Universidade Estadual de Campinas
Dissertação de Mestrado
Alterações de propriedades biológicas e
físico-químicas da água induzidas
por campos magnéticos
autora: Maria Eugênia Garcia Porto
orientador: Prof.Dr. José Fernando Gregori Faigle
Instituto de Química / Departamento de Físico-Química
Dezembro / 1998
RESUMO
Alterações de propriedades biológicas e físico-químicas
da água induzidas por campos magnéticos
Autora : Maria Eugênia Garcia Porto
Orientador : Prof. Dr. José Fernando Gregori Faigle
Neste trabalho estuda-se os efeitos produzidos pela ação de campos
magnéticos em água na presença de soluções reais sob o mesmo campo.
Diferentes intensidades de campo aplicado e de concentrações de soluções
foram investigados, com efeitos reprodutíveis utilizando-se intensidade de
campo magnético na faixa de 180 Oe, com soluções em concentrações entre
2,0 e 2,5 mol.L-1. Em adição às variações de tensão superficial já reportadas
na literatura (para campos muito intensos), outras propriedades físicoqu
ímicas são alteradas, como a condutividade elétrica, pressão de vapor,
temperaturas de ebulição e congelamento, e absorção na região de
infravermelho (ATR). Não se observa variação de viscosidade e índice de
refração da água. Os efeitos mais surpreendentes se revelam com sensores
vivos, onde a resposta biológica à aplicação da água, após ter sido
submetida a estes arranjos experimentais, parece reproduzir qualitativamente
as respostas esperadas pela solução real utilizada como referência dentro do
campo. Várias técnicas foram estudadas para intensificar a ação do campo
magnético, com fortes evidências de que processos de superfície devem
contribuir fortemente para os resultados observados.
ABSTRACT
Alterations of biological and physico-chemical
properties of water induced by magnetic fields.
Author: Maria Eugênia Garcia Porto
Advisor: Prof. Dr. José Fernando Gregori Faigle
This study deals with the effects produced by the action of magnetic
fields simultaneously on water and real solutions. Many values of applied
fields and solution concentrations were investigated, with reproducible effects
observed using magnetic field intensities of about 180 Oe, and solutions with
concentrations ranging between 2,0 and 2,5 mol.L-1. In addition to the study
of surface tension variations, complementing others already reported in the
literature (for very intense fields), other properties were studied, such as
electrical conductivity, vapor pressure, viscosity, refractive index, boiling and
freezing temperatures, and infrared spectroscopic (ATR) behaviors. The most
surprising effect was observed in biological sensors, whose responses to
water treated by this method seems to reproduce qualitatively the same
results obtained with the reference solution used in the magnetic field.
Different experimental arrangements were tested in order to intensify the
action of the applied field indicating that surface processes strongly contribute
to the observed results.
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Agradecimentos
Meus primeiros agradecimentos são ao Prof. Nadim F. Heluany e Prof. João R.O.
Muniz, responsáveis pela realização dos experimentos na Faculdade de Ciências
Médicas - obrigada pelo apoio durante o desenvolvimento deste trabalho.
Agradeço também ao CNPq, pela bolsa de estudo;
a todos do laboratório Phoenix e do laboratório de ensino, pela ajuda e
empréstimo de equipamentos; ao Prof. Antonio Luiz Pires Valente, pelas
microesferas de vidro; ao Prof. Marcelo Knobel, pelas medidas de
intensidade do campo magnético; à Profa. Adriana V. Rossi, por toda
orientação na técnica de ATR; aos Profs. Pedro Faria e Pedro Volpe, pelas
sugestões e orientação dada no exame de qualificação; à Ana Marta Tucci,
pelas microfilmagens, referências bibliográficas, sua atenção e dedicação.
A minha mais profunda gratidão ao meu orientador, Prof. Fernando Faigle, por
me proporcionar, além de uma rica experiência científica, uma visão mais
ampla e crítica da vida. Obrigada pelo seu exemplo, pela coragem de romper
com conceitos pré-estabelecidos e provar suas convicções.
5
Dedico este trabalho a todos aqueles - personagens da história
ou não - que um dia tiraram o seu olhar do conhecimento conquistado
em sua época e tentaram estabelecer novas conexões. Possibilitaram
assim, uma melhor conformidade da inteligência ao real - libertando a
mente humana de dogmas, medos, crenças e opiniões - nos deixando
valiosas lições.
6
ÍNDICE
Capítulo I .
1. Introdução______________________________________________ 01
2. Objetivo do trabalho______________________________________ 18
3. Argumentação teórica_____________________________________ 20
Capítulo II .
4. Arranjos experimentais de preparação da solução imagem______ 24
Capítulo III .
5. Aplicação de soluções imagem a sistemas biológicos __________ 31
Capítulo IV .
6. Estudo físico-químico de soluções imagem ___________________ 60
Conclusão ________________________________________________ 90
Bibliografia ________________________________________________ 91
7
Capítulo I
.Sem a convicção de uma harmonia íntima do Universo, não poderia haver
ciência. Esta convicção é, e continuará a ser, a base de toda a criação científica.
Em toda a extensão dos nossos esforços, nas lutas dramáticas entre as velhas e
as novas concepções, entrevemos a ânsia eterna de compreensão, a intuição
inabalável da harmonia universal, que se robustece na própria multiplicidade dos
obstáculos que se oferecem ao nosso entendimento..
Einstein.
8
1. Introdução
.A água é esquisita. É um líquido quando deveria ser um gás, expande quando
deveria contrair e dissolve quase tudo que toca, tendo tempo suficiente. No entanto, sem
a esquisitice da água, a Terra deveria ser mais uma bola de gelo sem vida no espaço.. -
Yuan Lee, prêmio Nobel em química (1986).[1]
Apesar da água ser uma substância diamagnética, a literatura corrente reporta
diversas alterações de suas propriedades quando submetida a campos magnéticos
intensos. Podemos observar esses efeitos em áreas abrangentes como a medicina,
química, física, biologia, engenharias, agronomia - incluindo agricultura e pecuária - e
processos industriais.[2-28]
O estudo da interação de materiais ferrosos e ferromagnéticos com o campo
magnético é fortemente abordado na literatura científica clássica. Este tipo de interação é
hoje relativamente bem compreendido e quantificado através de instrumentos
padronizados de medida direta dos efeitos.[29]
Por outro lado, a interação menos óbvia de campos magnéticos com outros
materiais só passou a merecer atenção em trabalhos mais recentes. A ação dos campos
estáticos sobre a matéria e os efeitos residuais que dela resultam, não são bem
compreendidos. Um número crescente de trabalhos que abordam interações de campos
magnéticos com materiais diamagnéticos vem sendo investigado com resultados
intrigantes e surpreendentes, ainda não explicados.
Atualmente, esta linha de pesquisa ainda está muito mais voltada para a
catalogação de efeitos do que para a construção de modelos que justifiquem os
comportamentos. Nesta etapa, a aplicação de campos nas mais diversas áreas e
materiais, assim como a observação dos resultados, são de grande importância, já que
um amplo conjunto de dados experimentais poderá, eventualmente, fornecer diretrizes
para uma compreensão dos comportamentos observados. A seguir, citamos alguns
exemplos no intuito de mostrar a amplitude destas aplicações em pesquisas recentes.
9
1.a - Alterações do comportamento da água tratada
magneticamente em diversos sistemas
O tratamento magnético da água é um recurso simples no qual a água passa
através de um campo magnético e altera algumas de suas propriedades físico-químicas.
Este tratamento magnético, utilizado na prevenção de sedimentação e remoção de
sedimentos acumulados na água, foi primeiramente patenteado por Vermeiren na Bélgica
em 1945, sendo então reconhecido como descobridor do fato de que campos magnéticos
afetam as propriedades da água.[2]
Gehr et al.[3] fizeram um estudo criterioso da solubilidade de CaSO4 em água
quando estas soluções eram expostas a um campo magnético de 4.75T, produzido por
um espectrômetro de Ressonância Magnética Nuclear - Varian Supercon 200MHz. Foram
utilizados vários parâmetros de medida e observação - dissolução de Ca2+, suspensão
total de sólidos em solução, condutividade, potencial zeta, temperatura e pH. Dentro das
condições específicas do experimento, o tratamento magnético induziu a precipitação dos
cristais de gipsita - sulfato de cálcio. Os resultados de todos os parâmetros estudados
confirmam esta medida e todos eles são estatisticamente significantes. Os autores
concluem que tratamentos magnéticos podem ser eficientes na prevenção de
sedimentação, agindo para promover uma cristalização no lugar da precipitação que
ocorre em superfícies sólidas.
Katsuki et al.[4] estudaram a influência de um campo magnético forte (8T) no
crescimento de cristais de um composto diamagnético - a benzofenona. A direção do eixo
longitudinal das agulhas dos cristais tende a se alinhar perpendicularmente à direção do
campo aplicado e o grau de orientação depende da sua intensidade. Na ausência do
campo magnético, as agulhas orientam-se aleatoriamente. Considera-se que a orientação
magnética de cristais de um composto diamagnético ocorre quando este possui alta
suscetibilidade diamagnética anisotrópica.
10
Saam[5] desenvolveu um modelo para predizer a taxa de nucleação de cristais de
calcita. Monitorando-se vários parâmetros qualitativos da água - dissolução total de
sólidos, alcalinidade, etc - concluiu-se que a nucleação dos cristais de calcita aumenta
com a aplicação de campos magnéticos e eletrostáticos.
Os efeitos do campo magnético estendem-se a diversas áreas e também podem
ser observados nas interações da água com sólidos. Segundo os estudos de Ozeki et
al.[6], campos magnéticos estáticos podem alterar as interações água-sólido e induzir a
adsorção ou dessorção da água nas superfícies sólidas. Já é bem conhecido que a água
de hidratação ou adsorvida, tem estrutura e propriedades (estáticas e dinâmicas),
diferentes da água livre. A adsorção e dessorção da água foi testada em campos
magnéticos relativamente baixos (H<10 kOe), a uma temperatura de 303 K e em várias
superfícies sólidas (γ-FeOOH, δ-FeOOH, α-Fe2O3, Fe3O4, SiO2, zeólitos, crisotilas,
montmorilonita, TiO2, fibra de carbono ativada e DNA). Nenhuma água da primeira
camada de superfícies hidrofílicas, que possui interações relativamente fortes com a
superfície, é afetada pelos campos magnéticos estáticos em questão. Interações fracas
da água com superfícies hidrofóbicas e água em multicamadas respondem ao campo
magnético. As águas contidas em poros também respondem ao campo, mas a indução
do campo magnético na adsorção ou dessorção parece diminuir a medida que o tamanho
dos microporos aumenta. A quantidade de água adsorvida nas diferentes superfícies
sofre alterações que dependem da intensidade do campo e da superfície propriamente
dita. O campo magnético parece afetar a adsorção quando a energia magnética adquirida
através do campo magnético externo é suficientemente grande para ultrapassar as
interações e ligações de hidrogênio que constituem a estrutura da água.
Lazarenko e Zhuravlev[7] reportaram que a água tratada com campo magnético,
utilizada na preparação de concreto, melhora a qualidade do mesmo, incluindo força,
densidade e resistência ao impacto. A porosidade do concreto e a absorção de água são
menores, levando a uma diminuição no tempo de solidificação e a uma maior dureza do
material.
Ueno e Iwasaka[8,9] fizeram um estudo do comportamento hidrodinâmico da água
observando a partição física da água em campos magnéticos de 8T, gerados a partir de
ímãs super-condutores horizontais. Eles observaram que a água destilada preenchendo a
metade do volume de um recipiente pequeno, se divide em duas partes expondo o fundo
do recipiente na parte central quando submetida ao campo. Os níveis de água nas
11
laterais sobem, formando paredes de água. As paredes de água também são formadas
nas temperaturas de transição da água (0oC e 100oC). Este comportamento também foi
observado em uma solução isotônica de cloreto de sódio - NaCl (0.9%) - e em várias
outras soluções de NaCl em diferentes concentrações. Neste caso, as mudanças
absolutas na altura da superfície das soluções, no centro do recipiente, diminuem com o
aumento da concentração de NaCl na solução. Uma variação do experimento mostrou o
efeito do campo na velocidade do fluxo de água destilada, o qual diminui com o aumento
da intensidade do campo, chegando mesmo a parar o fluxo a um campo de 8T. Este
efeito é ainda maior na velocidade do fluxo da água quando borbulhada com oxigênio
gasoso (observação do comportamento de moléculas paramagnéticas submetidas ao
mesmo processo), onde a interrupção do fluxo ocorre a 6T.
Hirota et al.[10] também investigaram os efeitos do campo magnético no
comportamento hidrodinâmico da superfície da água e de soluções aquosas de sulfato de
cobre que tinham uma suscetibilidade magnética bem pequena. Quando um campo
magnético de 10T é aplicado ao recipiente contendo o líquido, através de um ímã supercondutor
horizontal, observa-se alterações no nível da superfície da água ou das
soluções. A superfície da água destilada no centro do campo magnético fica 39mm
abaixo do nível padrão, considerado como sendo o nível da superfície na ausência do
campo ou eixo zero. Este fenômeno é conhecido como .efeito Moisés.. Por outro lado, a
superfície da solução de sulfato de cobre próxima à saturação fica acima do nível cerca
da mesma altura, no centro do campo (.efeito Moisés reverso.). Como resultado, as
soluções diamagnéticas de menor suscetibilidade magnética, incluindo a água destilada,
apresentam uma queda no nível da superfície em relação ao eixo zero. Já aquelas com
suscetibilidades paramagnéticas (maior concentração de CuSO4) apresentam
comportamento contrário, uma elevação no nível da superfície em relação ao eixo zero.
Beaugnon e Tournier[11] observaram que vários materiais diamagnéticos como Bi,
Sb, água, etanol, madeira, plástico, acetona e grafite, poderiam ser levitados sob campos
magnéticos com gradientes elevados, gerados por um ímã super-condutor vertical de
27T. Tais materiais são, na verdade, fracamente diamagnéticos e quando submetidos a
um gradiente do campo magnético tendem a ser conduzidos das regiões de campo forte
para aquelas de campo mais fraco. Quando a força resultante é maior e mais forte que a
gravidade, ocorre a levitação.
12
Utilizando um campo magnético bem mais fraco (0.35T), Fujiwara e Nishimoto[12,13]
investigaram através de um DSC (Differential Scanning Calorimetry), os efeitos do campo
magnético no congelamento de uma solução aquosa de cloreto de sódio. Os registros do
DSC durante o congelamento da solução salina, exposta ao campo magnético,
mostraram duas fases do composto eutético, isto é, o próprio composto e a sua
associação com o oxigênio. O ponto de fusão do composto eutético sob influência do
campo magnético é -21.7oC, o mesmo da amostra congelada na ausência de campo
magnético externo. No entanto, o ponto de fusão do composto associado ao oxigênio
sofre uma mudança de -22.3oC, valor da amostra não exposta ao campo magnético, para
-23.9oC, quando a amostra é congelada sob a ação do campo. Estes resultados sugerem
uma nítida influência do campo magnético na formação do composto eutético da solução
aquosa de NaCl associado ao oxigênio.
Joshi e Kamat[14] submeteram água tri-destilada a campos magnéticos de 0.19 a
0.57T. Seus resultados mostraram que o pH aumenta progressivamente de 0.35-0.62
unidades, a tensão superficial γ diminui de 1.6-5.3 dina/cm, e a constante dielétrica ε
aumenta 1.5 unidades. Admite-se que a diminuição da concentração dos íons H3O+
provavelmente resulta de uma mudança na constante de ionização da água sob a
influência de um campo magnético, apesar de não haver nenhuma explicação para estas
mudanças em γ e ε .
Outra pesquisa utilizando água tratada magneticamente foi realizada por Zhao et
al. [15], medindo-se as entalpias de solução de cloreto de potássio (KCl) em água exposta
a um campo magnético de 0.8T. A temperatura foi mantida constante durante todo o
experimento. As diferenças de entalpia de solução de KCl em água e em água
magneticamente tratada são mensuráveis e, em geral, os valores de ΔH para a água
tratada são maiores que os obtidos para as soluções não tratadas magneticamente.
Segundo os autores, uma possível razão para esta mudança energética pode estar
relacionada com a distorção das ligações de hidrogênio das moléculas de água causada
pelo campo magnético.
Na agronomia, vários estudos foram realizados utilizando-se água previamente
tratada em campos magnéticos para irrigação e nutrição de animais. Lin e Yotvat[16]
relataram surpreendentes resultados obtidos em algumas fazendas em Israel, com
diversos animais - gado, cabra, ovelhas, galinhas, gansos e perus - e plantio de vegetais
e frutas. Em geral, os animais tratados com água submetida a um campo magnético
13
apresentam uma melhora nas condições gerais e um aumento em sua produtividade
específica. Um grupo de bezerros tratados com água submetida ao campo magnético
teve um aumento de 12% no crescimento em relação ao grupo de controle. Um outro
grupo de bezerros machos além do ganho de peso, continha 30 a 40 Kg a menos de
gordura em suas carnes após 10 a 12 meses, em relação ao grupo de controle. Os
gansos tratados tiveram um maior aumento de peso diário em relação aos não tratados
com a água submetida ao campo magnético. As ovelhas apresentaram aumentos
consideráveis na produção de leite, carne e lã. As frutas, de um modo geral, tiveram um
aumento no tamanho e no teor de açucar quando irrigadas com água tratada
magneticamente. Devido aos excelentes resultados obtidos, o autor cita que até o
momento em questão (1990), já existiam mais de 270 unidades de tratamento magnético
de água operando nas fazendas locais.
Estudos conduzidos por Harari e Lin[17] no crescimento de melões, mostram que o
tamanho, o número de frutas e o conteúdo de açucar nos melões irrigados com água
tratada magneticamente foram significativamente maiores do que aqueles irrigados com
água normal (sem tratamento magnético). Levy et al.[18] também demonstraram que
nutrindo bezerros machos com água tratada magneticamente resulta em carnes com
menos gordura e maior retenção de nitrogênio. Os testes foram realizados em 7 grupos
diferentes de bezerros com resultados bastante significativos.
