As 20 redações selecionadas pela OQSP-2008 entre as 100 finalistas sobre o tema: Computador - Uma Sofisticada Combinação de Produtos Químicos Alunos da 1ª série do Ensino Médio em 2007: Gabriela Caroliny Silva Bueno Guilherme Adami e co-autor Idel Reis Waisberg James Jim Hong Marcos Rogério Simões Mariana Souza Lisbôa e co-autores Renan de Lima Branco Rodrigo Pinto Bisaia Thulio Donizete Fonseca Silva Alunos da 2ª série do Ensino Médio em 2007: Dayane Neres Pereira e co-autores Elaine Imaeda de Moura e co-autores Gabriela Salim Spagnol e co-autores Karine Tiemi Yuki Letícia Montes Faustino Letícia Fais Luiz Fernando Toneto Novaes Maria Clara Nicolau Vieira Marina Heleno Fernandes Paula Mateus Falararo Cardoso Thiago Rosa De Oliveira

Autor: Gabriela Caroliny Silva Bueno

1ª Série
Colégio: Colégio Etapa
Valinhos
Professor(a): Rubens Conilho Junior e Cláudio de Bem

Trabalho na cidade

         -E é assim que os humanos fazem os circuitos impressos que correspondem a quase toda a cidade em que vivemos...

         Bate o sinal indicando o término da aula. Todos os alunos voltam aos seus postos para trabalharem. Eles sabem que quando as luzes da cidade chamada Computador acendem, há trabalho pela frente. Alguns, como o microprocessador, trabalham executando as instruções do sistema, além de também determinar a capacidade de processamento da cidade; outros, como o cooler, dissipam o calor que o processador gera enquanto realiza seu trabalho, para que não queime. No computador é assim, um ajudando o outro para que tudo funcione corretamente.

         Enquanto alguns trabalham, outros estudam.

         -Cu, prova de que matéria temos amanhã?

         -Ah, fibra de vidro! Eu já falei pra você não me chamar assim. Mesmo que tenham me dado esse apelido quando me descobriram.

         -Ora, ora! Que graça! Só porque você passou por grandes processos químicos até chegar onde está? Tenha paciência, cobre. Mas já que falamos de você, como chama mesmo aquele processo em que queimam a calcopirita (CuFeS2) extraída?

         -Você nunca aprende, não é mesmo? Chama-se ustulação. Queimam a calcopirita, mas ao invés de liberar CO2, libera SO2 que é um dos principais causadores da chuva ácida, trazendo, por exemplo, sérios problemas neurológicos aos humanos por beberem água não-tratada, contaminada com metais pesados liberados no solo. Depois eu passei por várias reações até obterem o cobre metálico, mas só tinha 98% de pureza e para conduzir a corrente elétrica no circuito no qual você é a base de tudo, eu precisava ter uma pureza maior que 99,9%...

         -Já sei, já sei! Você tinha muitas impurezas como prata, ouro, ferro, zinco, chumbo e arsênio e por aquecimento na presença de uma corrente de ar, o arsênio e o enxofre foram eliminados na forma de óxidos gasosos (As2O3 e SO2). As outras impurezas foram eliminadas por eletrorrefinação, onde existia uma solução eletrolítica representada por: CuSO4 + H2SO4 + NaCl. E havia megulhados na solução, ânodos, que eram barras de Cu impuro e elas sofreram corrosão e cátodos que eram também barras de cobre. E com um cuidadoso controle da diferença de potencial da célula eletroquímica, só você e outros metais mais eletropositivos (Fe, Zn e Pb) foram oxidados e dissolvidos no ânodo. As impurezas metálicas menos eletropositivas que você, como o Au e a Ag, depositaram-se no fundo do recipiente formando a lama anódica, que foi vendida. Viu como eu aprendi?

         -É, tenho que admitir, você evoluiu. Parabéns, fibra! E agora sim eu posso conduzir a corrente do nosso circuito. Por você ser isolante, a corrente não passa sem mim, então, por favor, respeite-me, seu material compósito.

         -Seu o quê?

         -Olha isso fibra, você não sabe nem o que você é. Material compósito é aquele que tem em sua composição dois ou mais tipos de materiais diferentes. Você, por exemplo, foi produzida com a aglomeração de filamentos de vidro muito finos com resina poliéster e depois recebeu uma substância catalisadora de polimerização. Mas chega de história. Amanhã é prova de química, tem que estudar como um transistor foi produzido e como ele funciona.

         -Transistor?

         -Não presta atenção nas aulas é isso que acontece! Fibra, presta atenção, o transistor foi o que tornou possível a revolução dos computadores e dos equipamentos eletrônicos. Por exemplo, no processador Pentium 4 da Intel que existe em nossa cidade, existem 42 milhões de transistores que servem para tornar um sinal mais forte em um mais fraco e vice-versa e também deixar os sinais passarem ou não deixar.

         -Ok, ele amplia e chaveia os sinais, mas aqui no livro fala-se em cristal dopado. O que é isso?

         -Bom, antes é preciso saber qual o material básico para a produção do transistor que foi dopado. Vamos ver se você presta o mínimo de atenção na aula. Vou lhe dar três dicas. É o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, forma a areia e a indústria eletrônica e microeletrônica não seria nada sem esse semicondutor...

         -Ah, lembrei, eu até ganhei um ponto positivo respondendo isso! Então o material básico para a produção de transistores é o silício. Mas como ele é produzido eu não sei.

         -Fibra de vidro, assim você nunca vai passar de ano!

         -Poxa, cobre, eu tento, mas é muita coisa pra minha cabeça.

         -Ok ok, eu explico. O silício é obtido pelo Método de Czochralski, em que uma semente do cristal é introduzida em silício fundido, induzindo a cristalização entre as faces sólido-líquido pelo do gradiente da temperatura, fazendo com que o cristal cresça à medida em que a semente é retirada, obtendo-se grandes tarugos de cristal de silício, cortados em finas lâminas.

         -E já está pronto?

         -Calma! Ainda não! As lâminas precisam ser limpas e para isso passam por duas etapas. A primeira é projetada para remover a contaminação orgânica através da quebra de moléculas por oxidação e posterior dissolução, através de uma solução alcalina com alto pH:

         5 H2O:1 H2O2:1NH4OH

         -Mas e os metais do grupo 11 e 12, da tabela periódica, e o Au, Ag, Cu, Ni, entre outros?

         -Eles são dissolvidos e removidos através de reações de complexação com NH4OH.

         -Entendi. E a segunda etapa?

         -Bom, a segunda etapa remove íons alcalinos e cátions como Al3+, Fe3+ e Mg2+, que formam complexos insolúveis. Também são removidos os metais indesejados que não foram removidos pela primeira etapa. Isso é feito através de uma solução ácida com um baixo pH:

         6 H2O:1 H2O2:1HCl

         -Ah, agora eu entendi! Mas voltando ao princípio, você não explicou o que é cristal dopado.

         -Existem dois tipos: o tipo N, em que no meio de uma rede cristalina de átomos de Si colocam-se átomos de P, As ou Sb e neste caso existem elétrons livres que passam de um átomo de Si para outro, conduzindo a corrente. O segundo, o P, é formado a partir da introdução de átomos de B, Al ou Ga no meio da rede de átomos de Si. Neste caso falta um elétron para completar a última camada do Si, então ele pega do outro átomo e assim sucessivamente, até que as lacunas vão se movendo e conseqüentemente, a corrente também.

Enquanto isso, do lado de fora da cidade, estava o guardião do computador em uma das portas de saída, conversando enquanto trabalhavam.

         -Mas gabinete, do que você é feito?

         -Bem, na maioria das vezes de aço, que é uma liga de ferro com carbono. Você, eu sei, é feito de plástico, um polímero. Eu só não entendo o seu funcionamento jato de tinta, é muito complexo.

         -Magina, olha eu tenho um cabeçote com centenas de pequenas aberturas que despejam milhares de gotículas de tinta por segundo. Tenho um programa que determina quantas gotas e onde deverão ser lançadas as gotículas e a mistura de tinta.

         -Entendi, mas que tipo de tinta você usa?

         -Existem praticamente dois tipos de tinta que dão certo. O corante, que são moléculas solúveis que formam uma solução homogênea e estável e também a pigmentada, que são partículas coloridas insolúveis que são dispersas por aditivos, ficando quase homogênea. Mas a pigmentada é mais resistente à água que o corante e sua durabilidade é maior.

         -Ah tá! Ih, olha lá quem acordou agora!

         -É mesmo, vamos animá-la, ela adora falar como funciona. Ei impressora a laser, conte pro guardião como você dá esses ótimos resultados nos desenhos gráficos ou até mesmo nos textos.

         -Nossa, que sono! Mas claro, eu conto. Eu envio as informações para um tambor fotossensível, que através de raios lasers cria uma imagem eletrostática da página que vai ser impressa. Depois eu aplico no tambor um pó chamado Toner, que fixa-se somente nas zonas sensibilizadas. Quando o tambor passa sobre a folha de papel, o pó vai para o papel formando os textos e imagens. Então a folha passa por um aquecedor que queima o Toner e ele fixa-se na página. É simples. Entendeu?

         -Nossa, que interessante. Sempre achei que era muito complexo, mas nem é tanto.

          E do outro lado, estava uma das portas de entrada da cidade conversando com uma das portas de entrada da cidade vizinha.

         -Mas eu não entendo, para que serve essa luz vermelha que você tem?

         -Não é uma simples luz vermelha. É um sensor óptico que funciona em qualquer superfície. O mecanismo óptico que eu tenho emite um feixe de luz capaz de ler a superfície seis mil vezes por segundo, o que dá muita precisão. O sensor é capaz de perceber as direções do meu movimento e assim transmitir essas informações à cidade, para que esta oriente a seta na tela. Como sou mais complexo, preciso de chips mais sofisticados. Você já é mais antigo e junta muita sujeira pelo que eu ouvi dizer, mas não sei como você funciona.

         -Eu sou mais antigo mesmo, mas funciono mesmo assim. Preciso ser movimentado em uma superfície plana. Eu tenho na base inferior uma bola envolvida em material plástico ou de borracha, que fica com uma parte em contato com a superfície plana. Quando eu me movimento, a bola também se move e aciona dois roletes (ou rolamentos), sendo um responsável por movimentar a seta na tela do computador no sentido horizontal e o outro, no sentido vertical. Como eles operam em conjunto, é possível fazer a seta seguir em todas as direções.

         Todos sabem que para uma cidade funcionar, tudo precisa estar funcionando. Se um componente, por menor que seja, não estiver trabalhando corretamente, nada funciona ou então há problemas.

         Olhando as câmeras da cidade, que você sabe, também é um outro dispositivo de saída, onde vemos se tudo está ocorrendo normalmente, havia um humano. Ele estava trocando a câmera antiga por uma nova, muito mais fina, ocupa menos espaço, gasta menos energia e emite pouca radiação.

         -Ih, olha lá! Quem será o novato? Vamos conhecê-lo, pessoal! – disse o teclado. – Olá, qual é sua graça?

         -Pois não, eu sou um monitor de LCD.

         -LCD? Modelo novo?

         -Sim. Eu funciono à base de cristal líquido, cujo estado é líquido, mas apresentam propriedades físicas características dos líquidos e dos sólidos. O cristal líquido tem moléculas que são distribuídas entre duas lâminas transparentes polarizadas. A polarização é orientada de maneira diferente nas duas lâminas, para que formem eixos polarizadores perpendiculares, como um ângulo de 90º. As moléculas são capazes de orientar a luz. Quando uma imagem é exibida em mim, elementos elétricos presentes nas lâminas geram campos magnéticos que induzem o cristal líquido a "guiar" a luz que entra da fonte luminosa para formar o conteúdo visual. Porém, uma tensão diferente pode ser aplicada, fazendo com que as moléculas de cristal líquido se alterem e impeçam a passagem da luz.

         -Nossa, que interessante! Não sabia dessa tecnologia. Venha cá, vamos conversar mais.

         E assim a vida na cidade continuou, cada um com seu trabalho. Alguns, como a fibra de fibra, nunca mudaram; outros como o mouse óptico, tornaram-se menos convencidos, mas todos sempre trabalhando juntos.

