiarmid (Univ. da Pensilvânia, emFiladélfia, EUA) e Hideki Shirakawa(Univ. de Tsukuba, Japão) ganharam oPrêmio Nobel de Química de 2000“pela descoberta e desenvolvimentode polímeros condutores”.

A editoria e o conselho editorial deQuímica Nova na Escola têm estadoatentos ao que vem ocorrendo nacomunidade científica internacional eaos avanços da química. Assim, consi-derando que o tema “polímeros condu-tores” tem grande interesse da socie-dade em geral e para o ensino dequímica em particular, o n. 11 da revis-ta, publicado em maio de 2000,apresentou extenso artigo sobre polí-meros condutores (Faez et al., 2000),no qual relata-se: a) como os polímeroscondutores foram descobertos; b)como conduzem eletricidade; c) comosão sintetizados; d) as suas aplica-ções, sendo que uma delas (disposi-tivos eletrocrômicos) é explicada emmais detalhes; e) as instituições brasi-leiras onde há grupos de pesquisa-dores de polímeros condutores. Assim,neste artigo, após rememorar a des-coberta em si, daremos ênfase àsaplicações dos polímeros condutores

Romeu C. Rocha-Filho

O Prêmio Nobel de Química de 2000 foi outorgado aos descobridores dos polímeros condutores. Este artigo relatabreves biografias dos três ganhadores do Prêmio e algumas das aplicações dos polímeros condutores.

polímeros condutores, Prêmio Nobel

e apresentararemos breves biografiasdos cientistas que ganharam o Prêmio.

A descobertaOs polímeros condutores foram

descobertos na segunda metade dadécada de 70, quando Shirakawatrabalhou junto com Heeger no labora-tório de MacDiarmid, na Univ. da Pensil-vânia (Faez et al., 2000). Eles produziramo primeiro “metal orgânico”, ao desco-brirem que a condutividade elétrica(Figura 1) do poliacetileno poderia seraumentada de cerca de 10 ordens degrandeza por meio de sua oxidaçãocom cloro, bromo ou vapor de iodo; esteprocesso, por analogia com a dopagemde semicondutores extrínsecos, foichamado de “dopagem”.

Da década de 70 para cá, a pes-

quisa nesta área expandiu-se enorme-mente. A última Conferência Interna-tional sobre Metais Sintéticos, ICSM2000, ocorrida em Gastein, na Áustria,contou com a participação de mais de2500 pesquisadores de todo o mundo,inclusive um grande contingente debrasileiros.

Uma propriedade chave de um polí-mero condutor é a presença de ligaçõ-es duplas conjugadas ao longo da ca-deia do polímero. Na conjugação (videabaixo), as ligações entre os átomosde carbono são alternadamente sim-ples e duplas.

Cada ligação contém uma ligação“sigma” (σ) que forma uma ligação

Figura 1: Polímeros conjugados podem apresentar condutividade elétrica desde a típicade materiais isolantes até a de metais, passando pela de semicondutores.

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química forte. Por outro lado, cada liga-ção dupla também contém uma liga-ção “pi” (π) menos fortemente locali-zada e, por isso, mais fraca. Entretanto,não basta que o polímero tenha liga-ções duplas conjugadas. Para que elese torne condutor elétrico, tem que serperturbado, tanto por meio da remoçãode seus elétrons (oxidação) como pormeio da inserção de elétrons (redu-ção); este processo é conhecido como‘dopagem’.

O jogo abaixo corresponde a ummodelo simples de um polímero do-pado. As suas peças não podem sermovimentadas se não houver pelomenos um “buraco” vazio. Em umpolímero condutor que foi dopado poroxidação (remoção de elétrons: equi-valente à criação dos buracos no jogo),cada peça corresponde a um elétronque pode pular para um buraco dei-xado vazio por outro elétron, o que criaum movimento de elétrons ao longo damolécula – uma corrente elétrica.Ressalte-se que este modelo corres-ponde a uma grande simplificação,mas dá uma idéia aproximada decomo um polímero se torna condutor.

São diversos os polímeros condu-tores; além do poliacetileno, os maiscomuns são a polianilina, o polipirrol,o politiofeno, o poli(p-fenileno) e opoli(p-fenileno vinileno).

AplicaçõesUm dos principais interesses no

uso desses polímeros está na manufa-tura de baixo custo através do proces-samento de soluções de polímerosformadores de filmes. Mostradores deluz e circuitos integrados, por exemplo,

podem teoricamente ser fabricadosusando técnicas simples, semelhantesa do jato de tinta de impressoras.