Nosso grupo de pesquisa também tem realizado alguns experimentos na área
agrícola neste último ano utilizando água tratada em campos magnéticos. Os campos
magnéticos são obtidos através de ímãs portáteis com valores nominais variando entre
500 e 4500 Oe (0,005 e 0,045T). A água é deixada por algumas horas dentro de um
recipiente de vidro colocado sob um dos pólos do ímã. Posteriormente, esta água tratada
magneticamente é utilizada para germinação e irrigação de sementes de trigo em escala
de bancada. Os resultados são comparados com lotes padrão, sob as mesmas condições
experimentais, tratados com água comum (sem tratamento magnético). Observa-se que
as sementes tratadas com a água submetida ao campo magnético absorvem maior
quantidade de água (maior entumecimento dos grãos), há um aumento da quantidade de
sementes germinadas (superior a 80%) e a planta tem um maior crescimento em relação
ao lote padrão.
Entretanto, as condições experimentais relacionadas a intensidade do campo,
tempo de exposição ao mesmo, entre outras, parecem ser muito críticas. Nossos estudos
14
mostram que de acordo com o arranjo experimental, tanto podemos obter excelentes
resultados, quanto podemos diminuí-los drasticamente em relação ao lote padrão. Isso
nos faz pensar que apesar dos autores que relatam aumentos na produtividade de
animais e plantas quando tratados com água submetida a campos magnéticos, não
citarem qualquer experiência em contrário, deve haver um controle rígido nas condições
experimentais para que não ocorra uma diminuição dos rendimentos esperados.
Muitos outros estudos têm sido feitos na área bioeletromagnética utilizando-se a
aplicação de campos magnéticos fortes em sistemas biológicos. Um exemplo é o trabalho
realizado por Takeuchi et al. [19] nas células vermelhas do sangue (CVS). As CVS normais
submetidas a um campo magnético de 8T são orientadas com os seus discos planos
paralelos ao campo, enquanto que as CVS sólidas são orientadas com seus discos
planos perpendiculares ao campo. A origem desta orientação oposta das CVS sólidas,
talvez possa ser explicada pela introdução de uma orientação da hemoglobina dentro das
células quando estas são solidificadas.
Ossenkopp e Kavaliers[20] realizaram experimentos com ratos machos expostos à
campos magnéticos de baixa freqüência, resultando em alterações dos efeitos
analgésicos de determinadas classes de narcóticos. Os resultados demonstraram um
claro efeito de inibição de analgesia por morfina nos ratos expostos ao campo magnético
de baixa freqüência em relação ao grupo de controle.
Outro estudo com ratos, feito por Kolosova et al. [21], demonstrou uma aceleração
da regeneração das fibras nervosas quando estes animais eram expostos a ondas de
baixa intensidade da radiação eletromagnética.
Quanto mais as pesquisas avançam em relação ao eletromagnetismo, maiores são
as aplicações tecnológicas fundamentadas nestes princípios. Uma grande proliferação e
aperfeiçoamento destas técnicas pode ser observado no campo da medicina.
Em 1991, na Unicamp, Camargo Jr. [22] obteve resultados positivos através da
técnica de estimulação eletromagnética pulsátil (EEMP) de fraturas não consolidadas em
prazo normal. A percentagem de cura foi de 80% e observou-se que em alguns casos de
tratamento longo com EEMP e imobilização, após a remoção do último gesso, as
articulações próximas ao local exposto ao campo eletromagnético não se apresentavam
rígidas ao fim das imobilizações prolongadas.
Outra aplicação tecnológia do magnetismo na área biomédica foi feita por
Vladimirsky et al. [23] em 1993, desenvolvendo um método para o diagnóstico da
15
tuberculose, no qual utiliza partículas ferromagnéticas para concentrar a M.tuberculosis
em amostras de saliva e posterior identificação em microscópio fluorescente. Este
método alcançou uma alta sensibilidade na identificação da M.tuberculosis (98,7% dos
casos), em relação aos métodos padrão: através de cultura, que é muito lento (76,5% dos
casos) e através da microscopia fluorescente normal (53,9% dos casos).
O ceticismo em relação aos tratamentos magnéticos tem sido focado tanto na
reprodutibilidade dos fenômenos observados, como na ausência de um mecanismo geral
aceito que explique estes fatos.[3] Além disso, a forte dependência dos resultados com as
condições experimentais utilizadas, implica em uma baixa previsibilidade de respostas da
água tratada magneticamente. Resultados inconsistentes de efeitos de campos
magnéticos sobre sistemas biológicos têm sido reportados em diversos experimentos
envolvendo combinações de variáveis experimentais, tais como as espécies de animais,
ambientes de exposição, freqüência e densidade do fluxo do campo, tempo de exposição
e a duração do processo biológico.[24] Dentre todas estas variáveis, o fator mais crítico
parece ser a quantidade de exposição, definida pela densidade do fluxo e duração da
exposição ao campo magnético. De uma maneira geral, breves exposições de materiais
biológicos ao campo magnético, mesmo sob uma densidade de fluxo intensa, não têm
produzido efeitos biológicos significativos.
Selye[25] demonstrou que as respostas orgânicas homeostáticas a estímulos
externos seguem um padrão característico que ele chamou de .síndrome geral de
adaptação. (.general adaptation syndrome. - GAS). O progresso da GAS leva um bom
tempo, por isso é necessário uma observação cuidadosa de dias e até semanas para se
certificar deste padrão. Nakagawa[24], Barnothy e Barnothy[26], Nakagawa e Matsuda[27]
demonstraram que a reação de animais ao campo magnético estático ocorre dentro deste
tipo de padrão GAS.
No tratamento magnético da água, Klassen[28] resumiu três fatores principais
responsáveis pela baixa reprodutibilidade dos experimentos: variação da composição da
água (obtida de diversas fontes), o impacto de efeitos externos que não são levados em
consideração (incluindo flutuações do campo geomagnético), e finalmente, as diferenças
nas condições do tratamento e das medidas. Alguns casos típicos de resultados
negativos nesta linha de pesquisa podem ser encontrados nos estudos de Mirumyants et
al.[30], Gordon et al.[31], Welder e Partridge [32], e Hasson e Bramson [33].
16
Apesar de encontrarmos muitas evidências experimentais e relatos de alterações
do comportamento da água tratada magneticamente nas mais diversas áreas, não há um
embasamento conceitual ou qualquer explicação para tais efeitos nos trabalhos em
questão. Tais trabalhos propõem-se apenas a reportar o comportamento anômalo da
água tratada em campos magnéticos. No entanto, a despeito da falta de mecanismos ou
modelos que expliquem tais comportamentos, os efeitos e benefícios provenientes dos
tratamentos magnéticos em água estão sendo amplamente utilizados em grande escala e
a nível comercial. Recentemente, após o desenvolvimento de determinadas técnicas
espectroscópicas e do avanço nas áreas de simulação computacional, muitos esforços
têm sido direcionados no intuito de se propor modelos para uma maior compreensão da
estrutura da água líquida.
17
1.b - Estudos teóricos e experimentais da estrutura da água líquida
A água é o solvente universal para reações bioquímicas. Sistemas aquosos podem
ser tratados por várias teorias aceitas atualmente pelas ciências física e química, mas na
prática, o comportamento e algumas de suas propriedades invalidam as aproximações
simplificadas que formam as bases destas mesmas teorias.[34]
Historicamente, a água foi estudada com o auxílio do raio-X por Morgan e
Warren[35] (1938) e depois por Narten e Levy[36] (1969). A primeira conclusão do trabalho
foi que a água era ligada tetraedricamente de forma similar a que ocorre no gelo
hexagonal. Ainda esta visão quase cristalina da água era insatisfatória por não levar em
consideração a falta de ordem em grande parte do líquido e por ser necessário idealizar
moléculas intersticiais no arranjo reticular para se aproximar dos valores experimentais
quantitativos.
A despeito de muitos modelos existentes para as propriedades estáticas da água,
não havia sido estabelecido até então, nenhum modelo que considerasse suas
propriedades dinâmicas. Barker e Watts[37] (1969) e Rahman e Stillinger[38] (1971) foram
os primeiros a realizar cálculos de dinâmica molecular da água líquida. A partir da análise
destes dados concluiu-se que alguns tipos de movimentos moleculares cooperativos
estão presentes na água líquida.
Quase que simultaneamente com este desenvolvimento de métodos de simulação
computacional, o advento de fontes intensas de neutrons possibilitou experimentos para
extrair funções de distribuição radial específicas da água e de soluções aquosas usandose
a então recente descoberta da técnica de substituição de isótopos (Enderby et
al.[39],1966 e Nielson e Enderby [40],1983).
Ainda hoje o cálculo ab initio da estrutura e das propriedades de uma molécula de
água isolada é difícil; no entanto, tais dificuldades são menores quando se investiga a
interação de duas ou mais de tais moléculas.[34] A água não parece ser um sistema
isotrópico, havendo diferentes contribuições de energia (ligações de hidrogênio,
interações de van der Waals) para o fato de trímeros e agregados maiores de moléculas
de água serem mais estáveis que dímeros. Ou seja, a interação de uma dada molécula
de água com um .cluster. já existente de moléculas ligadas por ligações de hidrogênio é
mais favorável e mais provável que a interação com uma outra molécula isolada para a
18
formação de um dímero. Este tipo de interação é chamado de interação cooperativa e
acredita-se que as ligações de hidrogênio na água líquida formam um sistema altamente
cooperativo.[34]
A manifestação física das ligações de hidrogênio da água líquida e do gelo tornase
aparente na espectroscopia de infravermelho e Raman. Os modos normais
característicos da molécula de água isolada são notadamente perturbados quando a
vibração da ligação O-H .sente. outra molécula de água orientada de tal forma que o
seu par de elétrons livres se aproxime do átomo de hidrogênio da ligação vibracional em
questão.[34]
Diferentes modelos que descrevem a estrutura da água podem ser divididos em
duas classes principais: modelos de misturas e modelos contínuos.[42] O modelo de
misturas é fundamentado no modelo de clusters de Frank e Wen[43] (1957), no qual a
água líquida se compõe não apenas de monômeros ou de clusters interligados por
ligações de hidrogênio, mas de um equilíbrio entre estas espécies distintas, o qual é
alterado de acordo com a temperatura e pressão - figura 1, (a) e (b). O modelo assume
que a fusão do cluster é acompanhada por uma diminuição de volume, análogo à fusão
do gelo, e por isso é capaz de justificar várias propriedades anômalas da água. Esta idéia
foi posteriormente desenvolvida por Nemethy e Scheraga[44,55] em um modelo mais
sofisticado. A partir daí muitas questões começaram a surgir no que diz respeito a
possibilidade dos clusters poderem ser reconhecidos como espécies distintas.
A origem do modelo contínuo remonta a Pople em 1950.[46,47] Neste modelo a
estrutura da água líquida é, como o próprio nome já indica, uma rede contínua de
moléculas de H2O em três dimensões interligadas por ligações de hidrogênio - figura 1
(c).
Outros modelos que tentam explicar a estrutura da água líquida, como por
exemplo, o modelo de rede aleatória ou randômica (random network model) de Rice et al.
[48,49] , e o modelo de percolação (percolation model) de Stanley et al.[50], podem ser vistos
como extensão dos modelos contínuo e de misturas, respectivamente.
Nos diversos estudos que tratam a estrutura da água líquida como um conjunto de
clusters observa-se que estes contém um número variável de unidades (H2O), que
depende não somente da temperatura, como também da adição de solutos e outros
fatores.[51] Estudos recentes de água e soluções aquosas através de espectroscopia de
infravermelho (ATR), indicam a presença de diferentes espécies de água no meio.
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Análises da estrutura vibracional da água com a variação da temperatura, mostram dois
tipos diferentes de água, consideradas como .água livre. e .água ligada.. Já na
presença de um soluto, além dos dois tipos de água (.livre. e .ligada.), aparece mais um
relacionado à água ligada ao íon presente na solução.[52,53]
As idéias básicas dos modelos de misturas e contínuo são muito diferentes.
Sucessos moderados têm sido alcançados na utilização de cada modelo quando são
escolhidos parâmetros apropriados.[54] Desde então, muitos pesquisadores têm
investigado propriedades dinâmicas e termodinâmicas de vários clusters e sistemas
líquidos em termos de estruturas inerentes. Em sua grande maioria, os trabalhos que
abordam alterações do comportamento da água, ou aqueles que estudam sua estrutura
através de espectroscopia, se utilizam do modelo de mistura ou tratam diretamente de
clusters, para explicar as observações experimentais.
Figura 1. Representação ilustrativa dos modelos contínuo e de misturas : (a) clusters isolados na rede
contínua de moléculas de água (modelo de misturas) ; (b) ampliação de um cluster de água; (c) rede
contínua de moléculas de água (modelo contínuo).
Estudos feitos por Senior e Verrall[55] (1969) e por Libnau[42] et al. (1994), entre
outros, prevêem duas estruturas diferentes para a água líquida. Nestes estudos, o
aparecimento de um ponto isosbéstico (onde diferentes espécies apresentam a mesma
absorção no espectro infravermelho) corrobora esta indicação, já que este ponto pode ser
associado com o equilíbrio dinâmico de duas classes de moléculas de água - .água livre.
e .água ligada.. Considera-se .água ligada. aquela que apresenta consideráveis
interações intermoleculares detetáveis no espectro infravermelho.[52,53] Na nossa opinião,
20
este resultado não se acomoda facilmente num modelo contínuo, onde a existência de
dois tipos de água não é prevista. O modelo de clusters, do qual estes resultados não
constituem uma prova cabal, explicaria de forma mais adequada este tipo de
comportamento.
Os efeitos da adição de solutos na estrutura da água também têm sido
intensamente investigados pela espectroscopia vibracional.[56-59] A adição de solutos à
água modifica as interações fracas e seu direcionamento, podendo resultar em um
estado energético mais, ou menos, favorável, do ponto de vista puramente entálpico
(dissoluções endo ou exotérmicas). No modelo de misturas da água, o soluto deverá
mudar, preferencialmente, a população entre os tipos individuais de água, mais do que
alterar a simetria das suas moléculas (efeitos populacionais).[56]
Os diferentes comportamentos da água líquida têm sido intensamente investigados
devido a sua importância em sistemas químicos e biológicos[60]. Muitos trabalhos
recentes, teóricos[60-77] e experimentais[78-100], relacionados ao estudo de clusters de
água, relatam resultados de avanços para um maior detalhamento da descrição
molecular da água.[78] Estes resultados têm sido aplicados diretamente na abordagem de
problemas de interesse atual, tais como, a formação de chuva ácida[84,85], a absorção
anômala da luz do sol pelas nuvens[86] e a nucleação de gotículas de água.[87] Os
pentâmeros cíclicos de água parecem ter grande similaridade com estruturas
fundamentais na hidratação de biomoléculas.[83] Por exemplo, estudos de Raio-X revelam
arranjos de 16 moléculas de água em sítios hidrofóbicos de proteínas em uma formação
concatenada de pentágonos circundando o grupo metila da leucina.
Comportamentos similares têm sido encontrados em outras proteínas e polímeros
de DNA[83]. Simulações computacionais indicam que os pentágonos de água são
estruturas dominantes em hidratações de sítios hidrofóbicos, mas também existe a
tendência de formação de anéis de 6 e 7 membros a medida que a hidrofobicidade do
soluto aumenta.[83]
O desenvolvimento da espectroscopia de infravermelho vibracional-rotacional de
tunelamento (far-infrared vibration-rotation-tunelling, FIR VRT, spectroscopy), tem
permitido as primeiras observações de alta resolução de trímeros [78,90], tetrâmeros
[81,91,96], pentâmeros [80,82,92] e mais recentemente, hexâmeros de água [62,79,93] - figura 2.
Esta técnica tem provado ser uma ferramenta poderosa para o acesso de informações
estruturais e da dinâmica da água [82], além de estar suportando as predições teóricas.[89]
21
Figura 2. Predição teórica de estruturas em equilíbrio de trímeros, tetrâmeros e pentâmeros de água, que
têm sido confirmadas pela espectroscopia de infravermelho vibracional-rotacional de tunelamento (VRT). As
linhas pontilhadas representam ligações de hidrogênio.[83]
Estudos mais comuns de propriedades dos clusters incluem suas estruturas
geométricas e eletrônicas relacionadas com propriedades tais como a energia de ligação
dos clusters.[60] Devido à complexidade das interações das moléculas de água, que é
dominada pelas ligações de hidrogênio, as estruturas químicas dos clusters de água são
difíceis de se determinar.
22
Estudos teóricos de baixas energias de conformação de clusters de diferentes
tamanhos têm sido feitos e algumas estruturas cíclicas se revelam as mais estáveis. As
estruturas cíclicas admitidas para trímeros de água passando para pentâmeros têm, cada
uma delas, mostrado ser as estruturas mais estáveis em seus respectivos tamanhos.
Recentemente, hexâmeros isoenergéticos de água têm sido preditos usando-se modelos
potenciais [72], ab initio [69,73,74] e métodos de funções de densidade.[60,77] Clusters maiores,
como (H2O)8 e (H2O)20, também têm sido investigados recentemente pelo método de
Monte Carlo[71] e dinâmica molecular.[64-68] Lee, Chen e Fitzgerald[60] estudaram, através
do método de funções de densidade, uma ampla faixa de clusters de água de diferentes
tamanhos - (H2O)n , com n = 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 16, e 20. Concluiu-se que os
clusters com 4, 8, 12, 16 e 20 moléculas de água são significativamente mais estáveis
que os demais.
Briant e Burton[61] realizaram estudos de dinâmica molecular de microclusters de
água contendo de 2 a 30 moléculas. Foram investigadas as seguintes propriedades
desses clusters : energia interna total como uma função do tamanho dos clusters,
funções de densidade radial, padrões de ligações de hidrogênio dentro dos microclusters,
orientação de dipolo das moléculas de água e enegias de superfície dos microclusters.
Dentre as conclusões mais relevantes estão que:
1. A molécula de água próxima ao centro de massa tem aproximadamente cinco vizinhos
próximos (nem todas as moléculas vizinhas formam ligações de hidrogênio) - figura 3.