Bibliografia:

www.wikipedia.com.br
www.micropress.com.br
www.cienciaquimica.hpg.ig.com.br
Dicionário Michaellis
http://www.infowester.com
http://www.ufv.br/dpf/mestrado/teses/edinei.pdf
“Dispositivos Eletrônicos. Física e Modelamento” – J.A. Zuffo/McGrraw-Hill do Brasil
“Eletrônica” – J.Millman e C.C.Halkias - McGrraw-Hill Book

Autores: Guilherme Adami e Rafael Davi E. Pavanelli Delgado

1ª Série Ensino Médio
Colégio: Ser Universitário
Jundiaí
Professor(a): Lauter Alegretti; Orlando Ramires; Sergio Magno e Selma Fredo

Química na Computação: aliança que leva ao sucesso

         Muitos pensam que o conceito do computador é uma invenção recente. Contudo, desde 4.000 a.C. já existiam aparelhos extremamente simples – como, por exemplo, o ábaco – com a finalidade de auxiliar o homem nos cálculos matemáticos, nada mais, nada menos que a função básica de um computador na sua concepção. 1

         Vários anos mais tarde, em 1941, o engenheiro alemão Konrad Zuze inventou o primeiro computador eletromecânico da História. Em meio a II Guerra Mundial, sua invenção foi vendida para o governo alemão, que passou a utilizá-la como codificador de mensagens. Porém, não se imaginava que em poucos anos o computador evoluiria tanto e teria a capacidade de executar tarefas de finalidades diversas, bem mais complexas que codificar e com eficiência superior.1

         Pouco tempo depois, no ano de 1946, os cientistas John Presper Eckert e John W. Mauchly criaram o primeiro computador digital eletrônico de grande escala, o ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator. Em português: Calculador e Integrador Numérico Elétrico). À época de sua criação, ele era inúmeras vezes mais rápido que seus antecessores, realizando cinco mil operações por segundo; nos tempos atuais, para efeito de comparação, seu desempenho chega a ser inferior ao de uma calculadora de bolso.1

         No entanto, grande parte da população utiliza o computador sem saber o que se passa dentro dele. Uma série de reações químicas são necessárias para esta fantástica máquina existir e conseqüentemente funcionar.

         Desde sua composição básica até seu funcionamento, o computador deve sua existência ao domínio da química e mais recentemente ao desenvolvimento da nanotecnologia (nanoquímica).

         Mas todo esse surpreendente avanço tecnológico de longo prazo, que culminou no desenvolvimento de um aparelho com milhares de peças, centenas de metros de fio e vários outros componentes, só foi possível graças ao trabalho duro e à dedicação de alguns poucos cientistas que se empenharam no objetivo de inovar. Hoje em dia, entretanto, não basta apenas querer tornar os computadores mais e mais modernos apenas com seu próprio trabalho e vontade; é necessário aliar-se a campos do saber que o auxiliem a atingir esta meta, principalmente a Química1. Podemos afirmar que existem etapas “chave” durante a preparação de peças de computador ou qualquer outra área de tecnologia de ponta e principalmente na nanotecnologia. Essas peças foram normalmente projetadas por um engenheiro (mecânico, da computação ou elétrico), mas somente um excelente químico sabe e pode produzi-las.
Há mais de três décadas, o auxílio desta área vem implicando no aumento significativo da eficiência e redução drástica no tamanho dos sistemas operacionais.

         Com o aperfeiçoamento de técnicas de fabricação de peças, tornou-se possível o surgimento de 2 circuitos integrados (também conhecidos como “chips”, categoria que engloba inclusive os processadores), dispositivos microeletrônicos formados por transistores e componentes interligados capazes de desempenhar várias funções. Esses dispositivos, fabricados através do processo de 5 fotolitografia, têm uma relação íntima com a Química: sobre uma pastilha de silício é deposta uma camada de dióxido de silício (SiO2); então, é passado um fino revestimento (de aproximadamente 0,5 micrômetro de espessura) de 3 polímero orgânico, macromolécula formada a partir de unidades estruturais menores, proveniente de reações de polimerização; em seguida, a pastilha é irradiada com luz ultravioleta através de um tipo de fôrma, assim chamada de “máscara”; por fim, como o polímero pode se acumular em áreas expostas (isto é, que não estão cobertas pela “máscara”), um solvente é utilizado para eliminar este excesso – constituindo a lavagem.2,6

         Dentre os motivos do uso do silício na fabricação de “chips”, podemos citar, por exemplo, sua característica semicondutora de corrente elétrica, o que o tornou de interesse para as indústrias de tecnologia da computação (localizadas, em sua maioria, no Vale do Silício, CA, EUA)4. Silício é o segundo elemento mais abundante na terra e isso viabiliza sua utilização em larga escala. A região metropolitana de Campinas-SP é conhecida como vale do silício brasileira, devido à instalação de indústrias de tecnologia de ponta, principalmente da antiga Telebrás, com grande participação na fabricação de fibras ópticas.

         Alem do silício, do ouro, da prata e do paládio, os computadores contêm cobre, estanho, gálio, índio e mais uma família inteira de metais únicos e indispensáveis, ou seja, de altíssimo valor agregado.

         O Índio, um subproduto da mineração do zinco, por exemplo, é essencial na fabricação dos monitores de LCD (cristal líquido). Como a produção de índio depende da mineração do zinco e as reservas são limitadas, uma solução para evitar o aumento exagerado do seu preço é a sua reciclagem. Países pioneiros nesse processo (como Estados Unidos e Japão) estão tendo excelentes resultados.7

         O cristal líquido também usa compostos químicos em sua formação como: p-azoxi-benzoato de etila, p-azoxi-cinamato de etila, p-azoxi-cinamato de hexila entre outras substâncias para formar o líquido estruturado e birrefringente, capaz de formar imagens e mudar de cor, em função da temperatura e potencial elétrico aplicado.7

         Cada elemento químico acaba realizando certas funções específicas na composição e melhoramento tecnológico do computador. A prata (Ag) cuida da parte térmica, o ferro (Fe) e o Cromo (Cr) compõem as partes de aço, o lítio (Li) a bateria da placa mãe, o Boro (B) está presente no ímã do Hard Disc (HD), entre outros elementos.7

         Na fabricação de um computador, são usados 240 quilos de combustíveis fósseis, 22 quilos de produtos químicos e – talvez o dado mais impressionante – 1500 litros de água. O problema é a fabricação dos Chips (Circuitos integrados) que necessitam de lavagens com água purificada, mas com efluentes não tão puros assim.6

         Do mesmo jeito que a tecnologia criou o computador, ela tem o poder para torná-lo ultrapassado em poucos anos. Com o uso de novos elementos químicos (titanato de bário, citratos de chumbo etc), foi possível desenvolver máquinas muito mais eficientes do que as pioneiras.7

         O computador, sem dúvida nenhuma, facilitou muito a vida do homem, mas ninguém pensou no fato de que os elementos químicos presentes nele pudessem causar danos ao meio ambiente. É o que está ocorrendo com os computadores antigos, que foram descartados pelos consumidores. Certos países vêm utilizando a reciclagem como uma maneira inteligente de amenizar os danos ambientais e como uma alternativa de obtenção de matéria prima cara e escassa.

         A preocupação atual com o desenvolvimento da tecnologia e com a preservação do meio ambiente são duas prioridades de quase todas as nações. Como discutimos ao longo do texto, o desenvolvimento sustentável é necessário e o aperfeiçoamento da química é condição “sine qua non” para esse processo.

         O homem, que age inconseqüentemente para seu próprio bem-estar, deveria deixar de ser tão displicente e perceber que, prejudicando a natureza, está prejudicando a si mesmo e a seus semelhantes. É substancial encontrar novas alternativas para o tratamento adequado para o lixo eletrônico. E, como já propusemos, a resposta está na própria química, presente em todo o processo.

Bibliografia:

1- História do Computador:
http://www.widesoft.com.br/users/virtual/indice.htm

Wikipédia:
2-Circuitos integrados: http://pt.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado
3-Polímeros: http://pt.wikipedia.org/wiki/polimeros
4-Silício: http://pt.wikipedia.org/wiki/Sil%C3%ADcio
4- Fotolitografia:
http://www.quiprocura.net/circuitos.htm
5- Referências sobre Olimpíada de Química:
http://allchemy.iq.usp.br/
6-Reciclagem: www.cade.com.br/reciclagemdecomputador
7-www.inovacaotecnologica.com.br/noticias

Autor: Idel Reis Waisberg

1ª Série Ensino Médio
Colégio: Bandeirantes
São Paulo
Professor(a): Lílian Siqueira e Fabio Siqueira

O computador: sofisticado, mas não inexplicável

         Hoje em dia é cada vez mais comum nos depararmos com situações como previsões do tempo, comando de aeroportos, operações bancárias, injeções eletrônicas de combustível. Todavia, essas atividades tão habituais só adquiriram tal qualidade devido à invenção de uma máquina extremamente especial: o computador. Para o leigo, essa máquina é apenas um objeto misterioso, uma máquina estranha que, de forma incompreensível, realiza diversas funções. Entretanto, traçando o paradigma da história dessa magnífica tecnologia, é possível perceber que, se hoje ela cumpre tarefas que seriam impossíveis para cérebro humano, isso só foi realizável depois de décadas de pesquisas que denotam a lenta e paradoxalmente rápida evolução dessa máquina, sobre a qual a química exerce destacável influência, não só por ser a base da composição de suas partes, mas principalmente por explicar o funcionamento e a ligação entre os mais diferentes componentes do computador.

         Nos tempos atuais é comum a referência aos mais avançados tipos de computadores, como o quântico. Entretanto, isso foi resultado de uma evolução técnica e concomitantemente química ao longo da história. Suas origens remetem a séculos atrás.

         O computador tem sua origem na necessidade de calcular. Dessa forma, aproximadamente em 3000 a.C., foi criado o primeiro ábaco que, apesar de hoje ser considerado um aparelho rústico e demasiadamente simples, foi essencial para o desenvolvimento da álgebra para os povos primitivos. Dando literalmente um salto na história, chegamos ao ano de 1642, quando um jovem francês chamado Blaise Pascal inventa a primeira máquina mecânica de calcular, denominada Pascalina. Depois de diversas evoluções que levaram à primeira calculadora, a Inglaterra se torna palco da destacável Revolução Industrial e, com ela, surgem as máquinas a vapor que passam a substituir o trabalho humano. Tem início, então, um dos grandes problemas da atualidade: a substituição do trabalho humano pelo maquinal, cuja conseqüência é o alto nível de desemprego.

         Finalmente, em 1834, Charles Babbage, denominado “Pai do Computador”, desenvolveu uma máquina analítica capaz não apenas de realizar as quatro operações, mas também de armazená-las. Essa invenção reveste-se de importância porque representa o cerne para a estrutura dos computadores atuais.

         Começa, a partir de então, a chamada Era da Computação. É exatamente nesse contexto que surge, depois de diversas gerações de computadores, o microcomputador como hoje o conhecemos. E é exatamente nesse modelo atual que verificamos como a química está envolvida nessas poderosas máquinas.

         Ao observar o microcomputador, é evidente que a grande maioria de suas partes – monitor, teclado, mouse, gabinete, impressora - é revestida com plástico. A palavra plástico significa “o que pode ser moldado” e é utilizada para se referir aos polímeros artificiais ou sintéticos. Polímeros são macromoléculas (de cadeia carbônica) obtidas a partir da união de pequenas moléculas. No que diz respeito à plasticidade, os polímeros podem ser divididos em dois grupos: termoplásticos, que quando aquecidos amolecem, o que permite sua modelagem no formato desejado, e termofixos, que, pelo contrário, não amolecem ao serem aquecidos, e caso o aquecimento continue, se decompõem.

         Fica evidente, portanto, que do ponto de vista ambiental, o mais adequado é o uso de polímeros termoplásticos, uma vez que a reciclagem de um plástico é realizada por meio de seu derretimento e modelagem.