A polianilina tem sido usada comoum condutor e para a blindagemeletromagnética de circuitos eletrô-nicos e também como inibidora decorrosão. Derivados do poli(p-fenilenovinileno) são fortes candidatos para acamada ativa na produção de mostra-dores eletroluminescentes (mostrado-res de telefones celulares, por exem-plo). Já alguns derivados do politiofenosão promissores para transistores deefeito de campo, os quais possivel-mente venham a ser usados em caixasde supermercados. O polipirrol, porsua vez, tem sido usado em camadasdelgadas ativas de sensores analíticos.Um outro polímero condutor, o poli(eti-leno dioxitiofeno) dopado com o ácidopoliestirenossulfônico (PEDOT-PES) éusado como película anti-estática paraprevenir a deposição de partículas depó em emulsões fotográficas e evitardescargas elétricas; o PEDOT-PEStambém tem sido usado como mate-rial do eletrodo injetor de buracos emaparatos emissores de luz à base depolímeros (vide abaixo). Em monitoresde video matriciais coloridos, deriva-dos de poli(dialquilfluoreno) têm sidousados na camada emissora.

Outras aplicações possíveis depolímeros condutores incluem a produ-ção de capacitores eletrolíticos e desupercapacitores.

Polímeros eletroluminescentes - LEDsorgânicos

À medida que polímeros de alta pu-reza passaram a ser disponíveis, umagama de aparatos semicondutores temsido investigada, entre eles diodos emis-sores de luz, mais conhecidos pela sigla

inglesa LED (light-emitting diode). Estesnovos LEDs de polímeros são conhe-cidos como OLEDs, pois são orgânicosem vez de baseados em semicon-dutores extrínsecos inorgânicos.

OLEDs são fabricados a partir depolímeros semicondutores eletrolumi-nescentes; para ser eletroluminescente,um polímero, além de ser semicondutor,deve ser fluorescente, isto é, ser capazde emitir luz visível, ao absorver radia-ção ultravioleta. O fenômeno da eletrolu-minescência em polímeros semicondu-tores foi relatado pela primeira vez em1990, para o poli(p-fenileno vinileno): umfilme deste polímero colocado entre doiseletrodos emite luz amarelo-esverdea-da. A Figura 2 mostra esquematicamen-te os componentes de um OLED. O ele-trodo metálico (cálcio em contato comalumínio) é o catodo e, portanto, injetaelétrons no polímero semicondutor; ooutro eletrodo (PEDOT-PES em contatocom um filme condutor e transparentede óxido de índio e estanho -ITO) é oanodo, que retira elétrons, injetandoburacos no polímero semicondutor.Quando os elétrons e buracos injetadosse recombinam no seio do polímero,ocorre a emissão de luz, cuja cor podevariar em função do tipo de polímerosemicondutor fluorescente utilizado.

Como os OLEDs são emissores deluz, seu uso em mostradores é vanta-joso em relação aos cristais líquidos,pois estes requerem uma fonte emis-sora de luz independente. Por outrolado, OLEDs requerem menor potên-cia, são capazes de alto brilho e possi-bilitam uma grande diversidade decores; outra grande vantagem é que aluz por eles emitida é lambertiana, istoé, ela é igualmente brilhante em todasas direções (ao contrário do que ocorreem visores de cristal líquido). O pri-

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vidro

vidro

epoxialumínio

polímeros conjugadossemicondutores

luz

eletrodo de cálcioeletrodo PEDOT-PES

ITO (óxido de índio e estanho)

Figura 2: Componentes básicos de um OLED – diodo orgânico emissor de luz.

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meiro micromostrador de OLED foi lan-çado em outubro de 2000 pela empre-sa eMagin (http://www.emagincorp.com/).

Transistores orgânicosOs primeiros transistores poliméri-

cos foram desenvolvidos no início dosanos 90. Mais recentemente, técnicassemelhantes à do jato de tinta deimpressoras foram desenvolvidas paraa produção de transistores plásticoscada vez menores, a partir de políme-ros semicondutores.

As primeiras aplicações vislumbra-das para os transistores orgânicos fo-ram a produção de cartões de créditointeligentes e telas flexíveis para moni-tores de computadores. Mais recente-mente, está sendo perseguida a produ-ção do chamado “papel eletrônico”,uma combinação de transistores poli-méricos com outra tecnologia, a tintaeletrônica. Esta contém milhões deminúsculas cápsulas que respondem asinais elétricos de modo a que mostremum corante preto ou um pigmento bran-co; uma vez ativada, a imagem é man-tida com o uso de pouca ou nenhumaenergia adicional. O “papel eletrônico”será, na realidade, um mostrador eletrô-nico plástico que, se bem sucedido,poderá ser atualizado via computadores,telefones sem fio ou mesmo conexõesvia internet. Usos potenciais seus são emmostradores leves ultra-finos para tele-fones celulares, assistentes eletrônicospessoais e livros eletrônicos.

