Liofilização

É uma técnica de secagem para solutos muito sensíveis à temperatura por sublimação do solvente. Consiste em congelar a mistura até  abaixo da temperatura tripla e evacuar até que ocorra sublimação. A Figura a seguir ilustra o processo. Nela percebe-se que o resfriamento deve preceder a evacuação. Com isso, o solvente passa diretamente da fase sólida para a fase gasosa e o soluto não é prejudicado. No ponto triplo da água a temperatura é 0,01ºC, a pressão é 0,0060373 atm.

Antes de ir para a liofilização a solução deve ser concentrada até onde for possível, por exemplo, num evaporador a vácuo. No entanto, é bom ressaltar que cada caso é um caso. As substâncias liofilizadas podem ser conservadas por muito tempo na temperatura ambiente desde que devidamente embaladas.

Durante a Segunda Guerra a liofilização era usada para preservar o plasma sanguíneo e a penicilina, mas tem uso na indústria farmacêutica e de alimentos. É um equipamento que ainda comporta algum desenvolvimento. Por enquanto, não passa de uma estufa a vácuo metida a besta.

Rotacionalidade de fluidos

Considere um fluido em movimento e seja P um ponto material do fluido. Se o ponto gira em torno de um eixo, o fluido é dito rotacional no ponto. Se não gira o fluido é dito irrotacional.
Considere uma roda gigante. Quando a roda gira os assentos mantém a sua posição sempre na vertical. Como os assentos não giram em torno de um eixo eles são irrotacionais. Isso acontece porque a gravidade mantém os assentos sempre na vertical. Então qualquer ponto localizado nos assentos não giram, já os pontos localizados na roda gigante giram.
Se os assentos forem fixos eles completarão um giro a cada volta da roda. Quem estiver no assento dará uma cambalhota em cada giro da roda.
Agora um pequeno experimento. Coloque um lápis entre as mãos espalmadas e comece a esfrega-las. O resultado é que o lápis começa girar. Agora é só colocar a cuca para funcionar imaginando o que aconteceria no caso de um fluido em movimento onde variasse entre camadas.
Matematicamente, um campo de velocidade v(x, y, z) será irrotacional num ponto se o rotacional de v é zero no ponto, ou melhor, se

onde

O produto vetorial de nabla por v pode ser escrito assim

Quantificação de biomassas

Nos reatores biológicos a transformação é realizada por uma população de microrganismos imersa num caldo nutritivo. No estudo cinético destes processos é necessário acompanhar a evolução da população ao longo do tempo. Em geral este acompanhamento é realizado simultaneamente com o nutriente limitante e o produto desejado. As células podem ser vistas como partículas microscópicas em suspensão no caldo. Por partículas microscópicas entende-se partículas visíveis apenas no microscópio. Nem todas são células vivas e fazer a distinção requer experiência e, principalmente, familiaridade.

No que diz respeito ao estado de agregação as células podem ser isoladas ou aglomeradas formando flocos. Os flocos podem ser visíveis a olho nu se o seu tamanho superar 100 mícrons, mas flocos microbianos invisíveis a olho nu ocorrem. Alguns microrganismos aderem as superfícies sólidas formando filmes. Então quantificar populações microbianas pode ser algo bem complicado.

Existem duas formas de acompanhar a população celular: pesando ou contando. Os resultados devem ser expressos por unidade de volume do caldo fermentante. Por isso, o volume da alíquota coletada deve ser bem determinado e o procedimento conduzido de forma ser possível expressar o resultado por unidade de volume da alíquota.

Os métodos baseados na pesagem são:

Peso centrifugado úmido

Partindo de uma alíquota, as células podem ser separadas por centrifugação. O sobrenadante é separado do decantado o qual é pesado. O resultado é conhecido como peso centrifugado úmido. O parâmetro importante aqui é o tempo de centrifugação e a velocidade de rotação da centrifuga.

Neste método, todas as partículas em suspensão e não apenas células decantam. O decantado é pesado úmido. Tudo isso implica num erro sistemático na medição.

