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Michael Faraday - Nota histórica

José Luís Paiva
(EPUSP)

"The more we study the work of Faraday with the perspective of time, the more we are impressed by his unrivalled genius as an experimenter and a natural philosopher. When we consider the magnitude and extent of his discoveries and their influence on the progress of science and of industry, there is no honour too great to pay to the memory of Michael Faraday - one of the greatest scientific discoveries of all time". Ernest Rutherford (1931).

 

Michael Faraday nasceu no dia 22 de setembro de 1791 nos arredores de Londres. Seu pai, um ferreiro, não tinha condições de mantê-lo em uma escola, assim, quando criança, seu aprendizado consistiu apenas em rudimentos de leitura, escrita e aritmética.

Aos 13 anos, empregou-se como mensageiro e depois aprendiz de encadernação em uma livraria de Londres, de um tal Mr. Riebau. Este ofício proporcionou-lhe um contato apaixonante com os livros, lia-os durante e depois do expediente, incentivado pelo próprio Riebau. De uma cópia da Enciclopédia Britânica, 3ª edição de 1797, interessou-se pelo artigo sobre eletricidade. Devorou, também, Conversations on Chemistry, de autoria de uma Mrs. Marcet.

Em 1812, Faraday foi presenteado por uma das freqüentadoras da livraria com uma entrada para as quatro últimas palestras sobre Química a serem proferidas por Sir Humphry Davy, o famoso cientista da Royal Institution. Fascinado pelas apresentações, Faraday tomou cuidadosas notas das palestras , elaborando um texto ilustrado que encadernou e enviou a Davy.

Após uma fracassada tentativa, finalmente, em 1813 Faraday ingressava na Royal Institution, contratado como assistente de Davy para auxiliá-lo em sua pesquisas e nas suas exposições demonstrativas. Das importantes contribuições científicas de Davy, relatadas em textos de história da química, saboreia-se a lembrança da sua principal descoberta: Michael Faraday.

A Royal Institution foi fundada em 1800 pelo Conde Rumford (Benjamin Thompson), que persuadiu amigos influentes de Londres a ajudarem na implantação de uma instituição onde seriam proferidas palestras referentes aos recentes desenvolvimentos da ciência e tecnologia, com o objetivo de melhorar a sorte dos cidadãos comuns. Apesar de autorizada pelo rei George III, a Royal Institution não recebia qualquer patrocínio do governo, necessitando, portanto, de doações, geralmente conquistadas através das cativantes palestras de Davy em pesquisa aplicada, atraindo homens de negócio e conquistando pessoas esclarecidas. Assim, em 1816, o desenvolvimento de uma lâmpada segura para minas foi realizado por Davy, auxiliado por Faraday, conforme solicitado pela Sociedade para Estudo e Prevenção de Explosões em Minas.

Ainda em 1813, Faraday acompanhou Davy como seu assistente e secretário por 18 meses, em um tour por universidades e laboratórios da Europa, participando de diferentes trabalhos experimentais partilhados com proeminentes cientistas da França, Itália e Suécia. Esta inserção na comunidade científica da Europa Continental serviu para a efetiva formação acadêmica, até então praticamente inexistente, do autodidata Faraday.

Retornando da excursão à Europa, inicia seus trabalhos na área de química analítica, especializando-se na análise de água, argilas e várias ligas de aço. Nessa ocasião, apresenta sua primeira palestra versando sobre elementos químicos.

Ainda nesta época, Faraday estudou e preparou com um fabricante de instrumentos científicos, algumas ligas de aço. Segundo Robert Hadfield, famoso metalurgista britânico, amostras destes aços, encontradas anos mais tarde em uma caixa, analisadas indicavam tratar-se de aço inoxidável, cujo interesse comercial só viria a surgir no final do século XIX.

Os físicos em geral consideram Faraday como o maior físico experimental de todos os tempos; defini-lo como "apenas" o maior físico experimental não seria suficientemente abrangente, como podemos observar através de suas contribuições à química e física apresentadas nas tabelas 1 e 2 (extraídas do livro de J. M. Thomas). De fato, Faraday preferia ser lembrado como um filósofo natural.

A partir de 1820, descobriu a fórmula química de diferentes compostos orgânicos, destacando-se, em 1825, o benzeno, o então chamado "bicarbureto de hidrogênio", observado em garrafas de gás que continham um líquido aromático claro no fundo. A caracterização do benzeno foi realizada através de uma precisa análise quantitativa do CO2 e H2O obtidos da combustão do benzeno com oxigênio puro. A sua purificação foi realizada por meio de destilação e recristalização.

Faraday realizou estudos de liqüefação de gases reconhecendo a existência de uma temperatura crítica - tal como conhecemos hoje - acima da qual, independentemente da pressão , não ocorreria condensação dos gases.