Considerações finaisO uso tecnológico de polímeros

condutores ainda está na sua infância.Assim, muitas novidades certamentesurgirão nos próximos anos. Recente-mente, cientistas da Univ. do Texas emAustin, EUA, relataram o uso de um novobiomaterial, um polímero condutor aditi-vado com açúcar. Este material foi usa-do para acelerar o crescimento e repa-ração de nervos danificados, com bonsresultados. Até recentemente, este bio-material só havia sido testado em cé-lulas de tecidos de ratos. Se bem suce-dido em humanos, ele poderá ser muitoútil na recuperação de pacientes comdanos severos em nervos das pernasou braços, rompidos em acidentes.

Romeu C. Rocha-Filho, licenciado em química, doutorem ciências (área de físico-química), pela USP, édocente do Departamento de Química de Universi-dade Federal de São Carlos.

Prêmio Nobel 2000

Alan G. MacDiarmidNasceu em 1927,em Masterton, naNova Zelândia; écidadão america-no. Mestre em ci-ências (1950) pelaUniv. da Nova Ze-lândia, doutorou-se pela Univ. deWisconsin (1953)

e pela Univ. de Cambridge (1955).Ainda em 1955, passou a ser profes-sor do Depto. de Química da Univ. daPensilvânia, em Filadélfia, onde,desde 1988, ocupa a Cadeira Blan-chard de Química. Em 1999 recebeuo Prêmio de Química de Materiais daSociedade Americana de Química.Nos últimos 20 anos, tem estadoenvolvido exclusivamente com polí-meros condutores, particularmentecom a síntese, a química, a dopagem,a eletroquímica, a condutividade, aspropriedades ópticas e magnéticas eo processamento do poliacetileno eda polianilina. Detém mais de 20patentes registradas e é autor demais de 600 publicações acadê-micas, entre elas sete artigos compesquisadores brasileiros. Já es-teve no Brasil diversas vezes comoconferencista convidado do Con-gresso Brasileiro de Polímeros.

Alan J. HeegerNasceu em 1936,em Sioux City, es-tado de Iowa, nosEUA. Bacharel emciências (1957)pela Univ. de Ne-braska, doutorou-se em física(1961) pela Univ.da Califórnia, em

Berkeley. De 1962 a 1982 foi profes-sor no Depto. de Física da Univ. daPensilvânia, em Filadélfia, onde foidiretor do Laboratório para Pesquisassobre a Estrutura da Matéria (1974 a1981). Desde 1982 é professor defísica na Univ. da Califórnia em SantaBárbara (UCSB), onde a partir de

Os premiados

1987 também tornou-se professor demateriais (na Engenharia); foi diretordo Instituto de Polímeros e SólidosOrgânicos (1982 a 1999). Detém maisde 40 patentes registradas e é autorde mais de 650 publicações aca-dêmicas. Em 1990, juntamente comseu colega Paul Smith, professor demateriais na UCSB, fundou a em-presa Uniax Corporation. Inicialmentevoltada para o desenvolvimento deum método prático para fundir polia-nilina e para o seu processamento emsolução, logo a empresa passou a in-vestigar polímeros eletrolumines-centes e seus usos em aparatospoliméricos emissores de luz; atual-mente já dispõe de protótipos dediodos orgânicos emissores de luz -OLEDs. Em março de 2000, a Uniaxfoi comprada pela DuPont Displays,do grupo da Dupont iTechnologies.Esteve no Brasil há alguns anosparticipando como conferencista doCongresso Brasileiro de Física daMatéria Condensada.

Hideki ShirakawaNasceu em1936, em Tó-quio, Japão.D o u t o r o u - s e(1966) pelo Ins-tituto de Tecno-logia de Tóquio,onde permane-ceu como pes-quisador no La-

boratório de Recursos Químicos.No final da década de 70, após adescoberta dos polímeros condu-tores com Heeger e Macdiarmid,passou a ser professor de químicano Instituto de Ciências dos Mate-riais da Univ. de Tsukuba. Atual-mente, em decorrência de sua apo-sentadoria no 1º semestre de 2000,é professor emérito dessa universi-dade. Autor de mais de 300 publi-cações científicas, é o primeirojaponês a ganhar o Prêmio Nobeldesde 1987. Em novembro de2000, também recebeu a Ordem daCultura do governo japonês.

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Resenha

Referências bibliográficasFAEZ, R.; REIS, C.; FREITAS, P.S. de;

KOSIMA, O.K.; RUGGERI, G. e DE PAOLI,M.-A. Polímeros condutores. QuímicaNova na Escola, n. 11, p. 13-18, 2000.