Peso centrifugado seco

Outra forma é levar o decantado para secagem em estufa até peso constante. Este peso é conhecido como peso centrifugado seco. Neste caso, o erro devido ao excesso de umidade praticamente desaparece Aqui surge outros parâmetros importantes, o tempo de secagem para chegar à região de peso constante e a temperatura em que é realizada a secagem. É a técnica de acompanhamento de populações microbianas por pesagem mais usada.

Câmara de Neubauer

Uma forma de contar o número de células é através de microscopia usando uma câmara de Neubauer também conhecida como hemacitômetro. A câmara de Neubauer consiste de uma lâmina de microscopia, bem mais alta do que uma lâmina normal, com marcações em quadrantes, de medidas conhecidas.

Contagem de colônia em placa de Petri

Outra forma de contar uma população microbiana consiste em espalhar uma alíquota de devidamente diluída sobre um meio sólido numa placa de Petri. Se feito corretamente cada microrganismo formará uma colônia visível a olho nu. Contando as colônias obtém-se o número de células.

Turbidometria

As células sendo micropartículas, a presença delas causa turbidez no meio. Isso indica que uma das formas para medir a população é por turbidometria usando um fotômetro. Obviamente uma curva de calibração tem que ser construída. O mais comum é calibrar a atenuação da luz com o peso centrifugado seco ou com a contagem de colônias. A principal vantagem da turbidometria é a rapidez que mais do que compensa o trabalho de construir uma curva de calibração.

Contador Coulter

O contador Coulter é um contador de partículas, não necessariamente de células vivas. É automático, baseado na variação da corrente elétrica na passagem de cada partícula e dá não apenas o número como também os tamanhos das partículas na forma de uma curva de distribuição.

Velocidades de reação simples

Dada a reação simples

A velocidade desta reação é definida a partir do grau de avanço extensivo X como sendo

Esta é uma velocidade de reação extensiva. A velocidade de reação intensiva mais usada é a referenciada a unidade de volume da mistura reagente

Se V for constante resulta

Nos casos onde o volume é variável obtém-se que

Existem outras velocidades intensivas a molar

e a mássica

Dada a reação simples

A velocidade desta reação é definida a partir do grau de avanço extensivo X como sendo

Esta é uma velocidade de reação extensiva. A velocidade de reação intensiva mais usada é a referenciada a unidade de volume da mistura reagente

Se V for constante resulta

Nos casos onde o volume é variável obtém-se que

Existem outras velocidades intensivas a molar

e a mássica

Água régia

A água régia é uma mistura de ácido nítrico e clorídrico geralmente na proporção 1 para 3. É um líquido de coloração amarela, altamente corrosivo, capaz de dissolver metais nobres como o ouro e platina também conhecidos como conhecidos como metais régios.

Isoladamente, nenhum dos ácidos ataca o ouro. Isso, contudo, não impede a existência de metais que resistem á água régia como o tantálio e o irídio.

A invenção da água régia é atribuída ao alquimista árabe Geber (Abu Mūsā Jābir ibn Hayyān) que nasceu em Tus, na Pérsia, em 721, onde foi educado, e que morreu em Kufa no Iraque em 815.

Na química analitica a solubilização de amostras é feita na seguinte ordem, primeiro a frio e depois a quente:

1. água
2. ácido clorídrico diluído;
3. ácido clorídrico concentrado;
4. ácido nítrico diluído;
5. ácido nítrico concentrado
6. água régia.

Se a amostra não se dissolver em água régia, ela é considerada insolúvel.

Escala de Mohs

É uma escala usada para medir a dureza de minerais. A escala é montada em cima de minerais selecionados.

1 –Talco;  2 – Gipsita;   3 – Calcita;  4 – Fluorita;  5 – Apatita;   6 – Ortoclásio;  7 – Quartzo;  8 – Topázio; 9 – Corindon e 10 – Diamante.

A escala de Mohs apenas ordena as durezas em relação aos materiais listados na escala.  O aço risca a fluorita, mas é riscado pela apatita. Então a dureza do aço é 4,5 na escala de Mohs.