         Outro produto químico observável em praticamente todas as partes do computador – especialmente a impressora - são as tintas. A tinta líquida é necessariamente solúvel e é constituída principalmente por diluentes, pigmentos, aditivos e resina. Os diluentes são utilizados basicamente para diminuir a concentração da tinta. São aplicados para diminuir a viscosidade dos fluidos, fazendo com que estes se movimentem rapidamente, o que diminui custos com transporte. Os pigmentos são compostos químicos utilizados na coloração das tintas. Um pigmento é, portanto, um pó insolúvel que absorve partes do espectro e reflete outras. O pigmento é geralmente formado pela reação de uma tintura solúvel com um sal de caráter metálico. Já os aditivos são utilizados para aumentar o rendimento da reação. A resina, por sua vez, é a parte da tintura que solidifica para formar a película de tinta seca.

         Outros componentes químicos dos computadores, sobretudo nas partes internas, são os metais. Utilizados nos diversos fios, chips e circuitos que compõem a máquina, esses metais denotam a extrema complexidade química dos computadores.

         As placas de circuito impresso representam um importante exemplo da aplicação de metais e de outras substâncias nos computadores. Elas são formadas por uma placa de fibra de vidro ou constituída por polímeros, cobertas nas duas faces por uma fina camada de metal (cobre, prata, ligas a base de ouro ou níquel) nas quais serão fixados os circuitos eletrônicos. Muitas vezes é necessário realizar o processo de corrosão da superfície metálica por meio de jatos químicos. Em pequena escala de produção é utilizado o percloreto de ferro ou cloreto de ferro III (em solução aquosa) e em alta escala de produção são utilizadas substâncias mais fortes, como o ácido nítrico. Após ser corroída, a placa deve ser polida.

         Não é apenas nos componentes do computador que a química encontra-se presente. Os chips (ou circuitos integrados) compõem a parte externa de processadores e memórias. Correspondem a uma interligação de centenas, milhares ou até milhões de transistores, cuja função é amplificar e chavear sinais elétricos. Para fabricar os transistores, e conseqüentemente os chips, são necessários diversos produtos químicos, principalmente o silício, mas também outros, como o germânio, o gálio e certos óxidos. E por que utilizar o silício? Seu uso decorre do fato desse elemento ser um isolante elétrico, isto é, apresentar uma rede eletrônica altamente estável. Porém, para que possa ser utilizado, o silício deve estar altamente purificado. Desse modo, ele passa por um processo de purificação com o objetivo de formar uma estrutura cristalina em seus átomos. O próximo passo é realizar um processo denominado dopagem. Nesse processo, colocam-se quantidades controladas de materiais chamados de impurezas para alterar a estrutura eletrônica. As “impurezas” mais comuns são o fósforo ou boro, que acabam ligando-se à estrutura de silício, retirando ou doando elétrons ao elemento dopado (silício). Conseqüentemente, é gerado silício P (positivo), se ocorre falta de elétrons na camada de valência, ou silício N (negativo), se ao contrário ocorre sobra de elétrons. Como resultado, forma-se ao final um semicondutor. Logo depois, unem-se três semicondutores, formando sistemas NPN ou PNP e, a partir de re-dopagens, formam-se diversas sub-camadas isolantes ou condutoras, dando origem ao circuito integrado.

         Como se observa, esse é um processo extremamente complexo. Não é à toa que a maior região produtora de chips é o chamado Vale do Silício, na Califórnia, EUA. Entretanto, o silício pode estar com seus dias contados. Já estão sendo pesquisados outros materiais com propriedades de semicondutores que possam desempenhar o papel de transistores: polímeros condutores, estruturas cristalinas orgânicas, materiais cerâmicos etc.

         Através do que foi apontado, pode-se perceber que grande parte dos elementos químicos conhecidos está presente, de alguma forma, nos diversos tipos de computadores existentes. Embora cada um deles desempenhe uma função característica, é a união de todos eles que torna possível o desenvolvimento e aprimoramento de máquinas cada vez mais rápidas, complexas e potentes. De certa forma, verifica-se que o desenvolvimento dos computadores, assim como de outros artefatos tecnológicos, caminha lado a lado com o desenvolvimento de novos materiais, que por sua vez aumentam o desempenho e a sofisticação dos componentes nos quais são empregados. Daí a importância da Química na evolução tecnológica dos computadores e de tudo aquilo que torna mais confortável a vida de todos nós.

Bibliografia

www.computadoresdell.com.br/especial_historia.html
www.widesoft.com.br/users/virtual/parte1.htm
Enciclopédia Ilustrada de Pesquisa Conhecer 2000 – São Paulo -Editora Nova Cultural
Tecnologia (2ª parte) págs. 91 a 96
TITO e CANTO, Química na abordagem do cotidiano 3ª edição – São Paulo, Editora Moderna, 2003 págs. 176 a 187
ARAÚJO, Marcos, Química, São Paulo – Editora FTD págs. 451 a 452
pt.wikipedia.org/wiki/polímero
pt.wikipedia.org/wiki/industria_quimica
www.ime.usp.br/~chip/era_da_informatica.html
.www.clubedohardware.com.br/artigos/1131/3
hsw.uol.com.br/impressoras-a-laser.htm
www.ime.usp.br/~magal/quantum/

Autor: James Jim Hong

1ª Série Ensino Médio
Colégio: Bandeirantes
São Paulo
Professor(a): Lílian Siqueira e Fábio Siqueira

Ano de 2057

         Licísio estava lendo seu jornal quando a campainha tocou. Seguiu em direção à porta e a abriu, já esperando entrar seu neto que acabava de chegar da escola, quando viu que trazia mais dois amigos. Germano cumprimentou o avô e lhe disse que iam fazer um trabalho em grupo. Curioso, Licísio lhe perguntou qual o tema da pesquisa e sorriu ao ouvir:

         - Ora, mas eu trabalhei com isso quando era mais jovem, uns 50 anos atrás! Posso ajudá-los, se quiserem – disse o avô.

Os jovens se animaram. Conhecer alguém que já tinha experiência no assunto tornaria todo o trabalho de pesquisa muito mais fácil. Os quatro se sentaram na sala e, após se apresentarem, começaram a conversar.

         - Então, vocês precisam fazer uma pesquisa sobre como se fabricavam os computadores bem no começo do século XXI, certo? – perguntou Licísio.

         - Isso, o professor pediu que pesquisássemos sobre os componentes internos do computador e déssemos ênfase nos processos químicos. O senhor trabalhava com que área da produção de computadores, especificamente? – perguntou Carbona, uma amiga de Germano.

         Licísio respondeu que fora engenheiro de produção de uma das maiores fábricas de circuitos integrados de silício (chips) que existiam, antes de serem modificadas para fabricar nanotubos de carbono. Os tais circuitos integrados eram, como o nome diz, circuitos completos com milhões de componentes como os transistores, colocados em uma peça extremamente pequena e com consumo de energia relativamente baixo. Esse tipo de fabricação era muito usado para microprocessadores de computadores devido a tais propriedades.

         - E como eles eram fabricados? – perguntou João, o outro amigo de Germano e o único com um nome normal.

         - Ah, para isso você precisa antes entender algumas coisas – disse o avô. Silício, vocês sabem, é um elemento químico da família 14, ou seja, tem quatro elétrons na camada de valência. Na sua forma pura, um cristal, cada elétron da camada de valência de um átomo faz ligação covalente simples com exatamente um outro átomo. Como não há ligações duplas, o silício acaba formando uma malha quadriculada, perfeita, sem nenhum elétron livre. Nesse estado, ele age como um isolante elétrico. Porém, há como mudar essa situação. Ao se introduzir uma quantidade muito pequena de um “contaminante” no silício, muda-se suas propriedades elétricas. Esse “contaminante” não é algo indesejável nesse caso, ele serve apenas para quebrar a regularidade no cristal de silício.

         Ao se introduzir no silício algum elemento químico das famílias 13 ou 15, ou seja, com 3 ou 5 elétrons na camada de valência, respectivamente falta ou sobra elétrons no cristal para fazer ligações químicas. Esse processo é chamado de dopagem. No caso de se contaminar o silício com um elemento com 3 elétrons na camada de valência como o boro ou o gálio, aparecem “buracos” sem ligação química que atraem elétrons. Por atraírem elétrons, eles se assemelham a uma carga positiva, e conseqüentemente a dopagem é chamada de tipo P. E no outro caso, adicionando-se um elemento químico com 5 elétrons na camada de valência como o fósforo ou o arsênio, sobra um elétron sem fazer ligação, que fica livre. Conferindo uma carga negativa ao cristal, a dopagem é chamada de tipo N. O silício dopado nessas condições acaba se tornando um condutor devido à mobilidade de elétrons.

         - Puxa, quanta coisa – comentou Germano.

         - E olha que ainda nem cheguei perto dos computadores – continuou Licísio. Vou abreviar um pouco a história para vocês não se cansarem muito rápido. Continuando, temos os dois tipos de silício dopado, que podemos chamar de semicondutor tipo N e semicondutor tipo P. Quando associamos os dois tipos, podemos observar várias características interessantes e isso é a base dos componentes de semicondutores, sendo os principais para nós o diodo e o transistor. Retomando rapidamente os circuitos integrados, no começo do século XXI, usava-se essa técnica de dopagem de um modo precisamente controlado para construir minicomponentes sobre o silício. Antes de falar sobre eles, porém, algum de vocês sabe como são feitas as placas de circuito impresso?

         - Aquelas placas verdes que a gente consegue ver em equipamentos eletrônicos antigos? Cheias de componentes soldados? – perguntou Carbona.

O avô confirmou e suspirou que era uma pena não serem mais utilizadas em 2057, pouco mais de 100 anos depois de sua invenção.

         - Eu sei, li numa revista antiga do meu pai – disse João. São placas de fibra de vidro cobertas com uma camada de cobre, servem para suportar componentes e também conectá-los eletricamente através de trilhas finas. A placa vem com a superfície toda coberta com o cobre e para se formar as trilhas protege-se a parte do metal que se deseja manter com alguma substância resistente à corrosão. Em seguida, a placa é mergulhada em um agente corrosivo como o cloreto de ferro (III) ou ácido nítrico para retirar o cobre exposto, ocorrendo reação de deslocamento. Como só o cobre protegido continua na placa, o desenho com as trilhas fica “impresso” nela. A placa é furada para possibilitar a inserção dos componentes e então eles podem ser soldados.

         Os dois alunos olharam com uma cara estranha para João, mas este não percebeu nada. Licísio continuou:

         - Exatamente. Essas placas eram de extrema importância nos computadores, já que “seguravam” os componentes e permitiam produção em massa. Mas o que queria ressaltar era o processo de mascarar o cobre que não deve ser corroído. Usava-se vários métodos, mas um que é bem importante é o de fotogravura. Com ela, as trilhas a serem feitas na placa são impressas em uma folha transparente, formando uma imagem negativa, ou seja, transparente onde deve ter cobre, opaco onde não deve. A placa com cobre era coberta com um material resistente à substância corrosiva e que endurecia quando exposto à luz, chamado de photoresist. Assim, ao se projetar a imagem da folha transparente sobre a placa, as áreas que deviam permanecer com o cobre eram cobertas com o material endurecido. Em seguida, um solvente que dissolvia o material sensível à luz apenas nas partes não expostas era aplicado, de modo a manter as regiões onde devia haver trilhas protegidas e as onde não devia haver metal desprotegidas. Finalmente, o cobre exposto era corroído.

         - Mas por que você destacou a fotogravura? – perguntou Carbona.