2. O número de ligações de hidrogênio por molécula é inferior ao da água que faz parte
do seio da solução. O número de ligações que uma molécula forma depende de sua
localização em relação a superfície do cluster.
3. Os momentos de dipolo de moléculas perto da superfície são orientados
aleatoriamente por um potencial simétrico. Para um potencial não simétrico, as
moléculas de água da superfície do cluster tendem a ter seus hidrogênios voltados
para o centro do cluster.
23
Figura 3. O centro de massa da função de densidade radial para clusters de água contendo 5, 9, 15, 22 e 30
moléculas obtidas ao redor da molécula central. O número sobre o primeiro pico é correspondente aos
números de coordenação. O pico inicial do cluster (H2O)5 corresponde a um número de coordenação de 2.0
- 3.0 .[61]
Lonenzen[99] criou um processo de preparação de água microclusterizada
(Microclustered Water), o qual patenteou em janeiro de 1998, onde a água produzida
possui propriedades variadas de acordo com o .template. (gabarito ou substância modelo
adicionada à água). O .template. é um material adicionado à água microclusterizada para
criar uma estrutura molecular específica que alcance os resultados desejados. A
preparação da água microclusterizada consiste nas seguintes etapas :
1. Levar a água de partida à ebulição para produzir vapor;
2. passar o vapor através de um campo magnético (gerado por materiais como magnetita
e óxidos de ferro);
3. expôr o vapor a radiação monocromática de comprimento de onda entre
aproximadamente 610nm a 1mm;
4. condensar o vapor a uma temperatura superior a 0oC;
5. adicionar pelo menos um estabilizante ao vapor condensado, que deve ser um sal de
metasilicato (preferencialmente um metasilicato de sódio ou lítio, em uma
concentração entre 0.1 μg.mL-1 e 4 μg.mL-1);
24
6. adicionar um .template., preferencialmente em concentração igual ou inferior a 0.1%;
7. expôr o vapor condensado a uma pressão maior que 1 atm (em condições ideais, o
sistema é agitado neste estágio);
8. despressurizar o vapor condensado, produzindo água microclusterizada.
A ordem dos ítens 5 e 6 pode ser invertida sem qualquer prejuízo. A água
microclusterizada é então, diluída entre 103 a 1020 vezes em água comum e estocada
para uso. O produto da água microclusterizada é utilizado em medicamentos para
tratamentos de infecções virais e em medicamentos que promovem o crescimento de
organismos vivos. O processo também pode ser usado para produzir medicamentos para
tratar queimaduras, dores, diabetes e em produtos agrícolas e catalisadores. A água
microclusterizada é caracterizada por apresentar um sinal na espectroscopia de
ressonância magnética nuclear (RMN) de 17O , inferior a 115Hz ; condutividade de no
mínimo 3.7 μS/cm ; e tensão superficial inferior a 61 dinas/cm. Acredita-se que o produto
apresente microclusters contendo entre 3 e 15 moléculas de água e complexos formados
na solvatação do .template. em solução. Microclusters de 5 a 7 moléculas são mais
eficientes, sendo os de 5 moléculas considerados os melhores. Clusters de tamanhos
superiores devem apresentar efeitos biomédicos menores.[99]
A Shimadzu Corporation patenteou[100] um método de medida simples de amostras
de água, através de espectroscopia de absorção, em um determinado comprimento de
onda. No entanto, as diferenças entre os espectros das amostras em relação à água
utilizada como referência são muito pequenas e se sobrepõem. Para evidenciar as
diferenças entre os espectros é obtido um espectro diferencial entre uma amostra de
água de referência e a amostra de água em estudo, que após ser analisado por um
programa computacional específico é capaz de indicar os tamanhos relativos dos
clusters.
Na área de produtos comerciais, a água desclusterizada (declustered water) ou
microclusterizada (microclustered water) tem sido utilizada como princípio ativo de alguns
produtos lançados no mercado recentemente em setores diversos. Na cosmetologia, a La
Mer [101] lançou este ano, loção, gel e tônico para a pele, utilizando como princípio ativo a
água desclusterizada. Na farmacologia, alguns produtos como sprays nasais e loção para
25
os olhos (colírio), têm sido lançados utilizando água microclusterizada[102]. No tratamento
de água para uso residencial, a Aqua-Doc [103] e a Mundimex Companies [104] possuem
sistemas portáteis utilizando campo magnético para o condicinamento de água.
No Brasil estamos desenvolvendo, em parceria com a iniciativa privada, tecnologia
que permite a industrialização de produtos tratados magneticamente. Os resultados
iniciais são bastante promissores.
2. Objetivo do trabalho
O objetivo deste trabalho é responder a seguinte indagação :
- Se o campo magnético pode, aparentemente, determinar diversos arranjos
estruturais em água, é possível induzí-lo a produzir um arranjo específico e pré-
determinado?
Para responder a esta questão, a idéia básica foi a de utilizar uma solução aquosa
como referência (por exemplo, soluções aquosas de BaCl2, CaCl2, KCl, e outras que
tivessem efeitos farmacológicos) e tentar , através do modelo de organização do solvente
destas soluções, reproduzir os efeitos populacionais da água tratada magneticamente,
como uma imagem da solução utilizada como referência, apesar da ausência de soluto.
Se isto for possível, as propriedades desta água podem ser previstas e pré-selecionadas,
contribuindo para resolver o problema atual de pouca previsibilidade dos resultados
nesse tipo de operação.
A experiência consiste basicamente em acoplar os efeitos pouco conhecidos do
campo magnético sobre a estrutura da água com as alterações esperadas sobre a
mesma pela adição de solutos.
2.a - Desenvolvimento de pesquisa
26
Nosso maior empenho foi no sentido de obter uma água com alterações de suas
propriedades suficientemente estáveis, capaz de apresentar resultados em sistemas vivo
e não vivo, apesar de todas as possíveis interferências referentes às próprias medidas
físico-químicas e ao meio no qual esta água é adicionada para promover alterações de
comportamentos biológicos.
O desenvolvimento deste trabalho baseou-se em testar várias montagens
experimentais, que em princípio, pudessem induzir uma alteração no comportamento da
água quando esta é submetida a um campo magnético na presença de uma solução real
sob o mesmo campo. Como se verá mais adiante, a água assim tratada é capaz de
reproduzir vários comportamentos esperados para a solução real utilizada como
referência. Esta água que sofreu alterações a partir da interação com uma solução real
passamos a chamar de solução imagem.
A solução imagem, então, é água desionizada após ter passado por tratamento
magnético na presença de uma solução real, que passou a apresentar comportamentos
diferentes da água desionizada comum. Para verificar-se esses diferentes
comportamentos da água, passou-se a testar a solução imagem em sistemas biológicos,
procurando-se avaliar seus efeitos mediante uma correlação com os efeitos esperados
pela solução real utilizada como referência dentro do campo magnético.
Simultaneamente, mediu-se algumas propriedades físico-químicas básicas das soluções
imagem para ter-se uma idéia de que tipo de alteração o processo está impondo à água
que passamos a chamar de solução imagem.
Talvez o fator mais relevante do desenvolvimento deste trabalho seja que quando
se tenta alterar a estrutura da água, a partir de uma solução real, os sistemas biológicos
respondem qualitativamente à ação desta solução imagem como se fosse a solução real
utilizada como referência. As respostas obtidas pela aplicação de soluções imagem a
sistemas biológicos, em geral, são menos intensas e muitas vezes mais lentas do que a
aplicação de uma solução real. No entanto, os efeitos existem, são mensuráveis e
principalmente, promovem os mesmos sintomas esperados pela solução real. Estes
efeitos são reprodutíveis e foram observados dezenas de vezes ao se repetir a
experiência. Também no caso das medidas físico-químicas, os valores obtidos para as
soluções imagem distinguem-se claramente daqueles obtidos para água, observadas as
incertezas das medidas.
27
Até o ponto onde esteja de fato ocorrendo uma alteração no modelo estrutural da
água, estas observações indicam uma nova interpretação para os verdadeiros fatores
que determinam a atividade biológica de uma solução. Aparentemente, efeitos devidos à
orientação do solvente têm sido historicamente atribuídos ao soluto.
Apesar de não ser objetivo deste trabalho tentar explicar as possíveis alterações
estruturais sofridas pela água e oferecer modelos ou mecanismos para estas alterações,
os parâmetros físico-químicos das soluções imagem que apresentam variações em
relação à água desionizada não submetida ao campo magnético, podem servir para uma
maior compreensão dos modelos de atividades biológicas em pesquisas futuras.
3. Argumentação teórica
As propriedades elétricas e magnéticas da matéria são análogas.[105] Algumas
moléculas possuem momentos de dipolo magnético permanente e um campo magnético
aplicado pode induzir um momento magnético.
Em analogia à polarização elétrica P está a magnetização M, momento de dipolo
magnético por unidade de volume. A magnetização induzida por um campo magnético é
proporcional à sua intensidade, H :
M = χ H equação (1)
onde, χ é a suscetibilidade magnética (adimensional).
A suscetibilidade magnética molar é :
χm = χ Vm equação (2)
onde, Vm é o volume molar da substância.
A densidade de fluxo magnético B está relacionada à força do campo aplicado e a
magnetização, através da seguinte expressão :
28
B = μo (H + M) = μo (1 + χ ) H equação (3)
onde, μo é a constante fundamental de permeabilidade no vácuo (μo = 4π . 10-7 J C-2 m-1 s2).
A densidade de fluxo magnético pode ser vista como a densidade de linhas de
força permeando o meio. Esta densidade aumenta se M for somado a H (quando χ>0), e
a densidade diminue quando M se opõe a H (quando χ<0). Materiais nos quais χ é
positivo são chamados de paramagnéticos. Aqueles nos quais χ é negativo são
chamados de diamagnéticos.
A aplicação de um campo magnético H a uma substância diamagnética é
responsável pela indução de um momento magnético cuja direção é oposta à do campo
externo aplicado. Este é um efeito exatamente oposto ao produzido pelo
paramagnetismo, onde o dipolo magnético (permanente) tende a se alinhar na mesma
direção do campo externo.[29]
Em 1895, Pierre Curie descobriu experimentalmente que a magnetização M de
uma amostra paramagnética é diretamente proporcional ao valor efetivo B da indução
magnética e inversamente proporcional à temperatura, ou seja, [29]
M = C (B / T) lei de Curie - equação (4)
onde, C é uma constante.
29
Já nos materiais ferromagnéticos existe, entre os átomos vizinhos, um tipo especial
de interação chamado de .acoplamento de troca., o qual une os seus momentos
magnéticos em um paralelismo rígido. Nestes materiais ocorre um efeito especial que
permite um alto grau de alinhamento dos momentos magnéticos elementares de uma
amostra. Este efeito desaparece subitamente quando a temperatura ultrapassa um certo
valor crítico, conhecido pelo nome de temperatura de Curie, acima do qual não há mais
interação de troca, passando a substância a ser simplesmente paramagnética.[29]
Nos últimos anos se tornou bem conhecido que campos magnéticos fracos (H<100
Oe) podem influenciar a recombinação geminada de pares iônicos radicalares via
transferência de elétrons fotoinduzidos em soluções polares.[106,107] Nestes casos, um
campo magnético externo pode modular o rendimento de produtos recombinados,
aumentando a população do estado singlete (orientação de spin anti-paralelo => reação
permitida), e diminuindo a população do estado triplete (spins paralelos => reação
inibida).
Apesar de não haver nenhuma explicação a nível mecanístico da interação do
campo magnético com substâncias diamagnéticas, a orientação magnética de um cristal
diamagnético pode ser atribuída à anisotropia das suscetibilidades magnéticas.[4] A
diferença de energia livre induzida pelo campo magnético, ΔG, que resulta da diferença
entre duas suscetibilidades magnéticas ao longo de cada eixo da cela unitária, é dada
pela equação:
Δ(ΔG) = - (1/2) (1/μ) (χmi - χmj) H2 equação (5)
onde, χmi e χmj são as suscetibilidades magnéticas molares ao longo dos eixos i e j da cela; μ é a
permeabilidade magnética e H é a intensidade do campo magnético.
Quando Δ(ΔG) torna-se equivalente a energia térmica, a orientação do cristal
passa a ocorrer. A orientação magnética de cristais diamagnéticos orgânicos e
inorgânicos em meios aquosos parece ocorrer comumente quando os cristais possuem
grande suscetibilidade diamagnética anisotrópica.
30
Giudice et al.[108] mostraram que a interação, usualmente negligenciada, entre o
dipolo elétrico da molécula de água e a radiação eletromagnética quantizada pode ser
tratada através de cálculos dinâmicos teóricos de campo quantizado. Investigaram como
os dipolos elétricos da molécula de água, sob condições apropriadas, poderiam interagir
coerentemente com os modos selecionados das radiações do campo, assim como ocorre
no laser de elétron livre. Aplicando algumas aproximações que têm sido empregadas com
sucesso na descrição da dinâmica do laser de elétron livre, o modelo para água líquida,
em um volume V, é definido pelo Hamiltoniano (H):
N
H = Σ H j equação (6)
j=1
H j = (1/2 I) L j
2 + A . dej equação (7)
onde, A denota o campo eletromagnético da radiação ; N é o número de moléculas de água no volume V; Lj
é o momento angular total de uma única molécula ; I é seu momento de inércia médio; e de seu vetor de
dipolo elétrico.
Nos estudos de dinâmica da água, a negligência da interação coerente das
moléculas de água com o campo de radiação quantizada é completamente injustificável.
É extremamente relevante que bandas em determinadas freqüências possam ser
relacionadas às bandas de absorção observadas na água desionizada. A interação
coerente entre o dipolo elétrico da água e a radição de campos deve ser considerada e é
de grande importância para o entendimento da ação dos campos que geram uma
ordenação em compostos diamagnéticos.[108]
Entende-se aqui que se a interação entre campos magnéticos e água não é, por
um lado, exatamente esperada de ocorrer, por outro lado, não é também um caso único
de interação verificável entre substâncias químicas diamagnéticas com o campo
magnético.
31
Capítulo II
. Não é paradoxo dizer que nos momentos de inspiração mais teórica
podemos estar o mais próximo possível de nossas aplicações mais práticas..
A. N. Whitehead.
32
4. Arranjos experimentais de preparação da solução imagem
Conforme mencionado anteriormente, a alteração de propriedades da água
quando submetida a um campo magnético não é ainda explicada por modelos físicos ou
matemáticos. Depreende-se daí que uma proposta de montar arranjos experimentais que
induzam alguma alteração nas propriedades da água, e ainda mais, de condicionar esta
alteração oferecendo um modelo de solução aquosa, envolve uma série extenuante de
tentativas experimentais.
Algumas dúvidas usuais como a existência ou não de uma barreira de potencial a
ser vencida entre as duas configurações, o efeito da temperatura, da concentração da
solução de referência, etc..., foram averiguadas experimentalmente. A estabilidade do
produto final frente às medidas que se fizeram para testar as propriedades da solução
imagem e a eventual necessidade de estabilizantes foram investigadas. Adiciona-se a
isso o fator cinético do processo de preparação da solução imagem, que também foi
estudado extensamente.
Ressalte-se aqui a total ausência de relatos experimentais e a morosidade de cada
teste de montagem para investigar a reprodutibilidade das medidas e otimizar tempos de
residência e valores de campos magnéticos.
Se somarmos a estas dificuldades a necessidade de testar outras formas de
transferência de informação (elétrica, por exemplo), e alterações das propriedades da
água, chegaremos a mais de 50 montagens experimentais diferentes investigadas no
curso deste trabalho. Foram elaborados arranjos experimentais baseados em idéias de
transferência de informações através de luz, corrente elétrica, pelo simples contato dos
frascos contendo as soluções imagem e de referência, campos magnéticos, etc. Aliado a
isso, testou-se diversas formas geométricas, diferentes materiais, isolamento eletromagn
ético em gaiolas de Faraday, agitação mecânica das soluções, aquecimento ou
resfriamento da água durante o processo, utilização de estabilizantes, distâncias entre
ímãs, variação das concentrações das soluções de referências, entre outros.
Após diversas experiências com a água obtida nas várias montagens
experimentais, optou-se por trabalhar com água desionizada pura, em um arranjo
experimental utilizando campo magnético, na presença de solução real usada como
referência. A montagem selecionada foi a que, até o momento apresentou resultados
33
mais reprodutíveis, tanto nas análises de propriedades físico-químicas, como em
atividades biológicas. A seguir detalhamos o arranjo experimental selecionado.
4.a - Preparação de soluções imagem
Neste arranjo experimental foram utilizados ímãs de neodímio no formato circular
(diâmetro = 2,2 cm, espessura = 1,0 cm), com valor nominal de campo de 4.500 Oe. O
campo magnético aplicado é colocado na vertical e a distância entre os ímãs é de 7,0 cm,
o que corresponde a uma intensidade de campo magnético de 180 Oe. A água
desionizada é colocada em um frasco de vidro fino, com tampa de plástico, juntamente
com microesferas de vidro (PORAPAX, tipo Q-S, mesh = 35-46, batch = 51802), até que
se preencha uma camada de 5 mm no fundo do frasco. O frasco contendo a água
desionizada e as microesferas de vidro (1), é colocado sobre uma cerâmica porosa
embebida com a solução real utilizada como referência (2). Todo este conjunto é
colocado dentro do campo magnético vertical na configuração atrativa, montado sobre
uma placa de vidro, como mostra a figura 4. A concentração da solução de referência
deve variar entre 2,0 e 2,5 mol.L-1. Após o período de preparação da solução imagem, o
frasco (1) é retirado da montagem, lavado externamente e a solução é deixada em
repouso. Tempo de exposição no campo magnético para um volume de 20mL de água
desionizada - 14hs; tempo de repouso - 12hs.
Figura 4. Arranjo experimental de preparação da solução imagem.
4.b - Procedência dos reagentes utilizados
1) Água desionizada - resistividade = 18.2 MΩ cm / Milli-Q plus - Millipore.
34
2) Cloreto de bário dihidratado, PA - ACS (BaCl2.2H2O) - Merck.
3) Acetato de sódio, PA, anidro - pó (NaOAc) - Baker .