O mineral tem uma composição bem definida. A calcita é carbonato de cálcio. O calcário e o mármore são formado por grãos de calcita. A diferença é que o calcário é uma rocha sedimentar e o mármore é uma rocha metamórfica.

calcário

mármore

granito

O granito é formado por grão de quartzo, feldspato, mica e anfíbola. O granito é uma rocha ígnea. A escala de Mohs se aplica a minerais e não a rochas.

Unidade de coqueamento retardado

No craqueamento, a formação de coque não é normalmente desejada e todo o esforço é orientado para evitar a sua ocorrência. No craqueamento térmico a formação de coque entope a tubulação dentro da fornalha, dai a adição de vapor d’água à mistura reagente para minimizar a deposição nas paredes do tubo.No craqueamento catalítico o coqueamento é tolerado, pois a queima do coque viabiliza energeticamente o processo.

No coqueamento retardado o objetivo é produzir coque. Para isso, a matéria prima, normalmente o resíduo da coluna de vácuo, é aquecida até pouco acima de 500ºC sob 4-5 atm. O material aquecido é colocado em tambores onde permanece resfriando em repouso durante 24 horas. Disto decorre o nome de coqueamento retardado. O coque se forma dentro dos tambores literalmente entope o tambor.. Para retirar o coque existem dois métodos: quebrar o coque usando chicotes rotatórios ou, um forte jato de água.

Os vapores craqueados são levados a fracionadora principal da unidade de coqueamento onde ocorre o fracionamento em: gasóleo leve de vácuo e gasóleo pesado de vácuo. Fração leve passam por três colunas conhecidas como desetanizadora, depropanizadora e debutanizadora. Na base da coluna debutanizadora sai a nafta de coqueamento que, antes de qualquer outro procedimento deve passar por um hidrorefinamento devido a presença de hidrocarbonetos olefinicos.

Na foto a seguir está uma unidade de coqueamento retardado com quatro tambores.

Foto:Wikipedia

Reações irreversíveis unimolecular de segunda ordem

A forma geral das reações irreversíveis unimolecular de segunda ordem é:

Nesta expressão os coeficientes estequiométricos dentro do somatório são positivos ou nulos. A expressão cinética da reação acima em fase líquida, desprezando a variação de volume é:

A condição inicial apropriada para este problema é:

Este problema de Cauchy pode ser resolvido por várias rotas. Como as variáveis estão separadas a equação doe ser escrita da seguinte forma:

Considerando a condição inicial e integrando resulta:

Outra forma de escrever este mesmo resultado é

Isso para o componente um, para os demais componentes o coeficiente estequiométrico deve ser considerado. Desta forma

Reatores de perfusão

Os reatores biológicos realizam transformações químicas onde o agente de transformação são células vivas. Normalmente, as células vivas são organismos unicelulares que possuem vida autônoma na natureza. É o caso das bactérias, leveduras e fungos, que podem se apresentar em vários estados de agregação formando ou flocos em suspensão, ou filmes sobre as superfícies submersas no meio.

As células vivas podem ser teciduais, sendo obtida de organismos superiores tais como mamíferos, insetos, vegetais, etc. No caso de mamíferos, o doador do tecido pode ser, o hamster, e o tecido pode ser do ovário, dos rins, etc. Desta forma, são produzidos, por exemplo, o β-interferon, útil na esclerose múltipla, e outros produtos associados a outras doenças. As células que vivem em tecidos são muito exigentes quanto a formulação do meio. Também impõe restrições quanto a transferência de oxigênio e dióxido de carbono.

A palavra perfusão designa a introdução lenta de medicamentos num paciente. No caso de um reator de perfusão, a perfusão designa a introdução lenta dos nutrientes e a retirada lenta dos produtos. Ela ocorre na transferência entre o capilar e o tecido adjacente. O reatores de perfusão mimetizam esta condição visando a produção em escala.

A foto acima retirada do site do Laboratório de Engenharia Biológica do MIT mostra um reator de perfusão.