         - Ah, eu ia comentar isso depois, mas tudo bem. – respondeu o avô. Lembra que eu ia explicar como eram feitos os circuitos integrados? Bom, a fotolitografia, que é muito semelhante à fotogravura, era essencial para fabricar os chips. Porém, vamos começar na matéria-prima, o silício, é preciso antes obtê-la. Sendo o segundo elemento mais abundante do planeta, não deveria ser difícil obtê-lo, mas para uso como semicondutor ele devia estar em uma forma extremamente pura. A forma mais comum do silício é o dióxido de silício, de fórmula SiO2, principal componente da areia. Ao reagir dióxido de silício com madeira ou carvão (fontes de carbono) em uma fornalha elétrica, forma-se gás carbônico e silício líquido, que se forma no fundo da fornalha. Depois de ser coletado e resfriado, obtém-se silício de pureza de aproximadamente 98%, mas essa porcentagem ainda não é suficiente para seu uso como semicondutor. Logo, tinha que purificar o silício ainda mais. O modo mais usado de purificação era transformar o silício puro em algum composto, como o triclorosilano (fórmula HSiCl3), mais fácil de purificar. O triclorosilano pode ser produzido ao se reagir silício com cloreto de hidrogênio a altas temperaturas, gerando também gás hidrogênio como produto extra. O HSiCl3 pode então ser destilado para eliminar as impurezas e então se faz com que ele reaja com o gás hidrogênio para voltar na forma de silício, dessa vez com pureza maior (obviamente produzindo também o cloreto de hidrogênio, que por ser gás em temperatura ambiente é facilmente separado).

Ao perceber que os estudantes pareciam um pouco confusos, Licísio pegou uma folha de papel e escreveu as equações químicas para mostrar os processos:

SiO2 + C ? Si + CO2

Si + 3 HCl ? HSiCl3 + H2

HSiCl3 + H2? Si + 3 HCl

         - Assim, pode-se obter silício na pureza necessária. O silício puro, como havia dito antes, assume a forma de cristal quando sólido. Porém, para fabricação de chips, a estrutura do cristal deve ser contínua, sem nenhuma falha. Para isso, deve-se formar um cristal único de silício, o que não acontece por resfriamento normal. Um dos processos para fazê-lo era o processo de Czochralski. Ele consistia em derreter silício em um cadinho, equipamento de laboratório usado como recipiente de substâncias ao serem aquecidas, e nele mergulhar um pedaço de cristal de silício já sólido, que em contato com o silício líquido o induzia a cristalizar também. Esse cristal inicial era puxado para cima e rotacionado de forma a se obter um monocristal de formato cilíndrico de silício. Para efetuar a produção de circuitos integrados, era preciso antes dividir transversalmente o monocristal em várias seções, chamadas de wafers (vocês não têm idéia, mas quando eu era bem mais novo, lá pelos anos 2000, tinha uns biscoitos recheados deliciosos que também tinham esse nome...). Bom, as seções wafers possuíam aproximadamente 30 cm de diâmetro e espessura de 0,2 a 0,75 mm, ou seja, possuíam aparência de discos finos. Cada um costumava comportar dezenas de chips individuais, um ao lado do outro. Os wafers eram polidos para obter uma superfície regular e aquecidos para eliminar umidade. Então os wafers eram expostos ao gás oxigênio para criar uma camada de dióxido de silício, que é isolante. Em seguida, um material fotossensível resistente à corrosão (aquele chamado de photoresist, de quem eu já falei), é aplicado sobre o wafer girando, que permite uma camada extremamente fina da substância, medindo aproximadamente 2,5 micrômetros.

         - 2,5 micrômetros? Por que tão fino? – perguntou Germano.

         - É para ter uma maior resolução na hora de projetar a máscara. – respondeu Licísio. Uma camada fina diminui as distorções ópticas. 2,5 micrômetros ainda têm espessura média, na época conseguiam também fazer de 0,5 micrômetro de espessura, isso depende da substância. Continuando, o wafer coberto com o photoresist era exposto a uma máscara, semelhante à usada nas placas de circuito impresso. No caso dos circuitos integrados, usava-se um material que se degradava sob ação da luz, logo, a máscara bloqueava a luz nos lugares onde deve permanecer o material fotossensível. Após o material degradado ser retirado, as partes expostas do dióxido de silício eram removidas quimicamente com uma substância que o corroía (ácido fluorídrico, por exemplo) e então a camada de SiO2 ficava com o formato da máscara. O wafer então recebia uma outra camada de dióxido de silício e também uma de silício policristal, que mais adequado para ser dopado. O mesmo processo de fotolitografia era feito de modo a formar no topo do wafer uma camada de silício policristal com o formato da máscara desejada e, ao redor, o isolante dióxido de silício. Aí, esse policristal podia ser dopado, através do método chamado de implantação de íons. Nele, íons do dopante são acelerados para aumentar sua energia e direcionados ao policristal, penetrando-o. Depois, as várias camadas eram aplicadas, variando entre tipo N e P de semicondutor de modo a formar os transistores. Após os processos serem feitos várias vezes (com máscaras diferentes, claro), os chips sobre o wafer ficavam quase prontos. Para finalizar, ocorria a aplicação de metal (como o cobre, por exemplo) nos “buracos” do circuito integrado, realizada para conectar eletricamente suas várias camadas. Em seguida, ocorriam os processos de produção como separação por corte de cada chip do wafer e testes.

         - Uau, tantos processos! Eu nem imaginava que há 50 anos a tecnologia era tão avançada. – disse Germano.

         - Pois é – disse Licísio. Mas a tecnologia ainda tinha certas restrições. Cada wafer, por exemplo, custava aproximadamente 2.500 dólares. Assim, os fabricantes tentavam encaixar o maior número de chips em um só wafer para diminuir os custos. O jeito mais óbvio era diminuir o tamanho dos transistores, mas isso era limitado pelo processo de litografia já que por ser ótico dependia muito do comprimento de onda da luz. Em 2007 eles tinham tecnologia para fazer transistores de tamanho de 45 nanômetros, usando uma técnica para contornar limitações de resolução chamada litografia de imersão, onde o espaço entre a lente de projeção e o wafer era preenchido com um líquido, como a água. Houve várias tentativas de continuar o progresso na miniaturização dos componentes porém após um certo tamanho foi atingido, isso não foi mais possível e mudou-se o foco para outras tecnologias.

         - Por quê, seu Licísio? – perguntou João.

         - Bom, João, isso é um pouco complicado para explicar agora, mas, basicamente, quando os transistores ficavam muito pequenos, o isolante ficava tão fino que os elétrons conseguiam atravessá-lo, causando o que se chamava corrente de fuga. Isso aumentava muito o consumo de energia, fazendo com que os circuitos integrados se esquentassem em igual proporção, fato indesejável porque eles eram bem sensíveis à temperatura.

         - E dos periféricos do computador, o senhor lembra de alguma coisa? – perguntou Carbona.

         - O nosso trabalho é só sobre componentes internos, Carbona. – disse Germano.

         - Oras, é só uma pergunta, quero saber um pouco mais. – respondeu ela.

         O avô Licísio sorriu e disse que os periféricos do computador também eram muito interessantes, especialmente os monitores e as impressoras da época. Por algum motivo, Licísio gostava mais dos monitores de cristal líquido, que eram feitos de silício e também gostava das impressoras de jato de tinta, que possuíam um componente chamado cabeça de impressão e que era também feita de silício. O avô explicou brevemente que o monitor de cristal líquido trabalhava com a polarização da luz para gerar as imagens, começando com uma fonte de luz polarizada uniformemente e então, posteriormente, repolarizando a luz com o cristal líquido. Ele explicou que a orientação do cristal líquido mudava em função da voltagem aplicada nele e com isso era possível regular a intensidade de luz que saía de cada pixel da tela. Neste momento, os três alunos se lembraram de uma aula de física sobre polarização de luz, onde o professor segurou dois filtros polarizadores lineares um na frente do outro e ao girar um deles, a quantidade de luz que podia passar variava.

         Antes de se esquecer, comentou também sobre o tipo mais comum de impressora a jato de tinta (periféricos usados para desenhar uma imagem sobre um material, como o papel, quando as pessoas ainda o usavam) e explicou que ela se baseava principalmente no fato de, ao se esquentar matéria, ela expandir. Ele então descreveu grosseiramente que as cabeças de impressão eram pequeníssimas câmaras cheias de tinta, com um orifício e um resistor para que quando corrente elétrica o atravessasse, ele aquecesse e expulsasse uma gota de tinta sobre o papel. Licísio terminou de falar sobre os processos químicos de produção de tinta e as pesquisas para criar pigmentos altamente estáveis quando João disse que deveria voltar para casa, pois estava tarde. Carbona concordou.

         Todos agradeceram o avô de Germano e os dois visitantes despediram-se e foram embora.

Bibliografia:

http://en.wikipedia.org/wiki/Boule_%28crystal%29
http://en.wikipedia.org/wiki/Czochralski_process
http://en.wikipedia.org/wiki/Doping_%28semiconductor%29
http://en.wikipedia.org/wiki/Immersion_lithography
http://en.wikipedia.org/wiki/Integrated_circuit
http://en.wikipedia.org/wiki/Ion_implantation
http://en.wikipedia.org/wiki/Photolithography
http://en.wikipedia.org/wiki/Polycrystalline_silicon
http://en.wikipedia.org/wiki/Printed_circuit_board
http://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
http://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_fabrication
http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon
http://en.wikipedia.org/wiki/Trichlorosilane
http://en.wikipedia.org/wiki/Wafer_%28electronics%29
http://www.clubedohardware.com.br/artigos/1131/

Autor: Marcos Rogério Simões

1ª Série Ensino Médio
Colégio: Anglo Claretiano
Rio Claro
Professor(a): Jandanilce M. Rosin e Janete Paraluppi Carlini

COMPUTADOR – O RESULTADO DE UMA COMBINAÇÃO ENTRE A QUÍMICA E A TECNOLOGIA

         Em um mundo tão globalizado e avançado como o de hoje, é praticamente impossível se imaginar sem a presença de diversas tecnologias, entre elas o computador. Ele é instrumento de comunicação, de trabalho, de pesquisa, de diversão, de armazenamento de dados. Se nós vivêssemos sem o computador, talvez não estivéssemos tão desenvolvidos quanto estamos hoje.

         Para o bom funcionamento do computador, muitas tecnologias são aprimoradas constantemente, envolvendo, assim, muitas ciências. Uma dessas ciências que merece destaque é a química, a qual é fundamental no processo de fabricação e funcionamento do computador. Desde um pequeno transistor até um pen-drive, em tudo a química está envolvida.

         O processador (ou CPU) é a parte principal do hardware do computador e é responsável pelos cálculos, execução de tarefas e processamento de dados. A velocidade com que o computador executa as tarefas ou processa dados está diretamente ligada à velocidade do processador. As primeiras CPUs eram constituídas de vários componentes separados, mas desde meados da década de 1970 as CPUs vêm sendo manufaturadas em um único circuito integrado (ou chip), sendo então chamadas microprocessadores.

         Existe também a tecnologia Dual Core (dois núcleos), que tem dois processadores ao invés de apenas um, tendo, portanto, mais velocidade.

         O chip é feito a partir de muitos transistores, que servem para amplificar e para chavear sinais elétricos. Por sua vez, os transistores são constituídos a partir de semicondutores como o Silício (Si), o Germânio (Ge), o Gálio (Ga) e alguns óxidos. Atualmente, o germânio não é mais usado, pois não é tão eficiente. Já o silício é um isolante térmico, e gera uma rede altamente estável devido à conformação das ligações eletrônicas de seus átomos. O transistor é extremamente pequeno.

         Os semicondutores, componentes do transistor, são sólidos cristalinos de condutividade elétrica intermediária entre os condutores e os isolantes. Eles podem ser tratados quimicamente, para então conduzir corrente elétrica.

         O tratamento é feito da seguinte forma: o silício é purificado, formando uma estrutura cristalina em seus átomos. O material é cortado em finos discos, que posteriormente seguem para a dopagem, quando colocadas quantidades rigorosamente controladas de materiais selecionados (ou impurezas) que transformam a estrutura eletrônica, introduzindo-se entre as ligações dos átomos de silício, roubando ou doando elétrons dos átomos, gerando o silício P ou N, conforme ele seja positivo (tenha falta de elétrons) ou negativo (tenha excesso de elétrons). Se a impureza tiver um elétron a mais, um elétron fica sobrando na estrutura cristalina. Se tiver um elétron a menos, fica faltando um elétron, o que produz uma lacuna (que funciona de modo análogo ao de um buraco móvel na estrutura cristalina). No final, se um semicondutor.