Tabela 1 - Principais contribuições de Faraday à química

1816 Desenvolvimento da Lâmpada Segura para Mineiros (com Davy)
1818 - 24 Preparação e propriedades de ligas de aço . Metalografia.
1812 - 30 Química Analítica.
Determinação de pureza e composição de : argilas, cal virgem, água, pólvora, ferrugem,
peixe seco, vários gases, líquidos e sólidos.
1820 - 26 Química Orgânica.
Descoberta do : benzeno, isobuteno, tetracloroeteno, hexaclorobenzeno, isômeros de alcenos e ácidos sulfônicos naftalênicos (
a e b ). Vulcanização da borracha. Preparações fotoquímicas.
1825 - 31 Melhorias na produção de vidros de grau óptico.
1823, 1845 Liquefação de gases (H2S, SO2 e outros seis gases).

Reconhecimento da existência de uma temperatura crítica e estabelecimento da continuidade de estados.

1833 - 36 Eletroquímica e as propriedades elétricas da matéria.
Leis da eletrólise.
Equivalência da eletricidade voltaica, estática, térmica e animal.
Primeiro exemplo da ação do termistor.
Eletrólitos de sais fundidos ; condutores superiônicos.
1834 Catálise heterogênea:
envenenamento e inibição de superfícies reativas.
Adsorção seletiva; molhabilidade de sólidos.
1835 Química do plasma (descarga elétrica através de gases).
1836 Constante dielétrica, permissividade.
1845 - 50 Química - magnética e propriedades magnéticas da matéria . Óptica-magnética. Efeito Faraday. Diamagnetismo. Paramagnetismo. Anisotropia.
1857 Metais coloidais. Espalhamento de luz. Sóis e hidrogéis.

 

Tabela 2 - Principais contribuições de Faraday à física

1821 Rotações eletromagnéticas.
1831 Indução eletromagnética.
Vibrações acústicas.
1832 Identificação de eletricidade de várias fontes.
1833 Decomposição eletrolítica.
1835 Descarga de eletricidade através de gases evacuados.
(Física e Química do Plasma.)
1836 Eletrostática. Gaiola de Faraday.
1845 Relação entre luz, eletricidade e magnetismo; diamagnetismo; paramagnetismo.
1846 "Meditações sobre vibrações dos raios".
1849 Gravidade e eletricidade.
1857 Tempo e magnetismo.
1862 Influência de um campo magnético nas linhas espectrais do sódio.
Linhas de força e o conceito de campo. A energia de um imã externamente ao seu perímetro. A noção de que luz e magnetismo e eletricidade são interconectadas.

Em 1820, o físico dinarmaquês Hans Christian Oersted anunciou a descoberta de uma relação entre magnetismo e eletricidade. Observara como uma corrente contínua, num fio, causava a deflexão de uma agulha magnética próxima ao fio. No ano seguinte, André Marie Ampère descobria que não só uma corrente elétrica move uma agulha magnética como duas correntes interagem entre si. Observara a existência de uma atração entre dois fios paralelos com correntes no mesmo sentido, e repulsão quando os sentidos eram opostos. O trabalhos de Oersted e Ampère que associavam a origem do magnetismo a partir de uma corrente elétrica instigaram Faraday. Em seu diário, em 1822, escreveu: "Converter magnetismo em eletricidade".

Mesmo assim, Faraday interromperia os seus estudos de eletricidade e magnetismo e voltaria à química. Retomando apenas em 1831, quando realizou uma série de experiências observando o fenômeno da indução magnética (efeito do magnetismo na eletricidade). Finalmente, em outubro daquele ano, realizou sua mais famosa (embora bastante simples) mais famosa experiência. Construiu uma bobina enrolando um longo fio de cobre em um cilindro oco e ligou as extremidades do fio a um galvanômetro. Quando se inseria rapidamente um imã no cilindro, observava-se uma deflexão na agulha do galvanômetro, quando se retirava o imã, a agulha movia-se no sentido oposto. Obtinha-se, assim, uma corrente elétrica através da variação do fluxo magnético. Assim, Faraday enunciou as leis da indução magnética, que proporcionaram um grande salto na Física e uma inovação rapidamente explorada industrialmente através dos motores elétricos.

Com a constatação experimental dos fenômenos eletromagnéticos, a preocupação de Faraday passou a ser com uma real compreensão do fenômeno. A idéia newtoniana (e coulombiana) de ação à distância não o empolgava. Imaginava que o espaço existente entre as cargas elétricas e os imãs deveria ser "recheado" por algo que proporcionasse as interações então observadas. Mesmo desprovido do, a princípio necessário, formalismo matemático, porém,com espetacular intuição, dá a sua principal contribuição teórica introduzindo a idéia de linhas de força que culminariam na teoria do campo, elegantemente sintetizada por Maxwell na nascente da nova física. Para Einstein, a grande revolução das bases da Física Teórica devia-se a Faraday e Maxwell.