Para saber maisDAVISS B. Paper goes electric. New Sci-

entist, v. 162, n. 2186, 15/05/1999, p. 36.FOX K.C. The electric plastics show.

New Scientist, v. 141, n. 1915, 05/03/1994, p. 33.

KANER, R.B. e MACDIARMID, A.G.Plastics that conduct electricity. Scientific

A Formação de ProfessoresPesquisadores

O professor Otavio Aloisio Maldanerpublicou recentemente o livro A Forma-ção Inicial e Continuada de Professoresde Química: Professores/Pesquisa-dores como parte da coleção Educa-ção em Química da Editora Unijuí. Olivro apresenta e discute formas decomo inserir professores e formadoresde professores no debate sobre amelhora da qualidade do ensino e daformação em química. As análises esugestões do autor recebem umtratamento especial pela exempli-ficação de uma parceria colaborativaconstruída e vivenciada junto a cincoprofessoras de química, no contexto deuma escola pública de ensino médio.

Maldaner discute a problemática daformação inicial de professores de quí-mica articuladamente a um imprescin-dível processo de educação conti-nuada de professores, mostrandopossibilidades de formação do profes-sor de química reflexivo e pesquisadorde sua própria prática. O livro mostraque a interação é mais produtivaquando são focalizadas as açõescotidianas dos professores, por elesanalisadas e entendidas com base emteorias introduzidas com essa finali-dade.

No processo de pesquisa descritoe analisado os professores começama reconhecer suas crenças e a enten-der suas práticas, projetando açõesmais concernentes com as suas ne-cessidades formativas e com asnecessidades educacionais de seus

estudantes. A complexidade da açãoeducativa pedagógica exige o contínuodesenvolvimento intelectual dos pro-fessores - condição de seu desenvol-vimento profissional - o que se tornapossível por meio de interações entreprofessores de escola e formadores deprofessores.

As mudanças na prática pedagó-gica não acontecem por imposiçãonem simplesmente porque se deseja.Tornar-se reflexivo/pesquisador requerexplicitar, desconstruir e reconstruirconcepções, e isso demanda tempo econdições. Não basta ao professor terum compromisso social, detectar asdeficiências de seu ensino e as ne-cessidades de seus alunos. É neces-sário buscar a integração dos conhe-cimentos teóricos com a ação prática,explicitar os saberes tácitos que a em-basam, num contínuo processo deação-reflexão-ação que precisa servivenciado e compartilhado com outroscolegas. A interação entre professoresque atuam na formação inicial e osprofessores de escola com expe-riências diversas permite a construçãode outros olhares para a aula, para oensino, e para as implicações sociais,econômicas e políticas que per-meiam a prática educativa.

É assim que encontramos oautor, como aquele colegamais experiente com quem sepode aprender o que mais carac-teriza o pensamento reflexivo, isto é, apostura de questionamento e de pro-blematização da própria prática peda-gógica. Afinal, são as perguntas que

nos movem do nível descritivo ao nívelinterpretativo de nossas próprias ações.

Mudar e ensino de química escolarimplica, essencialmente, em mudar aformação, as concepções e as práticasdos professores que nele atuam. O ricodiálogo com o autor sobre a formaçãode professores reflexivos - pesquisa-dores de suas próprias práticas - repre-senta uma possibilidade ímpar decontribuição para as almejadas trans-formações na educação em química.

(Lenir Basso Zanon - Unijuí)

A formação inicial e continuada deprofessores de química: professores/pesquisadores. Otavio Aloisio Mal-daner. Ijuí: Editora Unijuí, 2000. 419 p.ISBN 85-7429-126-9.

American, fevereiro de 1988, p. 106.YAM, P. Plastics get wired. Scientific

American, julho de 1995, p. 74.

Na internet• sobre o Prêmio Nobel, consulte o

Museu Nobel Eletrônico da FundaçãoNobel: http://www.nobel.se

• sobre polímeros condutores em geral,consulte QMCWEB - Revista Eletrônica doDepartamento de Química da UFSC, nº 14:h t tp : / / www.qmc .u f sc .b r / qmcwe b /exemplar14.html

• sobre OLEDs – diodos orgânicos emis-

sores de luz, consulte o sítio da empresaCOVION Organic Semiconductors GmbH,que contém um ótimo show de diaposi-tivos (em PowerPoint) sobre polímerosemissores de luz: http://www.covion.com

• sobre transistores poliméricos, con-sulte o sítio da empresa Lucent Technolo-gies: http://www.lucent.com

• sobre as pesquisas com o biomate-rial usado na recuperação de nervos,consulte o sítio da Univ. do Texas em Aus-tin: http://www.utexas.edu/admin/opa/news/00newsreleases/nr_200003/nr_nerve000329.html

Prêmio Nobel 2000