         A característica fundamental de um semicondutor é possuir a chamada banda proibida, que é uma região (em energia) que os elétrons não podem ocupar.

         Já o diodo semicondutor é um dispositivo feito de cristal semicondutor de silício ou germânio numa película cristalina cujas faces opostas são dopadas por diferentes gases durante sua formação.

         A dopagem no diodo é feita pela introdução de elementos dentro de cristais tetravalentes (quatro elétrons na camada de valência), normalmente feitos de silício e germânio. Dopando esses cristais com elementos trivalentes (três elétrons na camada de valência), obterá átomos com sete elétrons na última camada, que necessitam de mais um elétron para a neutralização ( denominado cristal P). Para a formação do cristal P, utiliza-se principalmente o elemento Indio (In). Dopando os cristais tetravalentes com elementos pentavalentes, obterá átomos neutralizados e um elétron excedente (chamado de cristal N).

         Para a formação do cristal N, utiliza-se principalmete o elemento Fósforo (P). Quanto maior a intensidade da dopagem, maior será a condutibilidade dos cristais, pois suas estruturas apresentarão um número maior de portadores livres (lacunas e elétrons livres) e poucas impurezas que impedem a condução da corrente elétrica. Outro fator que influencia na condução desses materiais é a temperatura.

         O diodo semicondutor é o tipo mais simples de componente eletrônico semicondutor, usado como retificador de corrente elétrica.

         O microprocessador também é uma importante peça para o funcionamento do computador, sendo que atualmente existem muitos equipamentos eletrônicos que se baseiam nesse componente.

         O microprocessador moderno é um circuito integrado formado por uma camada chamada de mesa epitaxial de Silício (Si) (síntese de camadas finas de filmes superpostas), trabalhada de modo a formar um cristal extremamente puro, laminada até uma espessura mínima com muita precisão, depois cuidadosamente mascarada por um processo fotográfico e dopada pela exposição a temperaturas altas em fornos que contêm misturas gasosas de impurezas. Este processo é feito tantas vezes quanto necessário à formação da microarquitetura do componente.

         Além desses componentes, que são vitais ao uso do computador, existem também muitos outros que são indispensáveis para o bom funcionamento da máquina. Entre eles está a placa-mãe (motherboard), que é considerada a espinha dorsal do computador. É nela que é instalado o processador.

         Todas as placas-mãe possuem BIOS (Basic Input Output System)que é um pequeno software de controle armazenado em um chip de memória ROM que guarda configurações do hardware e informações referentes à data e hora. Para manter as configurações da BIOS, uma bateria de níquel-cádmio ou lítio é usada. Então, mesmo com o computador desligado, é possível manter o relógio do sistema ativo, assim como as configurações de hardware.

         Outro recurso fundamental para o computador é a memória, responsável pelo armazenamento de informações. Existe a memória RAM, que dura pouco tempo, o disco rígido, que é permanente, e as memórias portáteis, como o CD, o pen-drive e o DVD.

         O CD, um dos acessórios do computador mais comuns atualmente, é composto por quatro camadas: a camada adesiva (rótulo), a camada acrílica, a camada reflexiva feita à base de ouro e prata e a camada plástica de policarbonato que é um polímero unido pelo grupo carbonato (-O-(C=O)-O-).

         O CD de mídia verde tem como composição química o Fitohalocianino e mais uma liga de ouro. É aconselhável para áudio.

         A mídia azul tem como composição química o cianino e mais um liga de prata. É aconselhável para backup de dados.

         A mídia de prata ou ouro tem como composição química o Fitohalocianino e mais uma liga de ouro(24k). É aconselhável para áudio de carros e dados.

         Existe também o CD-R, que é uma mídia gravável, que também tem quatro camadas: a primeira de substrato plástico, a segunda de tintura orgânica sensível ao laser (cianino, fitohalocianino ou azo metálico), a terceira é feita de ouro (Au), platina (Pt), alumínio (Al) ou prata (Ag), e a quarta é feita de verniz protetor.

         O CD-RW possui 6 camadas e substitui as camadas reflexivas e de gravação por outro material, que altera sua forma com o calor, permitindo a regravação de dados. Possui cor mais escura que o prateado do CD comum. A primeira camada protege os dados gravados. A segunda, de laqueamento, complementa a primeira. A terceira camada, chamada de dielétrica reveste a quarta camada, eliminando o excesso de calor durante o processo de gravação. A quarta camada, que é a camada de gravação, consiste num material que mistura prata, antimônio e telúrio. Com o calor emitido pelo canhão laser do aparelho gravador, os dados são registrados nesta camada. Numa determinada temperatura, esta camada volta ao seu estado normal. Através de uma temperatura baixa é que os aparelhos lêem os dados gravados. A quinta camada é semelhante à terceira (dielétrica), com a diferença de ficar abaixo da camada de gravação. A sexta e última camada consiste numa base plástica, de policarbonato, formando a base de todo o CD. Tem espessura de 1,2 mm, sendo a mais grossa em formato espiral.

         Os dispositivos de entrada e saída também fazem parte do computador, e servem para interagir o usuário com a máquina. Os dispositivos que mais usam a química no seu funcionamento são: o mouse, a webcam e os monitores.

         O mouse serve para movimentar o cursor na tela. Existe o mouse mecânico, que funciona através de um LED emissor de luz infravermelha e um sensor de luz infravermelha, e o mouse ótico, que funciona emitindo um feixe de luz e depois decodificando a leitura. Por isso, é necessário o uso de chips mais complexos.

         Os LEDs são diodos semicondutores que emitem luz, produzida através de interações com o elétron. Os principais materiais utilizados são o arsenieto de gálio (GaAs) e o fosfeto de gálio (GaP).

         A webcam é uma câmera de vídeo que capta imagens, e que transfere rapidamente ao computador. Um recurso que hoje as webcams possuem são os leds que são acionados caso os sensores da webcam detectem pouca ou nenhuma fonte de luz no ambiente. A conexão feita para o computador é do tipo USB, e a captura de imagem é realizada através de um componente eletrônico denominado CCD (Dispositivo de Carga Acoplado), que é um sensor para a gravação de imagens formado por um circuito integrado contendo capacitores acoplados que armazenam energia num campo elétrico, acumulando um desequilíbrio interno de carga elétrica. Sob o controle de um circuito externo, cada capacitor pode transferir sua carga elétrica para um outro capacitor vizinho.

         Quanto ao monitor, eles servem para que o usuário visualize os dados e interaja com eles. Existem três tipos de monitores: o CRT, LCD e o de plasma.

         O CRT, ou tubo de raios catódicos tem dispositivos semelhantes ao da televisão. A tela deste tubo é composta por camadas de fósforo, que são bombardeadas por canhões que disparam elétrons vindos do início do tubo. Quando o elétron encontra o fósforo, uma luz é gerada nesse ponto. E desse modo a imagem aparece na tela do monitor.

         Para gerar as imagens, o canhão percorre toda a extensão da tela. Como cada ponto de luz tem duração curta e a imagem precisa ser constantemente renovada, esse processo, chamado de varredura, é repetido a todo instante.

         Já o LCD (monitor de cristal líquido) é usado hoje com muita freqüência, pois consome menos energia e prejudica menos os olhos. E não é usado apenas no ramo da computação.

         Esses monitores são constituídos por um material denominado cristal líquido e não precisam de um tubo, como no CRT. As moléculas desse material são colocadas entre duas lâminas polarizadas, de forma que estas formem eixos polarizados perpendicularmente.

         Como as moléculas de cristal líquido são capazes de orientar a luz, ao exibir uma imagem, elementos elétricos presentes nas lâminas induzem as moléculas de cristal líquido a guiar a luz, para finalmente formar o conteúdo visual. Mas, uma tensão diferente pode ser aplicada, alterando as moléculas de cristal líquido, de modo a impedir a passagem da luz.

         Na tela de plasma, a resolução de imagem é ótima, não apresentando distorções. Para gerar a luz em cada pixel, usa-se eletrodos carregados entre painéis de cristal, originando pequenas explosões de gás xenônio, reagindo com a luz ultra-violeta, fazendo com que o fósforo vermelho, verde ou azul de cada pixel brilhe.

         Graças à química, o desenvolvimento tecnológico é grande, com tendência a aumentar cada vez mais, se houver o incentivo e o investimento necessários.

Bibliografia:

www.wikipedia.org
http://www.infowester.com/guiahdinic.php
www.clubedohardware.com.br

Autores: Mariana Souza Lisbôa, Caio P. Garin, Guilherme G. Prado, Marco A. R. Fernandes F e Tamara F. Salem

1ª Série Ensino Médio
Colégio: Presbiteriano Mackenzie Tamboré
Professor(a): Alcides Batista Dias Junior

Rola Química já no Primeiro Emprego?

         O primeiro emprego, para muitas pessoas, é algo sem muita importância. Para mim, ao contrário da maioria, foi o que decidiu minha carreira. O que a meu ver era algo impossível de despertar o mínimo de interesse em mim, acabou se tornando a minha paixão.

         Formei-me na faculdade de Química há 15 anos. Naquela época não havia muitas opções na minha área de trabalho, e como precisava urgentemente de dinheiro para pagar as despesas da vida universitária, arranjei um “bico” em uma grande loja de eletroeletrônicos.

         Nos três primeiros meses, trabalhei como empacotador, nos sete meses seguintes, como organizador, mas como eu era constantemente confundido com vendedores, muitas pessoas vinham pedir informações para mim, então meu chefe percebeu o meu talento em vendas, e me promoveu a vendedor em junho de 2007. Vocês podem imaginar o quão frustrado eu me senti. Estava progredindo em uma carreira a qual eu nem gostava, eu era químico! Mas não podia largar o emprego, precisava do dinheiro.

         Mal sabia eu o que era necessário conhecer para promover vendas. Antes de poder ir para a “linha de frente”, precisava entender o que eu ia vender. Fiquei responsável pelas vendas de impressoras.

         Existiam dois tipos de impressoras na loja: impressora a jato de tinta, e impressora a laser. Precisava então me informar sobre as diferenças entre esses tipos de impressoras, trabalho que era provavelmente muito desinteressante para um químico como eu.

         Na impressora jato de tinta, a tinta chega ao papel ao ser lançada de um orifício minúsculo localizado na impressora, que recebe tinta do cartucho de impressão. Isso pode ser feito de duas maneiras: submetendo a tinta do orifício a temperaturas altas, o que ocasiona o surgimento de “bolhas de tinta”, que eventualmente estouram, caindo sobre o papel. Mas como esse aquecimento pode causar alteração nas cores, outro método foi inventado: colocam-se cristais piezo na ponta de cada orifício do cartucho, então se ativa uma corrente elétrica no orifício de tinta desejado, o que faz os cristais vibrarem. Quando vibra para dentro, o cristal expulsa uma certa quantidade de tinta, e sua reação (vibrar pra fora) puxa um pouco de tinta do cartucho.

         O assunto começou a prender a minha atenção. Achei o processo de impressão a laser ainda mais interessante. Um laser forma a imagem a ser impressa em cima de um “tambor”, e a imagem do laser tem uma carga positiva. Um pó colorido (chamado de toner) com carga negativa é jogado em cima da imagem do laser. Química básica: íons negativos são atraídos pelos positivos. É assim que a imagem é formada. Ao entrar na impressora, a folha recebe uma carga positiva maior que a presente no tambor, e a imagem é “transferida” para o papel. Por último, a imagem é fixada no papel por dois cilindros, que pressionam e aquecem-no.

         Quando os clientes apresentavam qualquer dúvida, eu sempre tinha a resposta na ponta da língua. Em 1 mês as vendas de impressoras na loja aumentaram 50%. Então fui logo transferido para a área de computação, um dos setores mais movimentados da loja. Como a procura de novos monitores era grande, fiquei responsável pela venda destes.

         Primeira e mais comum pergunta de quem vai comprar um monitor: qual é melhor, de LCD ou Plasma? Então, precisava me informar das diferenças entre eles.