Em 1834, realizou descobertas que passariam a ser conhecidas como as leis de Faraday da eletrólise; que descrevem quantitativamente a relação entre a decomposição de uma substância condutora (em uma solução da mesma) e a quantidade de eletricidade que a atravessa. O enunciado da 1ª lei , segundo Faraday: "Ação química ou potência de decomposição é exatamente proporcional à quantidade de eletricidade que passa ". E o enunciado da 2ª lei: "os equivalentes eletroquímicos não só coincidem, como são os mesmos que os equivalentes químicos". Atualmente, denominamos a quantidade de eletricidade necessária para liberar um equivalente de um elemento de um faraday (F = 96493 C/gmol). Os enunciados de Faraday são uma importante generalização, que na época geraram algumas suspeitas, como a de Berzelius: "... compostos, cujos elementos são unidos pelos mais diversos graus de afinidade, requerem iguais quantidades de força elétrica para sua decomposição". É importante lembrar que o elétron só foi descoberto por Thomson em 1897, e que de fato os íons, como proposto por Faraday, carregavam uma carga que, por sua vez, revelava-se como múltipla da carga elétrica. Na época, foram introduzidos os termos: eletrodo, eletrólito, eletrólise, íon, cátion, ânion, anodo e catodo.

Em 1834 criou-se na Royal Institution a cadeira de "Fuller Professor" em Química, especialmente para Faraday , patrocinada por John Fuller, um seu admirador, membro do Parlamento.

Faraday trabalhou ativamente até 1862, em diferentes linhas de pesquisa (tabelas 1 e 2), tais como: descarga elétrica em gases, o que hoje conhecemos como "gaiola de Faraday", diamagnetismo, polarização da luz, colóides. Especulou, também, sobre uma teoria eletromagnética da luz, posteriormente desenvolvida por Maxwell. Em 1849, fracassou na tentativa de estabelecer uma relação entre gravidade e eletricidade. E no parágrafo final do seu artigo "On the possible relation of gravity to electricity", de 1851, escreveu: "Here end my trials for the present. The results are negative; they do not shake my strong feeling of an existence of a relation between gravity and electricity, though they give no proof that such relation exists."

Paralelamente a suas pesquisas de cunho científico e tecnológico, Faraday, assim como Davy, incentivavam a divulgação e a popularização da ciência. Dentro desse espírito, criaram-se, na Royal Institution, as "Christmas Lectures", destinadas aos jovens, e os "Friday Evening Discourses", para membros da Royal Institution e seus convidados. Centenas de pessoas freqüentavam as palestras de Faraday, que as conduzia com muito carisma e habilidade. Dickens teria se oferecido para auxiliar na redação de algumas palestras de seu amigo com o objetivo de atingir um público ainda maior. A mais famosa das palestras natalinas foi proferida por Faraday com o título "A história química de uma vela" ("The chemical history of a candle") que comprendia seis palestras acompanhadas de demonstrações simples, cuja versão em livro tornou-se um clássico .

As contribuições de Faraday estenderam-se por muitas outras atividades, além das científicas e de divulgação. Foi um dos primeiros defensores do ensino das ciências; foi consultor de instituições como a National Gallery e o British Museum.

O Diário de Faraday revelou-se uma generosa herança para seus biógrafos. Continuamente, de 1820 a 1862, registrou minuciosamente os seus experimentos, com desenhos, detalhes construtivos, resultados obtidos, observações, as conclusões imediatas e suas intuições. O "Faraday’s Diary" foi publicado em 1932 pela Royal Institution em sete volumes, num total de 3236 páginas. Trabalhava geralmente sozinho e, às vezes, auxiliado por Charles Anderson - inicialmente recrutado para manutenção de um forno de vidro na Royal Institution - num laboratório silencioso onde montava os seus próprios equipamentos e freqüentemente projetava e construía os instrumentos necessários.

Apesar de sua natureza reservada, que incluia uma participação religiosa significativa na igreja Sandamaniana, em companhia da sua mulher Sarah Barnard, Faraday ,com seu prestígio, tornou-se uma liderança na Inglaterra, com laços de amizade não só com cientistas afeitos à sua arte como também com biólogos, escritores e membros da sociedade inglesa.

Faraday morreu em 25 de agosto de 1867, aos 75 anos.

Freqüentemente nos deparamos com o nome de Faraday no curso secundário e posteriormente nos primeiros cursos de física, química e físico-química na, universidade. Associar este nome ao de um brilhante cientista e professor, que realizou abrangentes descobertas nas áreas de física e química (duas unidades internacionais estão associadas ao seu nome: na química, o "faraday"; na física o "farad"!), é natural. Lembrar que se trata de um autodidata, que não conhecia matemática, é instigante. Imaginar que aos 12 anos de idade deixou a escola para trabalhar como aprendiz de encadernação é fascinante.

 

Referência

Michael Faraday and The Royal Institution (The Genius of Man and Place). John Meurig Thomas. 1991. Editado por Adam Hilger.

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