4) Cloreto de potássio, PA, cristal (KCl) - Cinética Química Ltda.
5) Cloreto de Magnésio hexahidratado, PA - ACS (MgCl2.6H2O) - Reagen / Quimibrás
Indústrias Químicas S.A
6) Hidróxido de sódio, PA, lentilhas (NaOH) - Merck.
7) Cloreto de cálcio, PA, anidro - pó, (CaCl2) - Nuclear.
8) Sulfato de cobre (II) pentahidratado, PA - ACS (CuSO4.5H2O) - Merck .
4.c - Testes com superfícies
Após longo tempo de trabalho nas montagens experimentais, observou-se que as
soluções imagem continuavam sob processo de elaboração, mesmo depois de retiradas
do campo aplicado. O fato intrigante que havia era que, deixadas em repouso em frascos
fechados, essas soluções continuavam a exibir alterações progressivas de alguns
parâmetros físico-químicos, notadamente da condutividade elétrica, com o passar do
tempo. Descartada a possibilidade da dissolução de gás carbônico, pelo
acompanhamento de testes em branco, passou-se a investigar a possibilidade destas
alterações estarem ocorrendo na superfície do material utilizado para conter tais soluções
(vidro). Fez-se alguns testes com várias superfícies para a averiguação desta hipótese.
Inicialmente, testou-se sílica-gel, carvão ativo, porcelana porosa, microesferas de vidro,
microcerâmica porosa, entre outros. Algumas destas superfícies promovem, por si só, um
aumento da condutividade da água, o que dificulta a observação das respostas na
questão enfocada. Dentre as superfícies testadas até o momento, selecionou-se as
microesferas de vidro por não contaminarem ou reagirem com o meio (água desionizada)
e por apresentarem resultados na direção esperada, ou seja, um aumento significativo
nos valores de parâmetros físico-químicos das soluções imagem, se comparado com o
processo na ausência desta superfície. As soluções imagem obtidas desta forma,
acompanhadas até 30 dias após a preparação, exibiram valores estáveis de
condutividade elétrica e de outras propriedades físico-químicas. Foram testados padrões
diferenciados de água desionizada utilizada como branco: água desionizada comum,
água desionizada com as microesferas de vidro e água desionizada submetida apenas ao
35
campo magnético de mesma intensidade utilizada no processo. Nenhum dos padrões
apresentou variações significantes nos parâmetros estudados.
Fez-se uma avaliação das microesferas por Análise de Imagem utilizando o
seguinte sistema: Câmera Pulnix TMC-74 , com lente de 75 mm, 6 espaçadores e
iluminação Fostec ring light e lâmpada dicróica, para microfilmagem (figura 5 - a escala ao
lado da imagem corresponde à 0,5 mm). Obteve-se também imagens das microesferas através
de microscópio Olympus BH-2, com aumento de 133 vezes e câmara JVC TK1085U
(figura 6).
Figura 5. Análise de Imagem de microesferas de vidro.
Figura 6. Imagem das microesferas de vidro obtida em microscópio.
Especificação das microesferas de vidro : PORAPAX, tipo Q-S, mesh = 35-46 e
batch = 51802. Cálculos relacionados às microesferas foram realizados utilizando-se o
programa Optimas versão 6.0 :
36
Tabela 1 - Especificações das microesferas de vidro : área média = 0,17 mm2
Porcentagem
Área (mm2)
Diâmetro
equivalente
(mm)
Circularidade
Perímetro
(mm)
0.1 0.12 0.38 14.15 1.31
0.5 0.18 0.47 14.65 1.60
0.9 0.22 0.53 16.40 1.82
A circularidade é igual ao perímetro dividido pela área. O diâmetro equivalente
corresponde ao diâmetro que teria a esfera perfeita que possuísse o mesmo valor de
área (na verdade, as microesferas não são exatamente esféricas, como pode-se observar
nas figuras 5 e 6).
Apesar de estar-se utilizando as microesferas de vidro no intuito de aumentar a
supefície de contato com a água enquanto submetida ao campo magnético, pesquisas
com outras superfícies têm sido feitas com a mesma finalidade. Testes ainda não
conclusivos nesta direção estão sendo realizados para a otimização do processo de
preparação de soluções imagem.
4.d - Intensidade do campo magnético
Nas montagens experimentais utilizadas para a preparação das soluções imagem
foram testadas diversas distâncias entre os ímãs, com consequente variação da
intensidade do campo magnético aplicado. A seguir apresentamos a variação da
intensidade do campo magnético com a distância entre os ímãs de neodímio utilizados.
Estas medidas foram realizadas no Laboratório de Materiais do Instituto de Física da
Unicamp, utilizando-se o aparelho Gauss/Tesla Meter - F.W.Bell / Modelo-4048, cedido
pelo Prof. Dr. Marcelo Knobel.
37
Tabela 2 - Distância (r) entre os pólos dos ímãs, em centímetros, e a intensidade do
campo magnético (I) correspondente, em Oersted.
r (cm)
I (Oe)
2,0 2060
3,0 1120
4,0 635
4,5 488
6,0 264
7,0 180
8,0 130
8,5 108
9,0 94
10,0 72
15,0 24
20,0 11
25,0 6
30,0 3
0 5 10 15 20 25 30
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
I (Oe)
r (cm)
Figura 7. Gráfico com os dados da tabela 2 - a intensidade do campo magnético - I (Oe), versus, a
distância correspondente entre os ímãs - r (cm).
38
4.e - Propriedades das soluções imagem
As soluções imagem foram testadas através de dois tipos de medidas - ensaios
biológicos e propriedades físico-químicos.
Os ensaios biológicos foram realizados em animais .in vivo. e .in vitro. (órgãos,
parte de órgãos ou segmentos de músculos do animal) para evidenciar os efeitos
farmacológicos das soluções imagem. Após a água desionizada ser exposta ao campo
magnético, na presença de uma solução real de referência, utilizamos os ensaios
biológicos para testar os efeitos qualitativos e a direção da mudança que foi produzida
nesta água. (ítem 5 - Aplicação de soluções imagem a sistemas biológicos).
Concomitantemente, as medidas de propriedades físico-químicas das soluções
imagem quantificam as alterações produzidas quando comparadas às medidas da água
desionizada padrão não tratada magneticamente. Estas medidas podem mostrar as
possíveis mudanças de alguns parâmetros físico-químicos da água após o processo a
que esta foi submetida (ítem 6 - Estudo físico-químico de soluções imagem).
39
Capítulo III
. O temor e a escuridão da mente precisam ser afugentados não pelos raios
de sol ou pelo brilho das luzes, mas sim pelos aspectos e leis da natureza..
Lucrécio.
40
5. Aplicação de soluções imagem a sistemas biológicos
Ao longo dos últimos 8 anos, nosso grupo de pesquisa vem realizando
experimentos em sistemas biológicos no Departamento de Farmacologia da Faculdade
de Ciências Médicas (FCM) da Unicamp, com a finalidade de testar os efeitos das
soluções imagem nestes sistemas.
Inicialmente elegeu-se uma metodologia e utilizou-se animais .in vivo. e .in vitro.
para se trabalhar, mediante as condições existentes. Os animais utilizados para se
observar os efeitos farmacológicos das soluções imagem foram: camundongos (Swiss),
ratos (Wistar), pintos (pintaínhos da linhagem HY-Line W36), coelhos (albinos), cães e
gatos. As peças extraídas de alguns destes animais para testes .in vitro. foram:
diafragma, aurícula, íleo e jejuno de rato e o músculo biventer cérvices de pintaínho.
Fixando-se uma metodologia e experimentos específicos, a atenção e a dedicação
maior do grupo passou a ser a elaboração de um arranjo simples que pudesse evidenciar
as alterações produzidas na água, de maneira reprodutível, quando aplicada nos animais
.in vivo. e .in vitro..
Um fator de extrema importância no arranjo experimental para a elaboração das
soluções imagem é que após o processo, esta apresentasse retenção das informações
adquiridas para que seus efeitos pudessem ser evidenciados nos experimentos
selecionados. No início, a retenção das informações era pequena, já que experimentos
realizados após 3 ou 4 dias a partir da confecção da solução imagem não apresentavam
mais os efeitos esperados. Sobretudo por este motivo, os experimentos passaram a ser
realizados, preferencialmente, no mesmo dia ou 1 dia após o preparo das soluções
imagem em estudo.
Independentemente do resultado obtido nos ensaios biológicos ser favorável ou
não, ou seja, representar expressivamente uma idéia na direção desejada, cada
experiência realizada se constitui em um conjunto de conceitos e variáveis testados, que
mediante os efeitos observados, serve de retorno ou realimentação da primeira etapa - o
aprimoramento do sistema que induz alterações na água estudada (solução imagem). A
cada experimento com animais .in vivo. e/ou .in vitro., um novo arranjo de preparação da
solução imagem é elaborado e novamente testado. Desta forma, a montagem
apresentada no ítem 4.a (capítulo II - página 25), representa o resultado final de uma
série de testes utilizando campos magnéticos ou outros.
41
5.a - Ensaios biológicos (FCM)
Os experimentos realizados em animais .in vivo. apresentam efeitos difíceis de
quantificar e relatar, principalmente num trabalho que não se propõe a uma ênfase
biológica. Os sistemas biológicos são vistos aqui apenas como sensores capazes de
evidenciar uma alteração real na água em estudo. Em geral, os efeitos nesses animais
são observados visualmente, sem a possibilidade da utilização de registros gráficos ou
outra instrumentação que permita sua quantificação.
Diversas vias de administração das soluções imagem em animais .in vivo. foram
investigadas:
• injeção - intramuscular, intradérmica, intraperitonial e endovenosa
• via oral
• via retal
• colírio
Dentre as vias de administração testadas, a injeção intraperitonial mostrou-se mais
conveniente pela facilidade de manuseio dos animais (camundongos, ratos e pintaínhos).
Em alguns casos, onde o efeito da solução imagem deve ser observado na dilatação
pupilar (midríase) dos animais (cães, gatos e coelhos) , adotou-se a via de administração
de colírio.
Os experimentos .in vitro. foram realizados com preparações isoladas das peças
dos animais previamente selecionados.[109-112] Nestas preparações, a peça selecionada
após ser extraída do animal é mantida em condições usuais padrão para mantê-la viva,
ou seja, imersa em um meio nutriente adequado, aerado pelo borbulhamento de
carbogênio à 5% (95% de O2 e 5% de CO2), e sob temperatura constante. Os meios
nutrientes usados nas preparações isoladas são: Tyrode e Ringer-Locke [113,115,117] e a
temperatura dessas soluções varia de acordo com o tipo de preparação isolada utilizada.
Três tipos de experimentos básicos foram selecionados no intuito de se observar
os efeitos da solução imagem em preparações isoladas:
5.a.1 - Registro miográfico de preparações isoladas: [113-118]
42
Neste experimento, segmentos de íleo ou aurícula de rato, após serem retirados
dos animais, são montados em uma cuba de 5mL contendo soluções nutrientes (íleo /
Tyrode; aurícula / Ringer-Locke), aerados com carbogênio à 5%, sob temperatura
constante de 37oC - figura 8. As preparações são mantidas sob tensão constante através
de um fio atado às suas extremidades - uma ligada a um suporte dentro da cuba e outra
ligada a um transdutor isométrico Linear Core E & F50. Este transdutor é acoplado a um
fisiógrafo E & M modelo P.M.P. 4A, para registro da motilidade espontânea da peça.
Mediante a contração ou relaxamento do músculo, o fio que liga a preparação ao
transdutor é tensionado ou afrouxado, promovendo uma variação de resistência elétrica
em um resistor variável, proporcional a resposta produzida pela peça. O transdutor emite
o sinal elétrico ao fisiógrafo, composto por um amplificador e um registrador. Antes de
iniciar cada experimento, a preparação permanece imersa no meio nutriente por um
período de 30 minutos (controle) para estabelecer o equilíbrio com o meio. Adiciona-se
0,02mL de solução imagem por mL de solução nutriente e registra-se no fisiógrafo a
motilidade espontânea da preparação: contração e relaxamento do íleo; aumento e
diminuição da freqüência e amplitude da aurícula.
Montagem da preparação isolada
Figura 8. Esquema de montagem da preparação isolada.
5.a.2 - Registro miográfico da preparação com eletroestimulação: [109, 113-118]
Neste experimento os aparatos são semelhantes ao descrito anteriormente (5.a.1),
porém, a preparação é constituida de um hemidiafragma com seu segmento nervoso.[109]
O hemidiafragma é fixado em sua base em um suporte com ganchos, contendo um
eletrodo bipolar de platina que é conectado na sua porção nervosa - figura 9. O eletrodo
43
está ligado a um circuito de eletroestimulação (Estimulador Grass modelo S4), que gera
pulsos elétricos aplicados à preparação (sob a forma de ondas quadradas), onde se
controla a freqüência dos pulsos, a tensão elétrica aplicada e a duração de cada pulso. A
preparação é mantida em cuba de vidro com capacidade para 20 mL, contendo solução
nutriente de Tyrode. Através de um fio de linha atado à sua porção tendinosa e ligado ao
transdutor, são feitos os registros das contrações musculares correspondentes às
variações das tensões em resposta ao estímulo elétrico aplicado. As condições utilizadas
são de estímulos supramaximais de 0,2 mseg de duração, 0,1 Hz de freqüência, com
tensão aplicada variando de acordo com a preparação (até atingir sua amplitude máxima,
que depende das respostas de cada preparação). Uma vez selecionados os parâmetros
de eletroestimulação, estes são mantidos constantes durante todo o experimento. A
solução imagem é, então, adicionada ao banho (0,02 mL solução imagem / mL solução
nutriente).
Montagem da preparação isolada com eletroestimulação
Figura 9. Esquema da montagem de hemidiafragma com eletroestimulação.
5.a.3 - Registro eletro-fisiológico do potencial de placa terminal em miniatura (pptm)
: [111, 113-118]
44
Este experimento consiste na observação das descargas de potenciais elétricos
produzidas nas placas terminais nervosas (junção neuro-muscular) de hemidiafragma de
rato. O estudo dos pptms (potenciais de placa terminal em miniatura) está associado à
liberação espontânea de acetilcolina pela terminação nervosa da placa terminal.
O músculo é estendido com sua face toráxica voltada para cima e fixado
horizontalmente, por meio de alfinetes apropriados, em uma cuba acrílica com fundo
revestido de resina e silicone (Dow Corning - Sylgard). A cuba com capacidade para 10
mL é preenchida com solução nutriente de Tyrode e aerada com borbulhamento de
carbogênio à 5% - figura 10. O banho é mantido a temperatura de 37oC. Os potenciais
bioelétricos das fibras musculares são captados através de um microeletrodo de vidro
preenchido com solução aquosa de KCl 3,0 mol.L-1 , com resistência compreendida entre
7 - 25 MΩ, inserido na região das terminações nervosas (placa terminal), com auxílio de
um micromanipulador (Leitz) e um estereomicroscópio (Wild M7-S) para aumento de até
40 vezes. O microeletrodo está conectado a um seguidor catódico, que por sua vez,
manda o sinal elétrico para um osciloscópio Tektronix - figura 11. O eletrodo de referência
está imerso na solução nutriente onde encontra-se a preparação de hemidiafragma e
deve ser calibrado juntamente com o microeletrodo antes do início do experimento.[102] Os
registros dos potenciais bioelétricos intracelulares das fibras musculares foram feitos de
duas formas: através de fotografia da tela do osciloscópio com câmara Polaroide modelo
5C, ou enviando o sinal para um registrador (Gould RS 3.400) acoplado a um sistema de
monitoramento informatizado. Todo o sistema mostrado na figura 10 está dentro de uma
gaiola de Faraday, para isolar o mesmo de interferências elétricas e radiações externas.
45
Figura 10. Esquema de montagem da preparação isolada de
hemidiafragma de rato para obtenção dos pptms.
Figura 11. Esquema da montagem de registros dos pptms.
46
5.b - Resultados obtidos
Os animais .in vivo. e as preparações .in vitro. utilizados como sensores biológicos
no intuito de evidenciar os efeitos das soluções imagem, possuem a característica de
evidenciar a direção dessas alterações produzidas na água. Os ensaios biológicos
provam não somente que houve uma mudança qualitativa da água, mas também mostra
a direção desta mudança, podendo ser considerado como um sensor de comportamento.
5.b.1 - Aplicação de soluções imagem em animais .in vivo.
Como exemplo dos experimentos realizados em animais .in vivo. citamos alguns
que apresentam sintomas bastante evidenciados e fáceis de serem reportados, após a
aplicação das soluções imagem.
I. Aplicação de solução imagem de Atropina em cães e coelhos:
Ação farmacológica de Atropina: [119,120] A Atropina é o principal alcalóide da planta
Atropa belladonna. Esta substância age na musculatura lisa e é um antagonista
competitivo da acetilcolina em órgãos ou tecidos inervados por nervos colinérgicos pósganglionares.
A Atropina compete com os mesmos receptores da acetilcolina, impedindo
dessa forma, a despolarização da membrana muscular sem produzir alterações da
mesma (atonia ou relaxamento muscular). Tem grande aplicação na oftalmologia,
anestesia e em doenças cardíacas, além de atuar no sistema nervoso central. As ações
da Atropina sobre o olho são simples e diretas. Quando aplicada diretamente na
conjuntiva, a substância costuma produzir midríase (dilatação pupilar) e paralisia da
acomodação (cicloplegia). A pupila atropinizada não reage à luz. A cicloplegia é causada
pela paralisia dos músculos ciliares que normalmente são inervados por fibras
colinérgicas.
47
A solução imagem de Atropina - SI Atropina - foi entregue ao técnico responsável
do canil da Unicamp, sem que este soubesse a origem do fármaco. Seguindo os critérios
e métodos normais para aplicação e observação dos efeitos de midríase em cães, a SI
Atropina foi aplicada como colírio em um lote de 13 cães. Após alguns minutos, observouse
que 12 dos 13 cães apresentavam a pupila completamente dilatada, permanecendo
com estes sintomas durante as 4 horas subseqüentes. Posteriormente, a SI Atropina foi
administrada em um lote de 6 coelhos. Todos os 6 coelhos também apresentaram
midríase e foram submetidos a estímulos luminosos para a comprovação do efeito
farmacológico. Os animais quando submetidos a luminosidade intensa não respondiam
aos estímulos devido ao efeito bloqueador da Atropina. Portanto, a solução imagem de
Atropina promoveu os efeitos esperados quando aplicada como colírio - iguais aos da
droga Atropina - com atuação em 92% dos cães e 100% dos coelhos submetidos aos
testes. Todos os testes foram supervisionados e planejados por médico veterinário.