         Descobri que no monitor de LCD, é necessária uma luz de fundo, “backlight”, enquanto no de plasma, a luz é gerada por cada pixel (pontinho que, somado com outros tantos, forma uma tela), então não necessita de uma fonte de luz. Essa é a diferença básica entre LCD e Plasma. Mas somente essa informação não era suficiente, eu precisava saber mais sobre o assunto. Com certeza havia outras diferenças. E há. O funcionamento de um monitor de Plasma difere totalmente do funcionamento de um monitor de LCD.

         Como mencionado anteriormente, no monitor de Plasma, cada Pixel gera sua própria luz, em um processo inteiramente químico: uma fonte de energia ativa os eletrodos da tela, que acionam explosões com o gás xenônio de cada pixel, e essas explosões reagem com a luz ultravioleta, fazendo com que o fósforo vermelho, azul ou verde da tela brilhe, formando assim, as imagens que enxergamos. Já o monitor de LCD necessita de duas lâminas com polarização diferente, assim campos magnéticos são gerados. Essas lâminas recebem cristal líquido. Quando iluminadas, as moléculas de cristal líquido “guiam” a luz, pois são induzidas pelo campo magnético, e formam a imagem.

         Agora sim, eu estava pronto para vender. O monitor de LCD tem maior durabilidade que o de Plasma, pois se a imagem da tela de Plasma ficar parada por muito tempo, pode ocorrer uma queima dos pixels. Porém monitores de LCD são muito mais caros que os de Plasma, devido ao seu processo de fabricação. Se considerarmos o quesito imagem, um monitor de Plasma apresenta menos distorção lateral, porque cada pixel gera a luz, ao contrário do monitor de LCD, que precisa de uma iluminação atrás.

         Descobri que também precisava me informar sobre mais um tipo de tela (na época não era muito conhecida, e atualmente, é coisa banal), denominada OLED, pois descobri que a SONY lançaria a primeira TV comercial em OLED do mundo em dezembro daquele ano (2007), e os monitores de computadores estavam por vir.

         Comecei minha pesquisa com o significado de OLED: “Organic Light-Emitting Diode”, em português: diodo emissor de luz orgânico. O visor é basicamente um sanduíche formado por uma película metálica com pólo positivo e uma com pólo negativo, cujo “recheio” são partículas coloridas de moléculas orgânicas. Essas partículas emitem luz quando submetidas a uma carga elétrica.

         Concluí: o fato das partículas serem as emissoras de luz, sem necessidade de uma luz de fundo ou lateral (como no caso da LCD), faz com que o consumo de energia seja menor, além de gerar um campo de visão de 180° sem nenhuma distorção. Outra vantagem, é que o material utilizado pode ser flexível, ocasionando o surgimento de telas flexíveis! “Uau”! - Pensei comigo mesmo – Esse é o futuro. Mas não estava contando com as dificuldades dessa nova tecnologia, como custo elevado, processo produtivo ainda difícil e menor durabilidade (apesar disso, já existiam rádios de carros e celulares em OLED, pois são produtos que não requerem uma grande durabilidade).

         Comecei então a me animar com meu emprego. Não era mais tão maçante e sem graça. Não sabia por que estava tão contente, foi ao atender um cliente que descobri estar trabalhando com o que eu mais gostava: química! Fiquei tão intrigado com a idéia da química nos computadores, que resolvi pesquisar mais. Descobri que sem a química, não existiriam chips dos computadores.

         O chip é feito de transistores, que são ampliadores de sinais elétricos. Utiliza-se um disco de silício como matéria prima. Expõe-se o disco a gás e a um calor extremo, como se quisesse enferrujar o disco, assim formando dióxido de silício (SiO2). Então, cobre-se o disco com uma substância sensível a luz ultravioleta. Dirige-se a luz para um “molde”, logo abaixo há uma lente ótica, que diminui a imagem projetada do molde no disco de silício. Possibilitando assim a fabricação de várias “casas de transistores” em uma mesma placa. O tamanho da onda de luz também influencia no número de casas, quanto menor a onda, mais casas são formadas.

         Como a substância é sensível à luz ultravioleta, a parte da placa exposta à luz derrete, e a parte que fica na sombra do molde, permanece dura. Limpa-se a placa, tirando a parte mole. Cria-se em cima dessa placa, uma outra feita de dióxido de silício e de polisilício, e que tem molde diferente.

         “O processo de fabricação exato e número de camadas depende do componente sendo fabricado. Por exemplo, um processador Pentium 4 usa 26 máscaras e 7 camadas de metal.” , segundo o site clubedohardware.com.

         As “casas dos transistores” foram criadas. Agora faltam os transistores em si. Como o chip é formado de várias camadas das placas, cada placa é polarizada diferentemente. Em uma placa utilizam-se semicondutores que formam cargas negativas (fósforo, antimônio e arsênico) e na outra semicondutores que formam cargas positivas (bromo, índio e gálio). Ao empilhar as placas positivas e negativas, os transistores são formados.

         Por fim, aplica-se um metal para preencher eventuais buracos que podem ter sido criados ao fazer a conexão elétrica entre as camadas. Pronto, o chip está pronto para ser testado e depois vendido.

         E foi assim que computadores se tornaram a minha paixão. Atualmente trabalho em uma grande empresa, tentando criar novos e melhores computadores. Afinal, para um cara como eu isso é fácil, é só usar e abusar da química!

http://informatica.hsw.uol.com.br/fabricacao-de-chips-com-litografia-ultravioleta-extrema-euv1.htm
http://www.clubedohardware.com.br/printpage/568
http://en.wikipedia.org/wiki/Organic_light-emitting_diode
http://www.infowester.com/monlcd.php
http://www.tugatronica.com/2007/11/03/electronica/o-que-e-um-oled.php/
http://www.infowester.com/impressoras.php
http://informatica.hsw.uol.com.br/impressoras-a-jato-de-tinta.htm

Autor: Renan de Lima Branco

1ª Série Ensino Médio
Colégio: Politec
Americana
Professor(a): André Luis Della Volpe

Novidade

         Chegou na hora. Sem atraso! Não podia se atrasar para o início de um novo rumo em sua vida. A universidade, palco para grandes surpresas e valorosas descobertas, observava-o com bons olhos. Mais um jovem decidido a seguir uma carreira profissional, no caso de Ricardo, Ciência da computação.

         Aqueles dez minutos que chegara adiantado pareciam uma eternidade. Aguardava com ansiedade a chegada do professor àquela sala tão ampla, lotada de tantos desconhecidos, mas com uma característica em comum: amavam a computação, computadores e informática faziam parte de suas vidas.

         - Bom dia a todos! Meu nome é Carlos, sou o professor de laboratório de informática. Vejo aqui uma sala repleta de alunos novos. Muito bom isso, novas mentes para ensinar. Espero que estejam com ânimo para este semestre letivo, porque isso é um dos principais requisitos de que precisam.

         Ricardo sorriu. Era bom saber que contava, em suas próximas aulas, com um professor agradável. Mas esse sorriso em sua face logo foi tomado por uma expressão de desaprovação. O professor Carlos deu uma única orientação, fazer um trabalho sobre componentes de computador. Muito básico para uma aula de universidade, pensou.

         Uma, duas xícaras de café acompanhavam Ricardo em sua pesquisa. Muito simples! Repetia ele enquanto ligava o computador e o observava atentamente. Pensando bem, talvez não fosse tão simples assim esse trabalho, são muitos os componentes de um computador: monitor, CPU, mouse, teclado, caixas de som... Não estava gostando disso, olha só o que dizia aquele site: “Muitos pensam que computadores são conjuntos de peças somente, não percebem o que está por trás disso tudo. Muito além de uma sala de aula. Está bem a sua frente agora enquanto lê esse site. A química é a única razão para que o computador exista. Cada componente tão sofisticado existe devido ao desenvolvimento da química.” Ricardo não queria acreditar naquilo que lia! Sempre odiou química. Mas agora ela estava bem diante de seus olhos. Olhos ainda fechados para esse fascinante universo. De repente, uma rajada de elétrons emitidos pelo Catodo de seu monitor fez com que seus olhos se abrissem e pudessem ver além de um computador, mas a química, em seu computador.

         A ausência de luz não incomodava Ricardo, tão pouco o sono, que era abatido por inúmeras xícaras de café. Até mesmo aquele indiferente quarto de república se tornou especial, cada canto, cada objeto. Ricardo agora via química em tudo. Voltou seu olhar para a tela do computador, compenetrado, curioso. Seria o trabalho em que mais se empenharia. Teria muitas novidades para contar ao seu professor na manhã seguinte.

         - Bom dia, Carlos! Você tem alguns minutos disponíveis para que eu possa falar com você?

         - Claro, minha função é ser professor! - Respondeu Carlos com um sorriso receptivo.

         - Sempre odiei química! Estudei o básico para que passasse em algum vestibular, estudei forçado, mas ontem à noite, enquanto fazia o trabalho que o senhor pediu sobre componentes de computador, encontrei muita matéria de química e, para minha surpresa, gostei do modo como ela me foi apresentada e também gostaria de discutir com você sobre as descobertas.

         Ao ouvir isso de Ricardo, Carlos se sentiu como se tivesse cumprido seu papel de um professor que germina a vontade de aprender em seus alunos.

         - Gosto de ouvir isso de um aluno que inicia seu curso. Muitos saem desta universidade sem perceber o papel fundamental da química na informática em geral. Como você disse ter pesquisado, posso saber o que encontrou?

         O interesse com que o professor tratava o assunto despertou em Ricardo ainda mais vontade de pesquisar, mas no momento diria o que já havia pesquisado. O nervosismo presente nas primeiras palavras dele foi amenizado pelas expressões de aprovação de Carlos:

         - Ontem descobri como funcionam os monitores, por sinal, totalmente dependentes da química. Os monitores de TRC (tubos de raios catódicos), esses aqui do nosso laboratório, têm uma válvula eletrônica com um elemento emissor de elétrons chamado Catodo. Este é o tubo que chamamos de "tela" do monitor de vídeo. Na extremidade interna do tubo de imagem (TRC), há três canhões de elétrons que criam uma diferença de potencial (DDP), a qual impulsiona os elétrons para as camadas de fósforo (elemento químico P na tabela periódica quando atingido por um feixe de elétrons emite luz devido à liberação de energia desses elétrons) que ficam atrás da tela superficial de vidro. Existem três camadas de fósforo nos monitores coloridos: uma vermelha, uma verde e uma azul, formando o famoso conjunto RGB (Red-Green-Blue). Cada canhão de elétrons impulsiona seus elétrons para uma das camadas do RGB. Essas três cores em doses diferentes formam todas as outras. Quando os elétrons atingem as camadas de fósforo, a camada brilha e vemos o ponto luminoso tão pequeno que vários juntos dão a impressão de serem uma imagem só, mas na verdade vemos apenas pontos coloridos, nada mais que isso nos monitores com CRT em cores.

         - Você poderia me explicar o funcionamento dos monitores antigos, com apenas uma cor? Eu me lembro bem deles. São da minha época.

         Os nervos de Ricardo estremeceram! Ah, se ele não tivesse certa confiança em seu trabalho de pesquisa da noite anterior, quando tanto se empenhara.

         - Bem, os monitores de vídeo monocromáticos possuem apenas um canhão de elétrons e uma camada de fósforo. O feixe de elétrons sofre influência de uma gama de controles, tais como sincronismo horizontal, sincronismo vertical, convergência, foco, brilho, contraste entre outros.

         Interrompido pelo seu professor, Ricardo parou de explicar, temendo alguma desaprovação e não pensou duas vezes para ouvi-lo, atentamente:

         - Esta manhã não está das mais frescas, podemos procurar alguma sombra para que eu possa prestar a atenção devida ao seu trabalho. Mas desde já, te dou os parabéns por ter tanta vontade de discutir sobre essa pesquisa que eu passei ontem.

         Não existia mais ansiedade em Ricardo ao falar com um professor recém conhecido sobre um assunto do qual ainda pouco sabia, mas, muito lhe interessava. Continuou:

         - Já nos LCD (liquid crystal display), as moléculas de cristal líquido são capazes de orientar a luz liberada pelos elétrons após estes liberarem energia. Quando uma imagem é exibida em um monitor LCD, elétrons presentes nas lâminas geram campos magnéticos que induzem o cristal líquido a "guiar" a luz que entra da fonte luminosa para formar o conteúdo visual. Todavia, uma tensão diferente pode ser aplicada, fazendo com que as moléculas de cristal líquido se alterem de maneira a impedir a passagem da luz. Esse tipo de monitor ocupa menos espaço porque, com o cristal líquido, não precisa de tubo de raios catódicos.

         - Muito bom, Ricardo! Percebi que eu estou cumprindo meu papel de professor. Muitos dizem que em um futuro próximo seremos substituídos por computadores. Não acredito que isso aconteça, penso que uma máquina apesar de sofisticada, não é capaz de conseguir instigar um aluno ao aprender. O que mais você encontrou de interessante que queira me contar?

         Embalado pelo interesse na pesquisa, Ricardo prosseguiu:

         - Uma coisa que eu achei extremamente interessante é saber que a evolução da química é a base para a sofisticação dos computadores, tornando-os mais eficientes e compactos. Por exemplo, antigamente não existiam microchips, foram inúmeros experimentos, testes e protótipos até que o microchip se tornasse uma realidade. O microchip é uma evolução dos transistores. Desde a hora em que acordamos até a hora em que vamos para a cama, estamos a todo momento em contato com aparelhos e equipamentos repletos de transistores como rádios, televisores, relógios digitais... Sem falar, é claro, do computador. Esses transistores são frutos de uma busca de tecnologias alternativas. Cientistas em laboratórios de todo o mundo queriam um dispositivo eletrônico que substituísse relês e válvulas. Na época, esses cientistas estudavam as propriedades elétricas de todo tipo de material. Submetiam amostras a dezenas de testes e classificavam os materiais em dois grupos: aqueles que conduziam eletricidade, os condutores, e aqueles que não conduziam, os isolantes. Mas, depois de muitos testes, uma surpresa: alguns materiais não se comportavam nem como condutores nem como isolantes: ora conduziam corrente elétrica, ora a bloqueavam. Descobriram-se os semicondutores e surgiu, finalmente, uma alternativa tecnológica interessante para os relês e válvulas. Percebeu-se que esse comportamento conduz/não conduz dos semicondutores podia ser usado para construir computadores e moduladores eletrônicos. A grande expectativa era que o emprego de dispositivos construídos com semicondutores prometia inúmeras vantagens: elétrons viajando pequenas distâncias em um sólido, nada de partes móveis, nada de filamentos aquecidos e nada de vácuo. O silício, o semicondutor escolhido, podia ser produzido com pureza e perfeição cristalina mais do que adequadas para seu uso. Os contatos elétricos podiam ser feitos com facilidade, sem a necessidade de precisão microscópica. Os dispositivos resultantes mostravam grande confiabilidade. E tudo podia ser feito em larga escala.

         Mas o homem não pára. Sempre deseja aperfeiçoar o que já existe.

         - Passados apenas treze anos de sua invenção, o transistor já podia abrir caminho para outro grande salto tecnológico: a invenção do circuito integrado (popularizado mais tarde como microchip). Na década de 70, a tecnologia MOS (metal-oxide semiconductor) atingiu seu auge, seguida logo pela CMOS (complementary metal-oxide semiconductor), a tecnologia predominante nos chips de hoje. Logo surgiram os primeiros microprocessadores, complexos microchips capazes de executar milhões de instruções por segundo. Mas isso já aconteceu há muito tempo, e a química tem evoluído de lá para cá: a descoberta dos nanotubos de carbono, por exemplo. Estes contornarão as atuais limitações e competirão com os mais sofisticados e resistentes transistores de silício. Além disso, pesquisadores revelaram uma técnica inovadora, a qual permite revestir plásticos com uma película muito fina de metal semicondutor, como o sulfeto de zinco. Essa estrutura pode transportar elétrons a uma velocidade até dez vezes maior se comparada aos tradicionais chips.

         A atenção do professor deixava Ricardo mais satisfeito. Tinha a impressão de ter feito o trabalho de pesquisa muito bem. Com um sorriso destacado em sua face, Ricardo continuou com suas descobertas sobre a fascinante química no computador:

         - Também houve uma inovação importante para a formação do computador, a criação de polímeros a partir dos monômeros. Polímeros nada mais são do que plástico, e toda a estrutura do computador é de plástico! Não só a carcaça de computadores, mas também o próprio mouse, teclado, a impressora, caixinhas de som, CDs, chinelos, pneus, acessórios esportivos e náuticos, plásticos especiais de engenharia, eletrodomésticos, etc. Seus benefícios abrangem flexibilidade, leveza, resistência à abrasão, possibilidade de design diferenciado. Olha só a química revolucionando a eficiência dos computadores!

         - Estou realmente surpreso pelo seu interesse! Você é muito aplicado, mas isso é pouco comparado ao tamanho com que a química é aplicada. Curiosidade: as tintas para impressoras antigas não eram permanentes, tal como as impressões das máquinas de escrever. Já as tintas dessas novas impressoras a laser apresentam formulação semelhante às das copiadoras xérox e, por isso, costumam ser permanentes. As tintas permanentes são apenas aquelas que reúnem características de estabilidade de exposição à luz e à temperaturas até 93º C, secagem rápida sobre o papel, ausência de migração para o suporte durante e depois da escrita ou impressão, neutralidade ou leve alcalinidade, inocuidade ao suporte celulósico, insolubilidade em água, solventes orgânicos e oxidantes. Essa propriedade química de insolubilidade da tinta se deve ao caráter polar ou apolar da substância. Devido a essa polaridade, tal substância será mais ou menos solúvel.

         Pasmado com essas palavras do seu professor, Ricardo pareceu estar praticamente fora do assunto novamente. Em tão variados componentes, a química está presente em um computador. Preferiu encerrar a conversa com seu professor. Mas o mesmo estímulo que envolveu Ricardo no trabalho, também o fez não parar por ali. Foram quatro dias incessantes de trabalho árduo em busca de mais informações. Sua mente parecia sedenta de novidades. O café, outra vez, já havia acabado, mas seu ânimo pelo envolvente trabalho não. Mal via o tempo passar.

         Uma semana, após sua chegada à Universidade. Era o dia da apresentação do trabalho. Ao passar pelo mesmo portão do primeiro dia de aula, aquele ar de novidade já não era mais amedrontador e misterioso. A novidade agora era natural e essencial, a química, renovada a cada dia na evolução e criação de equipamentos cada vez mais sofisticados, resistentes e eficazes.

Bibliografia

[1] <http://www.reviverde.org.br/plastico.htm> acessado em 11 de novembro de 2007 às 13:30.
[2] <http://www.lsi.usp.br/~chip/de_onde_vieram.html> acessado em 11 de novembro de 2007 às 13:50.
[3] <http://www.inovacao.unicamp.br/report/le-oled.shtml> acessado em 11 de novembro de 2007 às 14:40
[4] <http://www.microemp.com.br/materia2/monitor2.htm> acessado em 11 de novembro de 2007 às 15:30.
[5] <http://www.infowester.com/monlcd.php> acessado em 11 de novembro de 2007 às 16:00.
[6] <http://siarq02.siarq.unicamp.br/cpba/Tintas%20de%20Escrita.ppt> acessado em 11 de novembro de 2007 às 16:20.
[7] < http://www.clubedohardware.com.br/dicionario/termo/117 > acessado em 20 de novembro de 2007 às 20:30.

Autor: Rodrigo Pinto Bisaia

1ª Série Ensino Médio
Colégio: Etapa
Valinhos
Professor(a): Rubens Conilho Junior e Claudio de Bem

A Química é a grande responsável

         Olá Sr.(a) leitor(a). Hoje é muito simples ligar o computador, apertar algumas teclas e imprimir uma redação, mas nem sempre isso foi assim. Peço desculpas pela indelicadeza de não ter me apresentado. Eu sou a folha A4 e estou aqui graças à tecnologia e aos estudos da Química, que permitiram a criação do computador como ele é atualmente.

         Como diz o velho ditado “tamanho não é documento...” e o computador pode provar isso. No início ele era um verdadeiro gigante, chegando a ocupar salas inteiras, mas era bem menos eficiente do que é hoje. Aliás, se eu tivesse que estar aqui há uns sessenta anos estaria bem diferente, pois seria datilografada, já que o computador não me ajudaria muito.

         Mas a culpa não é dele! A tecnologia da época só permitia que o seu sistema elétrico fosse constituído por relés. O tempo passou, os relés foram substituídos por válvulas e ele continuava ocupando salas inteiras. Só em 1937 o computador ganhou um sistema de processamento lógico de informações e em 1952, com a criação do transistor, ele passa a ser um pouco mais parecido com o que é hoje.

         O transistor revolucionou a computação. Além de consumir menos energia que as válvulas, ele fez com que os computadores ficassem menores e mais velozes. Mas não podemos dar todos os créditos dessa revolução aos transistores, afinal, eles só existem devido à Química.

         Ela é, sem dúvida, a grande responsável por eu poder estar aqui e pelos computadores estarem cada vez menores e mais eficazes. E ela não está presente somente nos transistores - está em todos os componentes dos computadores, desde a tinta e o plástico do teclado, na construção dos circuitos integrados, que constituem todo o núcleo de processamento dos computadores atuais, até a tinta que foi usada na minha impressão.

         Os circuitos integrados são estruturas formadas por milhões de transistores e construídas com materiais semicondutores. O silício, por ser o segundo elemento mais abundante na crosta terrestre, é o material semicondutor mais utilizado na fabricação dos circuitos integrados. Mas ele passa por um longo processo, desde a sua mineração até poder ser usado na construção dos circuitos integrados.

         O silício utilizado na fabricação dos transistores é encontrado na natureza na forma de dióxido de silício (SiO2) e não possui uma taxa de pureza suficiente para ser utilizado na fabricação dos transistores.“O silício metalúrgico é obtido através da reação química entre o dióxido de silício e eletrodos de carbono em temperaturas superiores a 1900°C. O silício formado apresenta pureza de 99%, o que não é suficiente para a utilização na informática.”(trecho retirado parcialmente do site www.wikipedia.org em 15/11/2007).

         O silício utilizado na informática é obtido através da purificação do silício metalúrgico.“Atualmente a obtenção do silício ultrapuro é feita a partir do processo de Siemens, em que as barras de silício metalúrgico são expostas a 1150°C ao triclorosilano (HSiCl3), gás que se decompõe depositando silício adicional na barra.” (trecho retirado parcialmente do site www.wikipedia.org em 15/11/2007). O silício ultrapuro, por sua vez, passa pelo processo de Czochralski, no qual é obtido o silício monocristalino.

         Após passar por todos esses processos o tarugo de silício formado é cortado em lâminas finíssimas, que sofrem alguns danos causados pelo processo de usinagem. Para evitar que eles se propaguem, geralmente toda a camada de silício é removida quimicamente até se atingir a profundidade danificada. Essa “limpeza” é feita em duas etapas: a primeira utiliza água (H2O), peróxido de hidrogênio (H2O2) e hidróxido de amônio (NH4OH) e a segunda, água, peróxido de hidrogênio e ácido clorídrico (HCl). Nessas duas etapas são removidos metais como ouro, prata, cobre e íons de alumínio, ferro e magnésio, dentre outras substâncias. Após todos esses processos, o silício já pode ser usado na fabricação dos transistores.

         Esse silício puro necessita de que seja aplicada sobre ele uma ddp (diferença de potencial) muito grande para se tornar um condutor elétrico. Para diminuir essa diferença (e o consumo de energia) ele passa por um processo de dopagem que consiste em acrescentar “impurezas” doadoras ou receptoras de elétrons em sua estrutura cristalina (isso mesmo! Depois de ter passado por vários processos para se obter o silício suficientemente puro, é necessário torná-lo “impuro” novamente. Essa é uma, dentre as inúmeras maravilhas da Química, pois o silício obtido no final do processo possui “impurezas”, assim como o silício obtido no início, porém essas novas impurezas fazem com que ele possua propriedades novas). As substâncias doadoras mais utilizadas são o fósforo, arsênio e o antimônio, e constituem o silício do tipo N e as substâncias receptoras mais utilizadas são o alumínio, boro, e gálio, e constituem o silício do tipo P.