II. Aplicação de solução imagem de Nitrato de Chumbo em camundongos e
pintaínhos:
Ação farmacológica dos sais de chumbo:[119,120] Os sintomas e sinais do
envenenamento pelo chumbo incluem dor abdominal (cólica do chumbo), fezes negras
pela formação de PbS (H2S nos intestinos), fraqueza, orla gengival plúmbea,
hiperpigmentação cutânea e hipotermia de extremidades. Os sais de chumbo podem agir
nos sistemas gastrointestinal, neuro muscular (sistema nervoso central) e hematológico.
A solução imagem de nitrato de chumbo - SI Pb(NO3)2 - foi administrada via injeção
intraperitonial em um lote de 9 camundongos e 5 pintaínhos. Após 20 minutos, os animais
apresentaram cólicas intensas e diarréia escura, próprias dos efeitos de sais de chumbo.
As cólicas são visualmente caracterizadas por forte contratura da musculatura abdominal
e dorsal do animal.
III. Aplicação de solução imagem de Curare em pintaínhos:
48
Ação farmacológica do Curare:[119,120] O Curare é o termo genérico para designar
substâncias que têm como ação principal a interrupção da transmissão do impulso
nervoso na junção nervo-músculo esquelético, ou seja, realizam bloqueio muscular.
Também designa diversas substâncias usadas por nativos sul americanos há séculos
para envenenar flechas utilizadas em caça e guerra. É em realidade uma mistura de
alcalóides que bloqueia o sítio onde atua a acetilcolina. São substâncias que interrompem
a transmissão do impulso nervoso na junção neuromuscular esquelética por mecanismo
competitivo ou despolarizante. Desta forma, a acetilcolina, que promove a contração
muscular, tem seus receptores bloqueados, não conseguindo agir e conseqüentemente,
há um relaxamento muscular.
A solução imagem de Curare - SI Curare - foi administrada via injeção
intraperitonial em um lote de 6 pintaínhos. Após 15 minutos da aplicação da SI Curare,
todos os 6 animais apresentaram queda do pescoço e notória incapacidade de ficar em
pé e de locomoção.
5.b.2 - Aplicação de soluções imagem em preparações .in vitro.
Dentre os muitos resultados obtidos nos experimentos realizados em preparações
isoladas na FCM, selecionamos alguns dos que possam ser mais representativos
evidenciando a ação das soluções imagem nestas preparações. Estes experimentos
foram testados nas mesmas condições experimentais com água desionizada utilizada
como branco e não apresentaram alterações relevantes de comportamento biológico.
49
IV. Aplicação de solução imagem de Cloreto de Bário na preparação isolada
de aurícula de rato:
Ação farmacológica dos sais de Bário:[121,125] O bário é um elemento extremamente
tóxico quando absorvido. A ação geral característica do bário é uma excitação
pronunciada dos músculos de todos os tipos, independente da sua inervação.
Praticamente todos os órgãos são estimulados pelo bário. Ação cardíaca: sua ação
sobre o coração torna o batimento cardíaco mais intenso, porém mais lento, com uma
ação similar nas fibras musculares. Eventualmente, assume uma forma irregular de
contração tipo peristáltica, seguida de uma parada em sístole. Ação intestinal:
estimulação das contrações peristálticas e contratura do músculo.
A figura 12 apresenta o registro dos batimentos espontâneos de aurícula de rato
ao longo do tempo, obtido a partir da adição de uma solução imagem de cloreto de bário -
SI BaCl2 - à solução nutritiva onde a aurícula se encontra imersa. Aqui observa-se com
clareza a tendência inversa entre a amplitude de contração e a freqüência dos batimentos
auriculares. Estes resultados - aumento da amplitude e diminuição da freqüência - são
provenientes de um mesmo efeito, que também é esperado quando se adiciona uma
solução real de BaCl2 em aurícula de rato.
Dos diversos experimentos realizados em aurícula de rato para testar os efeitos da
SI BaCl2, alguns deles resultaram em uma parada total dos batimentos auriculares após
determinado tempo da sua adição.
50
Figura 12.a
Figura 12.b
Figura 12.c
Figura 12.d
Figura 12. Registro do batimento aurícular de rato, antes e após a adição de uma solução
imagem de cloreto de bário - SI BaCl2 ; (a) antes da adição da SI BaCl2 ; (b) após 10 minutos da
adição da SI BaCl2 ; (c) após 20 minutos da adição da SI BaCl2 ; (d) após 30 minutos da adição
da SI BaCl2. Observa-se um aumento progressivo da amplitude de contração concomitante
com a diminuição da freqüência. [tensão utilizada = 0,5g / 1,5 cm ; velocidade do papel = 1 cm /
seg.]
51
A figura 13 representa o gráfico obtido a partir dos dados da figura 12.
Este gráfico apresenta duas curvas: (1) amplitude relativa de contração da
aurícula em função do tempo e (2) freqüência relativa dos batimentos (ou a
variação percentual da freqüência) em função do tempo. O tempo passa a
contar no instante da adição da solução imagem de BaCl2 à solução nutritiva
em que a peça se encontra.
0 5 10 15 20 25 30 35
30
40
50
60
70
80
90
100
(1) amplitude relativa
(2) frequência relativa
Amplitude/Frequência Relativas
Tempo(min.)
Curva (1) : amplitude relativa
Regressão Polinomial :
y = A0 + A1 x + A2 x^2 + A3 x^3 +...
A = 3 ; R =0,9983 ; R^2=0,9966 ; SD =2,1873
Curva (2) : freqüência relativa
Decaimento exponencial :
y0+A1e^(-(x-x0)/t1)
t1=5.60246 ; A1=43.24415
52
Figura 13. Gráfico da freqüência e amplitude relativas dos batimentos auriculares de rato, após adição de
uma solução imagem de cloreto de bário - SI BaCl2.
Observa-se que a medida que a amplitude relativa de contração (1) aumenta de
39% para 100% em um intervalo de tempo de 31 minutos, a freqüência relativa (2), ou o
número de batimentos por minuto da aurícula, diminui de 100% para 60% neste mesmo
intervalo de tempo.
V. Aplicação de solução imagem de Cloreto de Bário em íleo isolado de rato,
comparada com solução real:
A figura 14 apresenta o registro dos movimentos peristálticos espontâneos de íleo
de rato, antes e após a adição de solução real e imagem de cloreto de bário. A figura
14.a mostra a resposta do íleo à adição de uma solução real de BaCl2 (10,4 mg/L) - (ver
ação farmacológica dos sais de Bário no ítem IV, página 40) . As figuras 14.b e 14.c
mostram adições de SI BaCl2 em íleo em preparações distintas.
Através da figura 14.a observa-se que a aplicação de uma solução real de BaCl2
promove uma contratura muscular no íleo, deslocando a linha base. Esta resposta se
mantém enquanto o fármaco estiver atuando na peça. Com lavagens da peça (6 vezes
em 10 minutos) as respostas musculares voltam ao estado inicial. Na figura 14.b nota-se
a resposta do íleo à aplicação da SI BaCl2. Ocorre uma contratura da peça e esta se
mantém durante 30 minutos, enquanto da ação da SI BaCl2. A figura 14.c mostra uma
contratura da peça no momento da adição da SI BaCl2, no entanto, logo em seguida,
ocorre um relaxamento e o íleo volta a apresentar as características iniciais.
Apesar de estarmos apresentando neste ítem, uma comparação direta da solução
imagem com uma solução real de BaCl2, não é possível inferir uma correlação das
concentrações destas soluções. Cada peça animal, de acordo com o tipo de experimento
realizado, responde diferentemente à ação dos fármacos aplicados. Uma mesma solução
imagem poderá ser associada a diferentes concentrações de solução real
correspondente, de acordo com o tipo de experimento selecionado. Observamos ao longo
53
deste trabalho que as respostas em íleo, em geral, são pequenas se comparadas com
outras peças, como por exemplo, as de hemidiafragma no experimento para a obtenção
dos pptms. No caso dos pptms conseguimos obter respostas intensas com a aplicação
de soluções imagem, iguais ou talvez superiores à ação de soluções reais
correspondentes, em diferentes concentrações. Considerando que a resposta de ensaios
biológicos à ação das soluções imagem depende do sistema escolhido para estudo,
julgamos arbitrário selecionar um tipo de experimento para tentar correlacionar a solução
imagem a uma determinada concentração da solução real.
Fig
ura 14.a
Figura
14.b
54
Figura 14.c
Figura 14. Registro dos movimentos peristálticos de íleo isolado de rato : (a) adição de solução real
de BaCl2 ao meio nutritivo onde a peça encontra-se imersa ; (b) e (c) adição de solução imagem de cloreto
de bário - SI BaCl2 - ao meio nutritivo, em preparações distintas. Observe que a preparação responde
imediatamente após a adição do fármaco com uma contração (indicado pelo aumento da linha base).
[tensão utilizada = 2g / cm ; velocidade do papel = 0.1 cm / seg.]
VI. Aplicação de solução imagem de Cloreto de Bário na preparação de
hemidiafragma de rato com estímulo indireto:
As figuras 15 e 16 apresentam os registros das contrações induzidas em
hemidiafragma de rato estimulado indiretamente, antes e após a adição de solução
imagem de cloreto de bário - SI BaCl2 - em preparações distintas. Neste tipo de
experimento observa-se a amplitude de contração da peça ao longo do tempo. Cada pico
representa o registro de uma contração e relaxamento do músculo hemidiafragma em
resposta ao estímulo externo. Portanto, a freqüência das contrações não deve variar
durante o experimento, já que esta é previamente fixada pela taxa de repetição dos
pulsos elétricos aplicados.
As figuras 15.a e 16.a apresentam o registro das contrações do músculo antes da
adição da SI BaCl2. Nas figuras 15.b e 16.b observa-se o registro do aumento das
respostas da amplitude de contração do músculo na vigência da ação da SI BaCl2. O
tempo observado para o aumento máximo dessas contrações é diferente de um
experimento para outro: em 15.b observa-se que a amplitude máxima das contrações
ocorreu após 20 minutos da adição da SI BaCl2 , já em 16.b esse tempo foi de 40
55
minutos. Essa diferença de tempo observada entre os dois experimentos realizados sob
as mesmas condições, bem como o tempo de estabilização de cada um (figuras 15.c e
16.c), é devida à variabilidade biológica existente entre as espécies.
No entanto, observa-se que em ambos os casos a ação farmacológica da SI BaCl2
apresentou o mesmo perfil. Esta ação farmacológica é concordante qualitativamente com
o efeito esperado pela adição de uma solução real de BaCl2 no mesmo tipo de
preparação - (ver ação farmacológica dos sais de bário no ítem IV, página 40).
56
Figura 15.a
Figura 15.b
Figura 15.c
Figura 15. Experimento I : registro das respostas da amplitude de contração da preparação de
hemidiafragma de rato com estimulação indireta - antes e após adição de solução imagem de cloreto de
bário - SI BaCl2 ; (a) antes da adição da SI BaCl2 ; (b) após 20 minutos da adição da SI BaCl2 ; (c) após 70
minutos da adição da SI BaCl2. [tensão utilizada = 2g / cm ; velocidade do papel = 0.1 cm / seg.]
57
Figura 16.a
Figura 16.b
Figura 16.c
Figura 16. Experimento II : registro das respostas da amplitude de contração da preparação de
hemidiafragma de rato com estimulação indireta - antes e após adição de solução imagem de cloreto de
bário - SI BaCl2 ; (a) antes da adição da SI BaCl2 ; (b) após 40 minutos da adição da SI BaCl2 ; (c) após 120
minutos da adição da SI BaCl2. [tensão utilizada = 2g / cm ; velocidade do papel = 0.1 cm / seg.]
58
0 20 40 60 80 100 120
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
curva (1) - SI BaCl2
curva (2) - SI BaCl2
Amplitude de Contração (mm)
Tempo (min)
Regressão Polinomial
y = A0 + A1 x + A2 x^2 + A3 x^3 +...
Curva (1) : A = 7 ; R =0,99423 ; R^2=0,98848 ; SD =0,29814
Curva (2) : A = 7 ; R =0,99191 ; R^2=0,98388 ; SD =0,41712
Figura 17. Gráfico obtido a partir de experimentos distintos, mediante aplicação de solução imagem de
cloreto de bário - SI BaCl2 - em hemidiafragma de rato com estimulação indireta: (1) curva obtida a partir do
experimento I, onde alguns dados são mostrados na figura 15 ; (2) curva obtida a partir do experimento II,
onde alguns dados são mostrados na figura 16. A contagem do tempo é iniciada no momento da adição da
SI BaCl2 ao banho nutritivo onde a preparação se encontra imersa.
Observa-se um aumento na amplitude de contração muscular dos hemidiafragmas
de rato com estímulos indiretos após a adição da SI BaCl2. Na curva (1), a resposta
máxima é obtida após 20 minutos com aumento de 22% ; na curva (2), após 40 minutos,
com aumento de 34% ; e depois de algum tempo a preparação volta lentamente ao seu
estado original.
59
VII. Aplicação de solução imagem de Cloreto de Cálcio na preparação de
hemidiafragma de rato com estimulação indireta:
Ação farmacológica dos sais de Cálcio:[121-126] A ação do cálcio sobre o sistema
nervoso mostra que as células ganglionares neurovegetativas são excitadas por uma
diminuição da concentração dos íons cálcio, Ca2+, no meio extracelular. Com isso, ocorre
um aumento da permeabilidade do íon sódio, Na+, das membranas neuronais, gerando
facilmente potencial de ação (aumento das contrações musculares). As concentrações
elevadas de cálcio no meio externo bloqueiam a condução sináptica e reduzem o limiar
das fibras nervosas para a excitação elétrica. De uma maneira geral, podemos dizer que
a concentração extra celular de cálcio afeta a excitabilidade elétrica das células nervosas
e musculares (estabilização da membrana celular). Quanto à redução da concentração de
cálcio, causa contração muscular espontânea, chegando à tetania muscular
(desestabilização da membrana celular). Além disso, os neurotransmissores são cálciodependentes
e o íon cálcio é o principal responsável pelo acoplamento e excitação na
contratura muscular. Tanto o coração, como o músculo uterino dependem de uma
concentração ótima de cálcio para suas atividades normais. Um excesso de cálcio no
sistema circulatório causa parada sistólica, chamada .rigidez cálcica. e na ausência deste
elemento, a ação característica do potássio torna-se proeminente e o coração pára em
diástole. O cálcio tem ação antiespasmódica nítida sobre o músculo liso.
A figura 18 apresenta o registro das respostas de amplitude de contração da
preparação de hemidiafragma de rato com estímulos indiretos, antes e após a adição de
solução imagem de cloreto de cálcio - SI CaCl2. Neste caso, observa-se que a SI CaCl2
produz efeito inverso da SI BaCl2 , ou seja, há uma diminuição da amplitude de contração
do músculo hemidiafragma. Ressalta-se mais uma vez, que este efeito de diminuição da
amplitude de contração muscular é o efeito observado quando se aplica a este mesmo
tipo de preparação, uma solução real de CaCl2 .
60
Figura 18.a
Figura 18.b
Figura 18.c
Figura 18. Registro das respostas da amplitude de contração da preparação de hemidiafragma de
rato com estimulação indireta - antes e após adição de solução imagem de cloreto de cálcio - SI CaCl2 ; (a)
antes da adição da SI CaCl2 ; (b) após 40 minutos da adição da SI CaCl2 ; (c) após 80 minutos da adição da
SI CaCl2. [tensão utilizada = 2g / cm ; velocidade do papel = 0.1 cm / seg.]
61
0 20 40 60 80 100
16
18
20
22
24
SI CaCl2
Amplitude de Contração (mm)
Tempo (min)
Figura 19. Gráfico obtido a partir de dados experimentais que mostram a resposta do músculo
hemidiafragma de rato com estimulação indireta, após a adição de uma solução imagem de cloreto de cálcio
- SI CaCl2 . Alguns destes dados são apresentados na figura 18.
VIII. Aplicação de solução imagem de Cloreto de Potássio em hemidiafragma
de rato para obtenção de pptms - potencial de placa terminal em miniatura:
Ação farmacológica dos sais de Potássio:[121-126] O potássio é quantitativamente o
principal cátion intracelular e o responsável pelo estabelecimento do potencial de repouso
nas membranas celulares (fase descendente do potencial de ação), ao mesmo tempo em
que o sódio é o ativador das ATPases da membrana envolvida em trabalhos osmóticos
da bomba sódio / potássio. O potássio é de grande importância na fisiologia nervosa, na
função dos músculos esqueléticos e principalmente, na atividade do miocárdio, tanto na
hiper como na hipocalemia (aumento ou diminuição da concentração do íon K+
plasmático). Na hipercalemia há inicialmente um aumento da freqüência cardíaca
relacionada com o aumento da atividade elétrica, chegando à taquicardia ou fibrilação
ventricular. Quando há um aumento do íon K+ no líquido extracelular ocorre uma
62
despolarização no músculo estriado e uma contratura prolongada na musculatura lisa.
Na hipocalemia a função miocárdica é anormal, havendo modificações no padrão das
ondas do ECG (eletrocardiograma) e, no músculo esquelético ocorre evidente disfunção
neuromuscular, podendo chegar à uma paralisia total, incluindo o músculo liso do
intestino.
A figura 20 mostra o registro das descargas dos potenciais de placa terminal em
miniatura (pptms) na preparação de hemidiafragma de rato, antes e após a adição da
solução imagem de cloreto de potássio - SI KCl. O registro dos pptms é feito em alguns
intervalos de tempo representativos (1 minuto) para a observação da freqüência dos
potenciais na região das placas terminais nervosas. Após a escolha da região de maior
densidade de placas terminais foi registrado a freqüência espontânea dos pptms durante
o intervalo de tempo de 1 minuto - figura 20.a. Em seguida, adicionou-se a SI KCl e
observou-se um aumento na freqüência e amplitude dos pptms nos intervalos de tempo
de 36 e 62 minutos - figuras 20.b e 20.c, respectivamente. Este efeito é o mesmo
esperado pela adição de uma solução real de KCl no mesmo tipo de preparação, não
havendo no entanto, a latência de 36 minutos para a ação do fármaco, como no caso da
SI KCl. Por outro lado, as respostas provenientes da ação da SI KCl na preparação de
hemidiafragma seguem a mesma direção da solução real de KCl.
A figura 22 apresenta outra preparação de hemidiafragma de rato para obtenção
dos pptms, nas mesmas condições experimentais que a anterior. Neste caso, o registro
foi obtido através de fotos tiradas diretamente do osciloscópio, antes (figura 22.a) e após
a adição da SI KCl. Observa-se um aumento de 29% da freqüência dos pptms após 10
minutos da adição da SI KCl (figura 22.b), passando para um aumento de 43% após 30
minutos da sua adição (figura 22.c).
Figura 20.a
63
Figura 20.b
Figura 20.c
Figura 20. Registro da freqüência dos pptms em hemidiafragma de rato antes e após a adição de uma
solução imagem de cloreto de potássio - SI KCl ; (a) antes da adição da SI KCl ; (b) após 36 minutos da
adição da SI KCl ; (c) após 62 minutos da adição da SI KCl. Observa-se um aumento da amplitude e da
freqüência dos pptms. [amplitude = 1mV / mm ; velocidade do papel = 25 cm / seg.]
64
0 10 20 30 40 50 60 70
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Frequência relativa
Tempo (min.)
Figura 21. Gráfico obtido a partir da variação da freqüência dos pptms após a adição de uma solução
imagem de cloreto de potássio - SI KCl - em hemidiafragma de rato. A freqüência inicial de pptms é tida
como zero e são registradas as variações percentuais da freqüência em alguns intervalos de tempo (1
minuto). Alguns destes dados experimentais são apresentados na figura 20.
Observa-se um aumento significativo da freqüência dos pptms da preparação de
hemidiafragma de rato nos intervalos de tempo selecionados. A contagem do tempo é
iniciada no instante da adição da SI KCl. Este resultado é esperado quando adiciona-se
uma solução real de KCl no mesmo tipo de preparação, salvo o tempo de latência que é
diferente entre as soluções real e imagem (citado anteriormente na página 52).
65
Figura 22.a
Figura 22.b
Figura 22.c
Figura 22. Fotos dos registros dos pptms de hemidiafragma de rato, obtidas do osciloscópio ; (a) antes da
adição da SI KCl ; (b) após 10 minutos da adição da SI KCl ; (c) após 30 minutos da adição da SI KCl.
[amplitude = 1mV / 0,7 cm ; velocidade do papel = 0,7 cm / 2 mseg.]
66
IX. Aplicação de solução imagem de Cloreto de Magnésio em hemidiafragma
de rato para obtenção de pptms - potencial de placa terminal em miniatura:
Ação farmacológica dos sais de Magnésio:[121-126] O magnésio produz depressão do
sistema nervoso central e aparelho neuromuscular periférico. Perifericamente, o
magnésio tem ação curariforme. A excitação do músculo voluntário pelo estímulo nervoso
é impedida pela ação do magnésio. O magnésio bloqueia a contração muscular
produzida, seja pela excitação elétrica dos nervos motores, ou por drogas como a
acetilcolina e a fisostigmina. Os sais de magnésio aplicados em alças intestinais isoladas,
em baixa concentração, exercem uma ação antiespasmódica diminuindo a atividade
peristáltica e antagonizando a excitação produzida pela fisostigmina e pelo bário. O
bloqueio neuromuscular produzido pelo magnésio tem por causa : a) diminuição da
quantidade de acetilcolina liberada pelo impulso nervoso; b) redução da sensibilidade da
membrana subsináptica à ação despolarizante da acetilcolina e da excitabilidade da
membrana das fibras musculares. O íon magnésio, assim como o íon cálcio, é
estabilizador da membrana das fibras musculares elevando o limiar de excitação quando
sua concentração é elevada.
A figura 23 mostra o registro das descargas de potencial de placa terminal em
miniatura (pptms) de hemidiafragma de rato, antes e após a adição da solução imagem
de cloreto de magnésio - SI MgCl2. Após a escolha de uma região de maior densidade de
placas terminais nervosas, registrou-se a freqüência espontânea dos pptms antes da
adição da SI MgCl2 - figura 23.a. Decorridos 20 minutos da adição da SI MgCl2 observa-se
uma diminuição significativa dos pptms - figura 23.b - semelhante ao efeito esperado pela
adição de uma solução real de MgCl2 ao sistema. Após a lavagem da peça, os pptms
começam a reaparecer - figura 22.c - indicando inequivocamente o efeito de inibição dos
pptms quando da ação da SI MgCl2.
67
Figura 23.a
Figura 23.b
Figura 23.c
Figura 23. Registro dos pptms espontâneos em hemidiafragma de rato ; (a) antes da adição da SI MgCl2 ;
(b) após 20 minutos da adição da SI MgCl2 ; (c) após lavagem da preparação. [amplitude = 1mV / mm ;
velocidade do papel = 25 cm / seg.]
Observa-se nitidamente a redução dos pptms 20 minutos após a aplicação da SI
MgCl2 - figura 23.b - e o reaparecimento dos pptms após a lavagem da preparação -
figura 23.c.
68
X. Aplicação de solução imagem de Cloreto de Bário em hemidiafragma de
rato para obtenção de pptms - potencial de placa terminal em miniatura:
A figura 24 apresenta as fotos dos registros dos pptms em hemidiafragma de rato,
obtidas do osciloscópio, antes e após a adição da solução imagem de cloreto de bário - SI
BaCl2.
Conforme descrito anteriormente, uma solução real de BaCl2 aumenta as
descargas de potenciais de placa terminal em miniatura na junção neuromuscular (ver
ação farmacológica dos sais de bário no ítem IV, página 40). Podemos observar neste
exemplo que a SI BaCl2 aumentou muito, não só a freqüência (figura 24.b), como
também a amplitude dos pptms da preparação hemidiafragma em questão (figura 24.c).
Após 3 minutos da adição da SI BaCl2 observa-se um aumento de 200% da
freqüência dos pptms, com amplitude semelhante à inicial - figura 24.b. Após 18 minutos
da adição da SI BaCl2 - figura 24.c - a amplitude dos pptms aumentou significativamente e
a freqüência diminuiu em relação à apresentada na figura 24.b, permanecendo 25%
acima da freqüência inicial mostrada na figura 24.a.
69
Figura 24.a
Figura 24.b
Figura 24.c
Figura 24. Fotos dos registros dos pptms em hemidiafragma de rato, obtidas do osciloscópio ; (a) antes da
adição da SI BaCl2 ; (b) após 3 minutos da adição da SI BaCl2 ; (c) após 18 minutos da adição da SI BaCl2.
[amplitude = 1mV / 0,7 cm ; velocidade do papel = 0,7 cm / 2 mseg.]
70
Capítulo IV
. Chega a Deus aquele que dá valor a uma lata velha jogada ao léu ;
pois não é desejável nem lógico louvarmos um Deus invisível do céu.
Faz-se necessário, primordialmente, entendermos uma lata velha..
A.P. Ricieri.
71
6. Estudo físico-químico de soluções imagem
Após um longo período de testes das soluções imagem em sistemas biológicos,
fez-se medidas de algumas propriedades físico-químicas destas soluções para tentar
correlacionar sua atividade biológica em sistemas vivos, com possíveis alterações de
propriedades da água.
Nesta fase, foram utilizados vários equipamentos disponíveis para uma
prospecção inicial dos valores de propriedades físico-químicas das soluções imagem em
relação a água desionizada padrão. As medidas físico-químicas realizadas foram :
condutividade elétrica, pressão de vapor, tensão superficial, índice de refração,
viscosidade, temperatura de ebulição, temperatura de congelamento e absorção na
região de infravermelho (ATR).
6.a - Fundamentação e descrição experimental
das medidas físico-químicas
6.a.1 - Condutividade elétrica
Pela lei de Ohm, a densidade de corrente, j , é definida como :
j = k E (amp/cm2) equação (8)
onde, E = campo elétrico aplicado ; k = constante de proporcionalidade, que é a condutividade da
substância.
A condutância (Λ) é definida como o inverso da resistência (R) e a condutividade
(k) é o inverso da resistividade (ρ):
R = ρ L / A (Ω) equação (9)
Λ = 1 / R (Ω-1) ou (S) equação (10)
72
k = 1 / ρ = L / R A (S.cm-1) equação (11)
onde : L = comprimento e A = área da seção transversal da amostra.
Pela Teoria de Condutividade de Onsanger[105,127], o movimento de um íon,
partindo de um estado estacionário, devido a um campo elétrico aplicado, pode ser obtido
relacionando-se a fem (força eletro-motriz) à soma dos retardamentos causados pelo
atrito, assimetria e eletroforese. Os dois últimos efeitos são intensificados à medida que a
concentração eletrolítica aumenta, o que causa um aumento das forças de retardamento
e uma diminuição da condutividade. Se imaginarmos um único íon imerso em um fluido e
sujeito a um campo elétrico, então o único retardamento que este íon pode experimentar
é devido a viscosidade do fluido. Se o íon é uma esfera de raio r, a força friccional de
oposição ao seu movimento é dada pela lei de Stokes [105,127]:
f = 6 π η r equação (12)
onde, η = viscosidade do meio.
As medidas de condutividade foram feitas em um condutivímetro Micronal B331,
de leitura direta, com cela Metrohn no 6.0901110 / Konstante c = 0,75 cm-1.
A calibração do aparelho foi feita com uma solução de cloreto de potássio (KCl) 0,1
mol.L-1 , que possui condutividade (k) igual a 1.41 mS.cm-1 , a uma temperatura de
25oC.[128,129]
Foram feitos estudos da variação da condutividade elétrica de soluções imagem
com a temperatura, em relação à intensidade do campo magnético aplicado (variando-se
a distância entre os ímãs), diferentes concentrações das soluções utilizadas como
referência, ao longo do processo de preparação da solução imagem e com diferentes
soluções reais de referência. Cada experimento foi repetido, no mínimo, por três vezes.
Na otimização do arranjo experimental, os experimentos foram repetidos dezenas de
vezes.
6.a.2 - Tensão superficial
Experiências realizadas em laboratórios espaciais confirmaram uma idéia na qual
se acreditava há muito tempo: volumes de líquido em um reservatório de P e T
73
constantes, em ausência de gravidade e isolados da superfície, são esféricos. Isto quer
dizer que a energia livre de uma fase líquida é mínima quando a sua área superficial é
mínima. O coeficiente de variação de energia livre com a área é a tensão superficial do
líquido.
dG / dA = γ equação (13)
onde, G é a energia livre, A é a área e γ é a tensão superficial.
A tensão superficial (γ)[130] é igual a tensão superficial lida no tensiômetro (TL),
corrigida por um fator de correção (F), obtido a partir da equação 15:
γ = TLx F equação (14)
(F - a)2 = [4 b / (π R)2 ] x [TL / (D - d)] + K equação (15)
onde :
F = fator de correção
R = raio do anel ; r = raio do arame do anel
TL = tensão superficial lida no tensiômetro
D = densidade da fase superior ; d = densidade da fase inferior
K = 0.04534 - 1.679 r/R
C = a circunferência do anel
a = 0.725 ; b = 0.0009075
Obs. a, b e a parte numérica de K são constantes universais para todos os anéis.
F = 0.9382
As medidas de tensão superficial foram realizadas no Tensiômetro Fisher Modelo
20, com anel de platina-irídio com as seguintes características: circunferência = 6.015cm ,
R/r = 53.88.32824, no 4113.
A calibração do tensiômetro e as medidas de tensão superficial foram feitas
seguindo-se o procedimento descrito no manual.[130] Cada experimento foi realizado , no
mínimo, três vezes e os valores apresentados (tabela 8, página 77) são uma média de 6
a 10 repetições de cada medida.
74
6.a.3 - Índice de refração
O índice de refração nr de um meio, pode ser definido como :
nr = c / c. equação (16)
onde : c = velocidade da luz no vácuo ; c. = velocidade no meio incidente.
Medidas de índice de refração de soluções imagem foram feitas no refratômetro de
Abbe, Carl Zeiss (JENA) , a temperatura de 25 oC.
6.a.4 - Viscosidade
A taxa de migração de uma propriedade é medida pelo seu fluxo J, a quantidade
desta propriedade que passa por uma unidade de área por unidade de tempo. O fluxo do
momento de um componente x é proporcional à variação da sua velocidade (vx) na
direção z :[105,127]
J (momento do componente x) α dvx / dz
J (momento do componente x) = - η (dvx / dz) equação (17)
onde, η = coeficiente de viscosidade ou simplesmente viscosidade (kg.m-1.s-1).
A viscosidade é uma medida de fluxo de momento.
As medidas de viscosidade de soluções imagem foram feitas em um viscosímetro
de Ostwald, com capacidade de volume da amostra de 10 mL, a temperatura de 25 oC.
Estas medidas foram feitas com 20 soluções imagem diferentes e cada valor obtido é a
média de 10 repetições de tempo de escoamento da amostra.
6.a.5 - Pressão de vapor
75
A existência de uma pressão de vapor e o seu aumento com a temperatura são
consequências da distribuição de energia de Boltzmann. Mesmo a temperaturas baixas,
uma fração de moléculas no líquido tem energias em excesso da energia coesiva do
líquido. Esta fração aumenta rapidamente com a temperatura e, conseqüentemente, a
pressão de vapor também aumenta com a temperatura [127]. A distribuição de Boltzmann
sobre uma faixa contínua de energia é : [105]
f (E) = (1/kT) e -E / kT equação (18)
onde, o fator (1/kT) indica que a distribuição está normalizada para 1.
O argumento implica que a uma temperatura específica, um líquido com uma
grande energia coesiva (ou seja, com um grande calor de vaporização molar, Qvap) vai ter
uma pressão de vapor menor do que aquele que tenha uma energia coesiva pequena. A
partir da distribuição de Boltzmann é possível estabelecer uma relação entre a pressão
de vapor e o calor de vaporização.[127]
p = p∞ e (- Qvap / RT) equação (19)
onde, p∞ é também uma constante com as mesmas unidades de p.
A equação (19) relaciona a pressão de vapor, a temperatura e o calor de
vaporização, sendo assim uma das formas da equação de Clausius-Clapeyron.
Considerando-se um equilíbrio de fase condensada, tanto sólido quanto líquido, com
vapor, temos
dp / dT = ΔS / ΔV = ΔH / T (Vmg - Vmc) equação (20)
onde, ΔH é o calor de vaporização molar do líquido ou o calor de sublimação molar do sólido, e Vmc é o
volume molar da fase condensada (sólido ou líquido). Na maioria das circunstâncias, Vmg - Vmc ≅ Vmg, e
isto assumindo que o gás seja ideal é igual a RT/p.
Reescrevendo a equação, chegamos na equação de Clausius-Clapeyron,
d ln p / dT = ΔH / RT2 equação (21)
76
As medidas de pressão de vapor podem ser feitas através de um isoteniscópio,
onde a pressão de vapor é lida diretamente pela soma das alturas do líquido (mercúrio)
deslocado em ambos os ramos do isoteniscópio a partir do eixo zero, onde os ramos
estão em equilíbrio sob a mesma pressão inicial.
Supondo a coluna do tubo em .U. do isoteniscópio tendo uma área de seção
transversal A, o seu volume é A h. A massa desta coluna de líquido de densidade ρ é
[105]
m = ρ A h equação (22)
A força que a coluna desta massa exerce sobre a sua base é:
F = mg = ρ A h g equação (23)
A pressão é a força dividida pela área na qual ela age :
p = ρ g h A / A = ρ g h equação (24)
As medidas de pressão de vapor foram feitas utilizando-se a montagem
experimental esquematizada na figura 25. A curva de calibração com água desionizada
foi feita 5 vezes, em dias distintos, para a obtenção do desvio padrão desta medida e a
curva de cada amostra foi realizada por uma vez.
Antes de se iniciar as medidas de pressão de vapor da amostra, esta é
degaseificada através de congelamento e bombeamento dos gases durante a transição
de fase líquido-sólido. Após o procedimento inicial de degaseificação da amostra, o
isoteniscópio é imerso no banho termostatizado e espera-se até que todo o sistema
esteja em equilíbrio térmico para se efetuar as leituras de pressão de vapor. A leitura da
pressão de vapor é feita na escala milimetrada fixada na parte posterior do isoteniscópio
a partir do deslocamento do mercúrio em relação ao ponto de equilíbrio inicial (sistema
isobárico). Após a leitura de pressão de vapor a uma determinada temperatura fixa-se um
novo valor de temperatura e repete-se o procedimento descrito anteriormente para se
obter nova medida de pressão de vapor, relativa agora, a esta nova temperatura fixada. A
faixa de temperatura utilizada neste experimento foi de 0o a 50oC, com incrementos de
5oC na temperatura do banho termostatizado.
77
Figura 25. Esquema da montagem utilizada para as medidas de pressão de vapor : banho termostático
modelo MQBTC 99-20 - Microquímica Ind. e Com Ltda. ; cuba de vidro e isoteniscópio confeccionados na
vidraria do Instituto de Química da Unicamp com as seguintes especificações :
Cuba de vidro : altura = 30 cm e diâmetro interno = 16 cm ;
Isoteniscópio : Torneira de vidro de 2 vias perpendicular, sem selo de mercúrio, macho oco, para alto vácuo
(haste de 12 mm e furo de 6 mm), com junta esmerilhada [131]; balão de fundo redondo de 30 mL com junta
esmerilhada 14/23; bulbo de mercúrio (altura =20 mm e diâmetro =18 mm); tubo de vidro com diâmetro
interno = 6 mm e diâmetro externo = 9 mm; oliva para encaixe de borracha externa.
6.a.6 - Temperatura de ebulição
A título de prospecção de uma possível alteração da temperatura de ebulição de
algumas soluções imagem, aqueceu-se a amostra em béquer aberto e utilizou-se um
termopar digital para as medidas de temperaturas. Foram realizados dezenas de
experimentos para a obtenção da temperatura de ebulição de soluções imagem.
78
6.a.7 - Temperatura de congelamento
A temperatura de congelamento de algumas soluções imagem foram averiguadas
mediante um sistema simples de medida. A solução imagem foi adicionada em um
béquer aberto, imerso em um banho de gelo e observou-se a temperatura da formação
dos primeiros cristais de gelo, onde utilizou-se um termômetro digital para indicar a
temperatura correspondente. Foram feitos 10 experimentos distintos para a observação
da temperatura de congelamento de soluções imagem.
6.a.8 - Espectroscopia de Infravermelho - ATR
A espectroscopia de infravermelho pode ser considerada como a técnica mais
poderosa para o estudo do caráter das ligações de hidrogênio na água líquida [52,53]. No
entanto, a pouca utilização desta técnica para investigação da estrutura da água se deve
ao fato de que esta substância possui uma forte absorção de radiação infravermelha,
resultando em bandas largas que impossibilitam a obtenção de informações estruturais
quantitativas e confiáveis nesta região, com técnicas convencionais no infravermelho.
O advento dos espectrômetros de infravermelho com transformada de Fourier
(FTIR - Fourier Transform Infrared) e o desenvolvimento de novas técnicas de medida,
como a espectroscopia de ATR (Attenuated Total Reflection - Reflexão Total Atenuada),
tornaram a espectroscopia na região do infravermelho ainda mais potente para o estudo
de água desionizada e de soluções aquosas, viabilizando a obtenção de espectros de
alta qualidade nesta região[52].
Na espectroscopia de ATR, a amostra é colocada em uma cela ótica (CIRCLE cell
- Cylindrical Internal Reflectance Cell for Liquid Evaluation), como mostra a figura 26 :
79
Figura 26. Representação esquemática da CIRCLE cell. (a) conjunto de lentes espelhadas para focalizar a
radiação ; (b) corpo da cela - recipiente de inox cilíndrico, aberto, onde a amostra é colocada até que cubra
totalmente o crital de ATR; (c) cristal de ATR de ZnSe [52].
O princípio utilizado na espectroscopia de ATR é que a partir da radiação
infravermelha incidente num prisma de material transparente ao infravermelho e com alto
índice de refração - cristal de ATR - cria-se um efeito chamado de onda evanescente, que
se propaga da superfície do cristal (meio com maior índice de refração) para a superfície
da amostra (meio com menor índice de refração), mantida em contato com o cristal [52].
A condição essencial para que ocorra o fenômeno da reflexão interna é que o
ângulo de incidência da radiação (θ) deve ser maior que o ângulo crítico (θc), que é
função dos índices de refração da amostra e do cristal de ATR [52].
θ > θc = sen-1 (nr 1 / nr 2) equação (25)
onde, nr 1 = índice de refração do cristal de ATR, nr 2 = índice de refração da amostra.
A intensidade da onda evanescente decai exponencialmente com a distância ou
profundidade de penetração (dp) na amostra, que é da ordem de poucos micrometros[52].
dp = λ / (2 nr 1 π √ sen2 θ - nr
2
21) equação (26)
onde, λ = comprimento de onda, nr 21 = razão entre os índices de refração da amostra e do cristal.
80
Numa analogia com a técnica espectroscópica onde a radiação atravessa a
amostra, dp pode ser considerada como o caminho ótico, b. Pela Lei de Beer :
Abs = ε . b . C equação (27)
onde, Abs = absorvância, ε = coeficiente de absortividade, b = caminho ótico e C = concentração.
Na utilização da técnica de ATR, b ~ dp, e a equação (27) passa a ser então :
Abs = ε . dp . C equação (27.a)
Em regiões do infravermelho onde a amostra sólida ou líquida absorve energia, a
onda evanescente interage com a amostra e o espectro é obtido. [52] Neste caso, pode-se
falar em Refletância, R (ou %R), como a razão entre as intensidades da radiação refletida
(I) e incidente (Io) :
R = I / Io equação (28)
Quando a reflexão é total, I = Io e R = 1.
Os espectros de infravermelho, utilizando a técnica de ATR, foram obtidos no
equipamento NICOLET 520 FT-IR Spectrometer. Todos os espectros foram feitos sob as
mesmas condições experimentais, a uma temperatura de 20 oC. Foram acumuladas 256
varreduras com resolução igual a 4 cm-1 em todos os espectros. A amostra líquida
colocada na cela CIRCLE, deve cobrir completamente o cristal de ATR. Após a aquisição
do espectro de cada duas amostras é feita uma outra com a cela vazia, para controle do
espectro de referência. Foram obtidos 4 espectros distintos de água desionizada padrão
para a observação das flutuações instrumentais e 1 espectro de cada solução imagem
estudada.
6.b - Resultados e discussão
81
6.b.1 - Condutividade
Das técnicas utilizadas para acompanhar as variações de propriedades físicoqu
ímicas da água quando submetida ao campo magnético com solução real, a medida de
condutividade elétrica se mostrou a mais viável. O fato desta medida ser simples, direta e
rápida, apresentando grande variação percentual do valor de condutividade sofrida pela
água, tornaram esta técnica altamente conveniente para o acompanhamento e
otimização de algumas variáveis independentes no processo de obtenção das soluções
imagem.
Em adição a este fato, observa-se que dentre as soluções estudadas, a SI CaCl2
apresenta valores bastante altos de condutividade, quando comparada com a água
desionizada à mesma temperatura.
Por esta razão, a otimização da distância entre os pólos dos ímãs, bem como a da
concentração da solução real, foi feita com base na resposta de condutividade para SI
CaCl2, conforme se observa nas tabelas 4 e 5, e respectivos gráficos (figuras 27 e 28). A
tabela 6 e figura 29 apresentam valores de condutividade correspondentes a uma
tentativa de otimização do tempo de preparação da solução imagem, como se verá a
seguir.
82
Tabela 4 - Variação da condutividade elétrica (K) de soluções imagem de cloreto de
cálcio - SI CaCl2 - com a temperatura, em relação a intensidade do campo magnético
utilizado durante o processo de preparação da solução imagem.
T (oC)
(} 0.5)
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
I=488 Oe
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
I=264 Oe
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
I=180 Oe
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
I=108 Oe
30,0 8,2 16,1 22,1 19,6
40,0 9,6 19,7 28,2 24,0
50,0 11,4 23,2 33,0 29,8
60,0 17,1 26,5 39,7 35,2
70,0 19,0 30,2 44,5 41,6
80,0 21,2 33,9 49,7 45,6
30 40 50 60 70 80
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
I = 488 Oe
I = 264 Oe
I = 180 Oe
I = 108 Oe
Condutividade (uS.cm-1)
Temperatura (oC)
Figura 27. Gráfico correspondente a variação da condutividade elétrica de soluções imagem de cloreto de
cálcio - SI CaCl2 - com a temperatura, em relação a variação da intensidade do campo magnético utilizado
na preparação destas soluções (dados apresentados na tabela 4).
83
Tabela 5 - Variação da condutividade elétrica (K) de soluções imagem de cloreto de
cálcio - SI CaCl2 - com a temperatura, em relação a concentração da solução real
utilizada como referência.
T (oC)
(} 0.5)
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
[SR]=3.0
mol.L-1
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
[SR]=2.5
mol.L-1
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
[SR]=2.0
mol.L-1
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
[SR]=1.0
mol.L-1
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
[SR]=0.2
mol.L-1
23,0 7,0 16,1 18,7 11,5 10,2
30,0 8,6 18,3 22,1 14,1 12,7
40,0 10,2 22,1 28,2 17,1 14,9
50,0 11,8 26,7 33,0 20,4 18,1
60,0 13,6 31,3 39,7 23,4 21,2
70,0 15,6 34,2 44,5 27,1 23,6
80,0 17,4 37,5 49,7 29,6 26,4
20 30 40 50 60 70 80
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
[SR] = 2.0 mol.L-1
[SR] = 2.5 mol.L-1
[SR] = 1.0 mol.L-1
[SR] = 0.2 mol.L-1
[SR] = 3.0 mol.L-1
Condutividade (uS.cm-1)
Temperatura (oC)
Figura 28. Gráfico correspondente a variação da condutividade elétrica de soluções imagem de cloreto de
cálcio - SI CaCl2 - com a temperatura, em relação a concentração da solução real utilizada como referência
(dados apresentados na tabela 5).
84
Tabela 6 - Variação da condutividade elétrica (K) de soluções imagem de cloreto de
cálcio - SI CaCl2 - com a temperatura, em relação ao tempo de preparação da solução
imagem. As medidas de condutividade foram feitas a cada 30 minutos, durante 6h e 30
min., no próprio frasco utilizado no arranjo experimental, sempre com a mesma solução
imagem.
Tempo
(min)
K (μS.cm-1)
(} 0.01)
frasco vidro
pyrex
K (μS.cm-1)
(} 0.01)
frasco vidro
âmbar
30 1,13 1,10
60 1,20 1,18
90 1,27 1,29
120 1,83 1,34
150 1,91 1,46
180 1,97 1,57
210 2,01 1,65
240 2,08 1,71
270 2,14 1,78
300 2,21 1,93
330 2,25 2,03
360 2,27 2,11
390 2,34 2,16
0 100 200 300 400
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
SI CaCl2 / vidro pyrex
SI CaCl2 / vidro âmbar
Condutividade (uS.cm-1) T
e
m
p
o
(
m
i
n
)
85
Figura 29. Gráfico correspondente a variação da condutividade elétrica de soluções imagem de cloreto de
cálcio - SI CaCl2 - com o tempo, durante o processo de preparação das soluções imagem (dados
apresentados na tabela 6).
Os critérios utilizados para a eleição das melhores condições levaram em conta,
além do resultado das medidas, outros fatores associados à disponibilidade do material
empregado e à facilidade de execução do processo.
Os dados obtidos por este processo de otimização levaram a selecionar o valor do
campo magnético aplicado de 180 Oe (tabela 4, figura 27), o que equivale a uma
distância de 7,0 cm entre os pólos dos ímãs de neodímio utilizados. A concentração da
solução real utilizada apresentou melhores resultados na faixa de 2,0 a 2,5 mol.L-1 (tabela
5, figura 28).
Fez-se um acompanhamento dos valores de condutividade ao longo do tempo de
preparação da solução imagem em dois arranjos distintos (um utilizando frasco de vidro
pyrex como receptor da água desionizada e outro, utilizando frasco de vidro âmbar para a
mesma finalidade). As medidas de condutividade foram feitas a cada 30 minutos e os
valores obtidos foram pequenos durante todo o processo (tabela 6, figura 29).
Possivelmente, a interferência da medida de condutividade, onde se verifica a passagem
de corrente elétrica no meio, inibe o processo de preparação da solução imagem. Por
esta razão, não foi possível otimizar o tempo de ação do campo magnético sobre o
sistema. Convencionamos então, deixar as soluções em preparação durante a noite
(cerca de 14hs), utilizando-as até um ou dois dias após a sua preparação.
Recentemente, entretanto, alguns arranjos experimentais foram deixados por um
período muito mais longo que o usual, apresentando resultados bastante elevados nas
medidas de condutividade. Soluções imagem de cloreto de cálcio - SI CaCl2 - preparadas
conforme a descrição da montagem do ítem 4.a (capítulo II, página 25), com tempo de
exposição ao campo magnético igual a 7 dias apresentaram condutividade de 70,0
μS.cm-1 (T= 25,0 oC).
Por outro lado, algumas SI CaCl2 preparadas nas mesmas condições
experimentais descrita no ítem 4.a, eventualmente apresentavam valores de
condutividade superiores aos esperados, mesmo dentro das 14hs usuais (K = 24,0
μS.cm-1 ; 37,0 μS.cm-1 ; 44,0 μS.cm-1 / T=25,0oC). Nestes casos esporádicos não
conseguiu-se detetar um fator responsável por tais variações. Este fato, portanto, mostra
que algumas variáveis ainda não controladas devem interferir no processo de produção
das soluções imagem. Sua identificação deverá ser objeto de investigação em trabalhos
86
futuros. Por enquanto, os resultados apresentados neste trabalho (obtidos com solução
produzida em 14 hs) devem ser vistos apenas como uma avaliação do potencial que
apresentam as soluções imagem, já que do ponto de vista puramente técnico da sua
elaboração é razoável esperar um aumento das respostas dos testes à medida que estas
variáveis sejam controladas.
Tendo portanto o sistema otimizado, tanto quanto possível, passamos a medir e
comparar as condutividades elétricas de várias soluções imagem, em algumas
temperaturas. Tais resultados estão apresentados na tabela 7 e figura 30.
Tabela 7 - Variação da condutividade elétrica (K) de diferentes soluções imagem (CaCl2,
MgCl2, BaCl2, C12H22O11, KCl e NaOAc) com a temperatura, comparadas com o padrão -
água desionizada. Os valores de condutividade da água desionizada padrão a
temperatura ambiente (T=20 a 27 oC) variam de 0,7μS.cm-1 < K < 1,3μS.cm-1.
T (oC)
(} 0.5)
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
SI CaCl2
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
SI MgCl2
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
SI BaCl2
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
SI C12H22O11
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
SI KCl
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
SI NaOAc
K (μS.cm-1)
(} 0.1)
H2Odesion.
30,0 22,1 10,8 10,1 9,3 8,3 8,1 0,8
40,0 28,2 13,2 12,3 11,2 9,9 9,5 1,0
50,0 33,0 15,6 14,4 12,8 11,7 11,3 1,3
60,0 39,7 17,9 16,9 14,9 13,6 13,5 1,5
70,0 44,5 20,2 19,1 16,4 15,4 15,3 1,7
80,0 49,7 22,7 22,1 18,5 17,7 16,9 2,2
Dentre as soluções estudadas, destacamos a SI CaCl2 como a que apresentou
valores mais elevados de condutividade, no entanto, todas as outras soluções
apresentaram valores de condutividade muito superiores ao da água desionizada padrão.
K SI CaCl2 > K SI MgCl2 > K SI BaCl2 > K SI C12H22O11 > K SI KCl
K SI NaOAc >>>> K H2O desion. padrão
87
30 40 50 60 70 80
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
SI CaCl2 SI C12H22O11 SI NaOAc
SI MgCl2 SI BaCl2 SI KCl
H2O desion. padrão
Condutividade (uS.cm-1)
Temperatura (oC)
Figura 30. Gráfico correspondente a variação da condutividade elétrica de diferentes soluções imagem -
CaCl2, MgCl2, BaCl2, C12H22O11, KCl e NaOAc com a temperatura, comparados com o padrão - água
desionizada (dados apresentados na tabela 7).
6.b.2 - Tensão superficial
Apesar de alguns autores[12] afirmarem que a tensão superficial da água varia
substancialmente quando esta é submetida a campos magnéticos (intensos), as soluções
imagem estudadas apresentaram pequenas variações deste parâmetro. É importante
ressaltar que as medidas de tensão superficial são muito reprodutíveis (desvio = } 0,1
dina.cm-1), o que significa que as pequenas variações observadas são confiáveis. Na
tabela 8, a seguir, apresentamos alguns resultados das medidas de tensão superficial :
88
Tabela 8 - Tensão superficial de algumas soluções imagem. TL = tensão superficial lida
no tensiômetro, γ = tensão superficial corrigida (equação 14), F = fator de correção obtido
a partir da equação 15 :
Solução
Imagem
Concentração
Solução Real
mol.L-1
TL (dina.cm-1)
(} 0.1)
SI
TL (dina.cm-1)
(} 0.1)
H2O desion.
γ (dina.cm-1)
(} 0.1)
SI
γ (dina.cm-1)
(} 0.1)
H2O desion.
Temp. (oC)
(} 0.5)
BaCl2 2,0 76.5 77.1 71.8 72.3 22.5
KCl 2,0 76.9 77.0 72.1 72.2 23.0
MgCl2 2,0 76.2 77.0 71.5 72.2 24.5
C12H22O11 2,0 76.4 77.0 71.7 72.2 23.0
NaOAc 2,0 76.3 77.0 71.6 72.2 23.0
CuSO4 2,0 76.4 76.9 71.7 72.1 25.0
CaCl2 2,0 76.4 76.9 71.7 72.1 25.0
CaCl2 2,5 76.3 77.0 71.6 72.2 24.0
CaCl2 1,0 76.5 77.0 71.8 72.2 23.0
CaCl2 0,2 76.9 77.0 72.1 72.2 23.0
CaCl2 3,0 76.2 77.0 71.5 72.2 23.0
A solução imagem que apresentou maior diferença de tensão superficial em
relação ao padrão (γ = 72.2 dina.cm-1) foi a SI MgCl2 (γ = 71.5 dina.cm-1). Por outro lado, a
SI KCl não apresentou qualquer variação deste parâmetro em relação ao padrão.
γ SI MgCl2 < γ SI NaOAc < γ SI CaCl2, SI CuSO4, SI C12H22O11 <
γ SI BaCl2 < γ SI KCl = γ H2O desion. padrão
Observa-se também que os valores de tensão superficial das SI CaCl2 diminuem
em relação à água desionizada padrão, a medida que a concentração da solução real de
referência aumenta :
γ SI CaCl2 ([SR] = 3,0 mol.L-1) < γ SI CaCl2 ([SR] = 2,5 mol.L-1) <
γ SI CaCl2 ([SR] = 2,0 mol.L-1) < γ SI CaCl2 ([SR] = 1,0 mol.L-1) <
γ SI CaCl2 ([SR] = 0,2 mol.L-1) = γ H2O desion. padrão
89
Não se observa uma correlação entre as variações de tensão superficial das
soluções imagem estudadas com a variação da intensidade do campo magnético
(distância entre os ímãs). Ressalta-se novamente, que os artigos científicos[14] que
mencionam alterações deste parâmetro na água tratada em campos magnéticos utilizam
intensidades de campo aplicado muito superiores às estudadas neste trabalho. Em
nenhum dos casos foi registrado um aumento da tensão superficial da solução imagem
quando comparada com água desionizada. As diminuições observadas, apesar de
pequenas, indicam uma provável alteração entre as interações das moléculas de água
quando submetida ao processo de preparação da solução imagem.
Tabela 9 - Os valores de tensão superficial de água encontrados na literatura[128,129] nesta
faixa de temperatura são :
γ (dina.cm-1)
H2O Literatura
Temp. (oC)
73.05 18.0
72.75 20.0
71.97 25.0
71.18 30.0
6.b.3 - Índice de refração
As soluções imagem selecionadas para estas medidas não apresentaram
variações detetáveis pela instrumentação utilizada, em relação a água desionizada
padrão.
Conforme se verá adiante, apesar de observarmos uma pequena diferença nos
espectros de ATR, cuja absorvância depende do índice de refração e do coeficiente de
absortividade, a sensibilidade dos instrumentos utilizados não permitiram se observar
uma possível variação no índice de refração.
6.b.4 - Viscosidade
90
Neste caso, também não se conseguiu detetar variações do tempo de escoamento
das amostras selecionadas em relação a água desionizada padrão, utilizando-se o
viscosímetro de Ostwald como instrumentação para medir tal parâmetro.
6.b.5 - Pressão de vapor
A tabela 10 e a figura 31 apresentam alguns resultados obtidos nas medidas de
pressão de vapor de soluções imagem.
Tabela 10 - Pressão de vapor de soluções imagem de acetato de sódio (SI NaOAc),
cloreto de bário (SI BaCl2) e da água desionizada padrão, em relação a temperatura. As
curvas foram obtidas em diferentes arranjos experimentais.
T (oC)
(} 0,5)
Pressão Vapor
(mmHg) (} 0,5)
SI NaOAc
Pressão Vapor
(mmHg) (} 0,5)
SI BaCl2
Pressão Vapor
(mmHg) (} 0,5)
SI NaOAc
Pressão Vapor
(mmHg) (} 0,5)
H2O desion.
2,0 - 16,0 20,0 -
5,0 22,0 - - -
10,0 - - - 12,0
15,0 - - - 14,0
20,0 - - - 19,5
25,0 - - 38,0 25,0
30,0 53,5 44,5 45,5 31,0
35,0 62,0 54,0 54,5 40,0
40,0 74,5 65,5 66,5 50,0
45,0 88,5 80,0 81,0 68,0
50,0 98,5 96,0 98,0 84,0
Observa-se que as pressões de vapor das soluções imagem são maiores do que
as da água desionizada padrão ao longo de toda a faixa de temperatura estudada. A
análise das curvas apresentada na figura 31 mostra que a temperaturas mais baixas as
diferenças são menores, havendo uma variação maior desses valores entre a faixa de
temperatura de 20o a 40o C. Assim como no caso das tensões superficiais, é possível
admitir uma mudança nas interações entre moléculas do líquido, uma vez que a energia
livre da solução (água) está relacionada com a pressão de vapor com a qual está em
equilíbrio.
91
0 10 20 30 40 50
0
20
40
60
80
100
SI NaOAc SI NaOAc
SI BaCl2 água desionizada padrão
I altura da barra de erro
Pressão de Vapor (mmHg)
Temperatura (oC)
Figura 31. Gráfico da pressão de vapor da água desionizada padrão e de soluções imagem de acetato de
sódio (SI NaOAc) e cloreto de bário (SI BaCl2) em relação à temperatura (dados apresentados na tabela 10).
É importante ressaltar neste caso, que utilizando-se a mesma solução aquosa de
referência para as experiências em sistemas biológicos, as montagens que apresentaram
maiores variações de pressão de vapor da solução imagem foram as que apresentaram
efeitos fisiológicos mais intensos e com maior velocidade de resposta.
6.b.6 - Temperatura de ebulição
O sistema utilizado para a obtenção da temperatura de ebulição das amostras é
inadequado, na medida em que há grandes flutuações do volume da amostra durante o
processo. Entretanto, pudemos ter uma avaliação de que a temperatura de ebulição de
algumas soluções imagem testadas varia em torno de -1o a -2o C em relação a água
desionizada padrão e outras não apresentam qualquer variação. Esta observação é
compatível com a tendência de aumento da pressão de vapor relatada no ítem anterior.
92
6.b.7 - Temperatura de congelamento
Nas medidas de temperatura de congelamento, algumas soluções imagem
apresentaram variações entre +1,0 e +1,5oC em relação à água desionizada sob as
mesmas condições experimentais. Aqui não se fez um estudo mais criterioso do que a
simples observação, já que a mudança de fase líquido ! sólido para a água comum não
é um processo ainda bem compreendido mecanisticamente e pouca informação seria
adicionada ao conjunto já existente.
6.b.8 - Espectroscopia de Infravermelho - ATR
Os modos normais de vibração da molécula de água são mostrados na figura 32,
associados à atribuição pelo número de onda, na tabela 11.
Figura 32. Os três modos normais de vibração da molécula de H2O : (a) estiramento simétrico (ν1 =
3657 cm-1) ; (b) modo de deformação (ν2= 1595 cm-1) ; estiramento assimétrico (ν3 = 3756 cm-1).[132]
93
Tabela 11 - Atribuições dos modos normais de vibração da molécula de água.
Número de onda
(cm-1)
Modos normais
de vibrações
Espécies populacionais de
moléculas de água
3750 - 3500 ν1 e ν3 moléculas que interagem menos
umas com as outras
3500 - 3000 ν1 e ν3 moléculas que interagem mais
fortemente umas com as outras
1750 - 1500 ν2 ambas as espécies indistintamente
A escolha da técnica de ATR para estudo das soluções imagem precisa ser
comentada e entendida.
Estudos anteriores realizados com soluções aquosas reais mostram pequenas
diferenças no espectro de água, mesmo para concentrações elevadas de soluto[52,53].
Esta pouca sensibilidade da técnica para este tipo de observação requer, portanto, a
existência de uma perturbação significativa nas propriedades do solvente para que
alguma alteração possa ser observada.
Por outro lado, a evidência espectroscópica, quando possível, permite inferir com
muito mais objetividade alguma alteração estrutural do meio em estudo. Neste caso, a
técnica de ATR é bastante confiável e segura nas informações que pode fornecer.
Para obter os espectros de ATR das soluções imagem fez-se a aquisição ponto a
ponto dos dados espectrais, subtraindo depois os da referência (água desionizada),
conforme procedimento anterior já existente.[52,53]
No caso presente, onde as diferenças esperadas são pequenas, este
procedimento pode conduzir a resultados falsos, originados da flutuação instrumental na
aquisição dos vários espectros.
Para obter-se a certeza de que as absorções das soluções imagem correspondem
de fato a uma alteração do meio e não a uma flutuação, adotou-se o procedimento
abaixo:
i) Registrou-se quatro espectros diferentes de água desionizada (usada como padrão)
nas mesmas condições. Calculou-se, então, a média de cada ponto, originando um
espectro médio que passou a ser o espectro padrão da água.
94
ii) Calculou-se o espectro de diferença para cada amostra de água do conjunto anterior,
na forma :
Δ absorvância = abs. água - abs. média da água equação (29)
iii) Calculou-se o espectro de diferença para cada solução imagem, na forma :
Δ absorvância = abs. SI - abs. média da água equação (30)
Observa-se que as flutuações referentes aos espectros da diferença de absorção
de água em relação à média (equação 29) são significativamente inferiores àquelas
observadas nos espectros da diferença de absorção da solução imagem em relação à
média (equação 30), o que indica de fato uma diferença em absorvância e não uma
flutuação.
As bandas do espectro de infravermelho podem ser analisadas em função de
suas larguras e intensidades. A largura da banda está relacionada com a diversidade
populacional (espécies diferentes de moléculas de água) e sua intensidade está
relacionada com a quantidade de espécies que absorvem a radiação (concentração).
A idéia de fazer ATR com as soluções imagem não passou pela proposta de um
estudo espectroscópico completo do que está acontecendo em termos de alterações
estruturais. Apesar de não serem claras as razões responsáveis pelas diferenças
observadas, a quantificação que se tem é suficiente para mostrar que a água tratada
magneticamente interage com a luz infravermelha diferentemente da água desionizada
padrão. A existência de picos no espectro de ATR é uma demonstração inequívoca de
que houve alteração de propriedades da água tratada magneticamente.
Apesar das diferenças entre os espectros da solução imagem e da água
desionizada serem pequenas, esse resultado pode ser bastante significativo, uma vez
que nos estudos de soluções reais é necessária uma concentração elevada da solução
aquosa para observar-se alterações estruturais da água presente no meio. [52,53]
Apresenta-se a seguir um espectro típico de absorvância de água e os espectros
diferenciais das soluções imagem em relação à média dos padrões de água :
95
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Abs média H2O padrão
Absorvância
número de onda (cm-1)
Figura 33. Espectro típico de absorvância de água desionizada.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
-0,06
-0,05
-0,04
-0,03
-0,02
-0,01
0,00
0,01 Abs (SI NaOAc) - (média H2O)
Absorvância
número de onda (cm-1)
Figura 34. Diferença entre os espectros de absorvância de uma solução imagem de acetato de sódio - SI
NaOAc - e a média dos espectros de absorvância dos padrões de água.
96
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
-0,01
0,00
0,01
0,02
0,03
0,04
Abs (SI MgCl2) - (média H2O)
Absorvância
número de onda (cm-1)
Figura 35. Diferença entre os espectros de absorvância de uma solução imagem de cloreto de magnésio -
SI MgCl2 - e a média dos espectros de absorvância dos padrões de água.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06 Abs (SI KCl) - (média H2O)
Absorvância
número de onda (cm-1)
Figura 36. Diferença entre os espectros de absorvância de uma solução imagem de cloreto de potássio - SI
KCl - e a média dos espectros de absorvância dos padrões de água.
97
Embora não se possa atribuir as razões responsáveis pelas diferentes interações
com a luz infravermelha e, principalmente, porque algumas são positivas ou negativas, o
fato de haver uma diferença evidente nesta técnica de ATR permite supor que as
alterações produzidas na água são significativas.
6.b.9 - Comentários gerais
Entre os dois modelos gerais que descrevem a estrutura da água líquida,
aparentemente, o modelo de misturas é o mais adequado para tentar explicar as
mudaças de comportamento das soluções imagem. Na nossa opinião, seria muito difícil
explicar essas alterações biológicas e físico-químicas da água pelo modelo contínuo. No
entanto, é necessária a distinção entre uma possível alteração no arranjo das moléculas
de água, que remonta ao modelo de misturas, de alterações na própria molécula de água,
o que de fato não acreditamos estar ocorrendo no sistema.
Conforme mencionado anteriormente, na página 13, o modelo de misturas sugere
mudanças nos efeitos populacionais da água e não de alterações de simetria de suas
moléculas.[56] Se raciocinarmos em termos deste modelo, uma especulação plausível
consistiria em supor uma alteração nos .clusters. de água para produzir a solução
imagem. Nessa hipótese, a solução real poderia fornecer o modelo para esta alteração, o
que explicaria porque a solução imagem replica o efeito da solução real em sistemas
biológicos.
Se levarmos em conta que o processo de ordenar moléculas de água para produzir
uma solução imagem deve ser desfavorável do ponto de vista entrópico, será necessário
encontrar sistemas cujos clusters tenham formação favorecida pela entalpia, se
pretendermos manter o produto orientado por muito tempo. As substâncias de dissolução
exotérmicas são, nessa linha de pensamento, as candidatas naturais a produzir sistemas
mais estáveis. Nas medidas de condutividade elétrica e tensão superficial observamos a
tendência de soluções imagem feitas a partir de soluções reais, com dissoluções
exotérmicas, apresentarem maiores valores de k e γ. Por outro lado, nas medidas de
pressão de vapor não se pôde avaliar essa hipótese, pois as soluções reais utilizadas
neste estudo foram endotérmicas. Nos casos observados houve um aumento da pressão
98
de vapor das soluções imagem em relação à água padrão, o que indica um aumento da
energia livre da solução.
Como mencionado anteriormente, não se observou alterações nos parâmetros de
índice de refração e viscosidade das soluções imagem em relação à água desionizada
padrão utilizando-se os equipamentos e métodos descritos nos ítens 6.a.3 e 6.a.4,
respectivamente. As pequenas variações de temperatura de ebulição e congelamento
(ítens 6.a.6 e 6.a.7) obtidas com algumas soluções imagem não puderam ser
correlacionadas com uma melhor estabilidade ou atividade biológica.
Admitindo que a mudança que está ocorrendo na água está relacionada com a
superfície de vidro com a qual ela está em contato, o aumento da área superficial com as
microesferas de vidro aumenta a cinética da reação. Este fator foi verificado durante os
experimentos. Apesar de não se saber a composição química das microesferas de vidro,
ilustramos na figura 37 algumas das possíveis interações da água com sílica, já que, em
geral, os vidros são constituídos em grande parte de sílica.[132]
Quando a água é adsorvida na superfície da sílica, a tendência de doar próton ou
íon hidróxido é similar. Isto não implica que as ligações são fracas, mas que ambos os
fragmentos da molécula de água são igual e firmemente ligados à superfície. [133]
A figura 37 sugere um modelo de adsorção de água em sílica. Na figura 37.c é
ilustrado o grupo siloxano na superfície do material desidratado. A presença da
quimioadsorção da água (figura 37.b) está relacionada com a superfície do material
coberta por grupos silanóis e a figura 37.a mostra a água adsorvida fisicamente à
superfície do material. Se o sistema é aquecido, a água adsorvida fisicamente é
dessorvida em temperaturas próximas a 100oC. A dessorção da água quimioadsorvida
ocorre a temperuturas entre 180o e 400oC. [133]
99
Figura 37. Adsorção de água em sílica. (a) adsorção .física. de água ; (b) adsorção .química. de água ; (c)
superfície desidratada. [133]
Por outro lado, um estudo da entalpia de imersão de sílica em diversos solventes
mostra que a entalpia de imersão da água é muito superior a de outros solventes
orgânicos. [133] Este fato experimental também implica em uma interação mais forte da
água com a superfície de sílica, pelo menos em relação aos solventes relacionados na
tabela 12.
Tabela 12 - Entalpia de imersão de sílica em vários solventes [134]
Líquido
Entalpia (-ΔimmH)
mJ.g-1
Água 8151
Decano 1717
Hexano 1742
Ciclohexano 1708
Ciclohexeno 2497
Benzeno 2720
Pensando em termos de um modelo de misturas, o efeito da interação com
a superfície sobre as moléculas de água de um .cluster. não é fácil de imaginar.
De qualquer modo, a existência de uma interação forte de água com sílica é, no
mínimo, compatível com nossas observações experimentais.
100
Tabela 13 - Propriedades da água [29,105,128,129,135]
Fórmula química H2O
Massa molecular 18.0148
Temperatura crítica 373.91oC
Pressão crítica 2.205x10-7 N m-2
Densidade crítica 315.0 kg m-3
Temperatura do ponto triplo 0.01oC
Pressão do ponto triplo 615.066 N m-2
Ponto de ebulição(1.0133x105 N m-2) 100.0oC
Ponto de fusão(1.0133x105 N m-2) 0.0oC
Temperatura de transição -138.15oC
Densidade líq.(25oC/1.0133x105 N m-2) 997.1 kg m-3
Densidade gelo (0oC/1.0133x105 N m-2) 918.0 kg m-3
Compressibilidade líquido(10oC) 48.0x10-11 m2 N-1
Coef. expansão térmica líquido(25oC) 2.5632x10-4 oC-1
Calor de formação do gás(25oC) -2.4199x108 J kg mol-1
Energia livre de formação gás(25oC) -2.2877x108 J kg mol-1
Calor de sublimação(-298.15oC) 4.7260x107 J kg mol-1
Calor de fusão (0.0oC) 6.0135x106 J kg mol-1
Entropia do gás (25oC) 1.8885x105 J kg mol-1
Velocidade som(0oC/1.0133x105 N m-2) 1403.0 m s-1
Difusão no ar (8oC/1.0133x105 N m-2) 2.40x10-5 m2 s-1
Constante dielétrica líquido 78.40
(25oC/1.0133x105 N m-2)
Condutividade elétrica líq.(18oC) 4x10-6 ohm-1 m-1
Índice de refração líquido 1.333
(25oC/1.0133x105 N m-2)
Tensão superficial líquido 71.97 dinas cm-1
(25oC/1.0133x105 N m-2)
Viscosidade (25oC/1.0133x105 N m-2) 0.891x10-3 kg m-1 s-1
Suscetibilidade magnética líq.(χ) -90x10-6
(25oC/1.0133x105 N m-2)
101
Suscetibilidade magnética molar(χm) -160x10-5 cm3 mol-1
líquido (25oC/1.0133x105 N m-2)
102
Conclusão
.Um choque de doutrinas não é um desastre, é uma oportunidade..
A.N. Whitehead.
103
Conclusão
Os dados apresentados neste trabalho mostram que é possível alterar, de maneira
mensurável, as propriedades da água por tratamento em campos magnéticos na
presença de uma solução.
Os valores do campo magnético utilizado são cerca de 102 a 5x103 vezes mais
fracos do que aqueles usados convencionalmente para produzir efeitos em água e
conforme esperado, não produzem alterações observáveis quando aplicados apenas à
água desionizada sem a presença de uma solução de referência.
Desta forma, pode-se concluir que a presença da solução real dentro do campo
induz, de alguma maneira, um novo comportamento na água. Este comportamento,
conforme evidenciado pelo resultado biológico, implica em replicar algumas propriedades
da solução real utilizada.
Se considerarmos a ausência de soluto na solução imagem, a explicação mais
plausível para este tipo de comportamento é supor a reorganização das moléculas de
água durante o processo de magnetização.
Esta idéia é consistente com as alterações observadas por ATR e pode, se melhor
entendida, explicar mais tarde as propriedades heterodoxas da água reportadas neste
trabalho.
104
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. Para Thales.... a questão primordial não era o que sabemos,
mas como sabemos..
105
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