         Alguns transistores possuem estrutura do tipo MOS (metal, óxido de silício e semicondutor). O silício policristalino faz a função do metal e o semicondutor utilizado é o silício monocristalino do tipo N e/ou P.

         Até milhões de transistores podem ser ligados entre si para formar os circuitos integrados, ou chips (como os processadores dos computadores), que, atualmente, ocupam um espaço de poucos milímetros quadrados (VLSI – no português “escala muito alta de integração” em que são construídos até 100.000.000 de transistores em um único chip).

         Eles são construídos utilizando o processo de litografia, que consiste em “desenhar” os transistores sobre uma placa de silício ultrapuro. Esse processo constitui na aplicação de camadas de óxido de silício, de silício policristalino e de metais como o alumínio, ouro e cobre, para a condução de eletricidade através da placa de silício, e na dopagem do silício monocristalino feita por um canhão de íons com uma precisão altíssima. Esses processos utilizam gases como o oxigênio (O2) e o silano (SiH4) além de radiação ultravioleta e fornos como o RTP (recozimento térmico rápido). Após todos esses processos, os chips estão prontos para serem usados na construção dos computadores. Nos computadores atuais, os chips são ligados entre si através dos circuitos impressos.

         Os circuitos impressos, como a mother board (no português “placa mãe”), são constituídos por várias placas de fibra de vidro que são prensadas com uma folha de cobre em cada um dos lados. Nessa superfície através de vários tratamentos químicos são feitas as pistas condutoras e as ilhas de fixação dos componentes eletrônicos, como os chips. Dentre os processos químicos usados temos: os métodos fotográficos de gravação; reações de eletrolíticas de deposição de cobre e de estanho; ou ainda desgaste químico destes metais com ácido nítrico.

         Outros importantes componentes dos computadores são os HDs (no português “disco rígido”) que são construídos utilizando tinta especial com limalha de ferro, que é magnetizada de acordo com as informações passadas, ou depositando grãos microscópicos em sua superfície.

         Antes deste texto ser imprimido em mim, ele foi digitado e reproduzido no monitor do computador. Os monitores de LCD (no português “monitor de cristal líquido”), muito utilizados atualmente, possuem suas telas constituídas por um líquido polarizador da luz localizado em celas e comprimido entre duas lâminas transparentes. Esse líquido possui moléculas que se alinham de modo a permitir (ou não!) a passagem de luz, dependendo da ddp aplicada sobre as celas, formando as imagens na tela do monitor. As telas de LCD possuem a vantagem de ser realmente planas, o que faz com que as imagens não possuam distorções.

         Hoje o computador é uma das criações mais utilizadas em todo o mundo e a tendência é que com os avanços tecnológicos e dos estudos nas áreas da Química e da Física os computadores sejam cada vez menores e mais eficientes.

         O próximo passo na computação só o tempo irá dizer (talvez eu até seja substituída pelos computadores portáteis e pelos CDs), mas certamente a Química possui grande participação na revolução tecnológica que vivenciamos atualmente.

Bibliografia:

www.wikipedia.org (15/11/2007 e 22/11/2007)
www.intel.com/education/makingchips/multiple.htm (15/11/07)
www.guiadohardware.net/termos/densidade (15/11/07)
www.forumpcs.com.br/review.php?r=198654 (15/11/07)
“Eletrônica” - J. Millman e C. C. Halkias – Mc Grraw – Hill Book

Autor: Thulio Donizete Fonseca Silva

1ª Série Ensino Médio
Colégio: Salesiano Santa Teresinha
São Paulo
Professor(a): Iracema B. Hanuck Silva

MINHA VIDA, MEU COMPUTADOR

         Tinha menos de quinze anos quando ingressei no Ensino Médio e apaixonei-me literalmente, por química. Adorava analisar tudo, desde as descobertas dos quatro elementos até a mínima formação divisível de um átomo. Enxergava a química em tudo, até mesmo minha vida era formada pela química e não havia melhor paixão do que as diversas novidades e situações em que eu olhava e diretamente me deparava.

         Aos 17 anos já havia decidido o que iria cursar na faculdade e exercer em meu futuro, desejava ser um Engenheiro Químico, investir em uma carreira em constante crescimento e redescobrir todas as minhas vontades nesse mundo químico.

         Um ano depois, quando entrei na faculdade, ganhei meu primeiro computador do meu pai e tudo ficou mais fácil e belo com tudo que encontrava naquela máquina magnífica, sabia que ali estava o que eu gostava, estavam presentes processos químicos em tudo que, a cada dia, aprendia na faculdade. A partir daquele momento, obtive mais certeza ainda sobre a minha carreira profissional, meu trabalho de conclusão de curso seria sobre: Os processos químicos presentes nos computadores.

         No meu último ano da faculdade resolvi aprofundar o tema em meu “TCC” e comecei a pesquisar e me aprimorar. No início foi muito difícil, a cada dia que passava, mais dúvidas passavam por minha cabeça: O que deveria saber, inicialmente, sobre os elementos ou sobre as composições? Qual seria o principal elemento que deveria citar primeiro? Que parte do computador sofreria mais reações? Qual era a principal atuação da química em tudo isso?! ...

         Resolvi analisar passo por passo, como se fosse uma montagem, uma constituição de elementos envolvidos em reações, acoplando o processo histórico e o computador por inteiro. Pensei por um lado que havia fios e chips por toda parte, sendo isso fundamental para produzir minha pesquisa, e então começá-la:

         Um dos primeiros computadores foi criado em 1945, no período da II Guerra Mundial, quando o exército americano utilizava uma máquina chamada ENIAC, a primeira mais famosa de aproximadamente 30 toneladas que, diferente de outras máquinas que foram desenvolvidos anteriormente, não era destinado a uma operação específica como projetar aviões e mísseis, ou decodificar códigos, mas poderia ser usado de maneira geral, parecido com o que fazem os computadores hoje. A estrutura era bem diferente dos atuais, o ENIAC era imenso e ocupava um grande espaço, além da grande quantidade de energia que consumia, porém, muitas das peças foram somente reduzidas de tamanho e suas composições eram as mesmas.

         Ao mencionar a palavra computador já lembro da quantidade de fios que se interligam atrás da máquina, esses fios são aqueles longos “cilindros flexíveis”, com uma estrutura externa de borracha ou plástico. Tanto a borracha como o plástico são derivados químicos: a borracha é mais utilizada, ela vem do látex que é na maior parte, isopreno – um composto orgânico tóxico e sua fórmula é C5H8, com uma porcentagem pequena de impurezas -, havendo limitações nas proporções de ligações covalentes resultantes dos métodos de polimerização do látex natural – sendo uma reação em que as moléculas menores (monómeros) se combinam quimicamente por valências principais, para formar moléculas longas, mais ou menos ramificadas com a mesma composição centesimal. Estes podem formar-se por reação em cadeia ou por meio de reações . A polimerização pode ser reversível ou não e pode ser espontânea ou provocada por calor ou reagentes, que limita também as propriedades disponíveis da borracha natural, embora a adição do enxofre e o vulcanização (calor e pressão) sejam usados para melhorá-las e assim fabricá-las nos diversos formatos que conhecemos. Na parte interna da borracha fica o cobre, em formato de longos fios que possuem a caracterítica de estabelecer condução de energia pelo computador.

         No início ainda das minhas pesquisas olhava um pouco perdido com tudo, até a vontade de desistir passava por minha cabeça, porém, a vontade de aprimorar-me no assunto me superava e, a cada dia, estava mais e mais perito no mundo da “informática química”, conforme a batizei. Dando continuação as pesquisas:

         Os fios sobre os quais comentei, certamente ligam diversas peças no computador, principalmente na CPU – parte interna da carcaça do computador-, conectam-se aos diversos chip’s (circuitos integrados) sendo dispositivos microeletrônicos que consistem de muitos transistores e outros componentes interligados, capazes de desempenhar muitas funções e suas dimensões são extremamente reduzidas. Os componentes são formados por pastilhas de material semicondutor, favorecendo baixo custo, sendo eles também feitos de elementos químicos.

         Esses chip´s possuem o seguinte processo de fabricação:

         • Projeto do Chip: Os engenheiros projetam o chip, ou seja, como o chip irá funcionar e o modelo da fabricação do wafer;
         • Fabricação do wafer: Este é o principal processo de fabricação de um chip;
         • Preparação do Núcleo: Este passo consiste, basicamente, em cortar os chips do wafer;
         • Encapsulamento: Neste passo os terminais e o invólucro são adicionados ao chip;
         • Teste: O chip é testado e então vendido.

         O mencionado wafer é o principal elemento usado na fabricação dos chips. O wafer “virgem” é feito de silício puro (Si), que é extraído da areia da praia. O wafer é criado por meio de um método chamado Czochralski, em que um pedaço de cristal de silício é colocado em uma vareta e então mergulhado em silício derretido. A vareta é suspensa e girada ao mesmo tempo, formando um grande cilindro de cristal de silício, também conhecido como lingote. O lingote então é “fatiado” em wafers, esses wafers são polidos e enviados para a fabricação do chip. Em cima deste wafer “virgem” é que os chips serão fabricados.

         Após a fabricação dos wafers, os mesmos passam pelo processo de Fotolitografia - nesse processo, produtos químicos sensíveis à luz ultravioleta são usados, como o dióxido de silício (SiO2), elevando ao calor extremo. Quando exposto à luz ultravioleta, eles podem se tornar “moles” ou “duros”. Este processo consiste, basicamente, em bloquear a luz ultravioleta dos produtos químicos no wafer, retirando as partes ‘moles’. Após esses passos, um processo de ionização acontece, áreas expostas do wafer são bombardeadas com vários íons, para alterar a forma como essas áreas conduzem eletricidade. As áreas expostas serão transformadas em semicondutor do tipo P (carga positiva) ou o tipo N (carga negativa), dependendo do produto químico usado: fósforo, antimônio e arsênico são geralmente usados para criar semicondutores do tipo N, enquanto que bromo, índio e gálio são, geralmente, usados para criar camadas de semicondutor P. O empilhamento de camadas com materiais do tipo P e N é que criarão os transistores –por onde passa a corrente de energia e informações entre os sistemas. Após esse processo de produção são cortados, denominados para uso, vendidos e instalados. Constituindo diversas placas do computador e, através delas, obtendo comunicação com outros países como o ‘modem’ e com diversas tecnologias como as “placas de som, vídeo, etc.”

         Quando analisei a fabricação dos chips, obtive certeza de que muitas coisas nesse meio estavam sendo constituídas pelos mesmos. Minhas caixas de som, meu monitor, meu mouse, meu teclado, meus controles de jogos, minha impressora, etc., possuíam chips revestidos por estruturas de plásticos que, através dos fios, comunicavam-se com a placa mãe (um chip imenso que possui a função de gerenciar o computador, envolvendo diversos transistores) obtendo uma ligação entre os acessórios e o computador em si, que para seu funcionamento tornava-os essenciais.

         Os plásticos estavam presentes em tudo que se podia enxergar. A maioria dos acessórios eram revestidos desses materiais, sendo sua formação: materiais orgânicos de poliméricos sintéticos, com constituição macrocelular, sendo isso: materias providos do carbono em uma junção entre uma elevada massa molecular (denominada polímeros), dotada de grande maleabilidade (que apresentam a propriedade de adaptar-se a diversas formas), facilmente transformável com o emprego de calor e pressão e a matéria prima essencial, o petróleo, e que serve para a fabricação dos mais variados objetos nesse mundo da informática, sendo eles leves e de baixo custo.

         Esses materias de pláticos, porém, não possuem somente essa estrutura, na maioia da vezes são envoltos de tintas de divesas cores, fazendo com que os computadores fiquem bonitos e combinativos. Essas tintas, na maiorias das vezes são compostas de resinas, diluentes, aditivos e pigmentos. As resinas são responsáveis pelo brilho e pela firmeza da tinta, compostas por elementos químicos como ácido isoftálico [ C6H4(COOH)2 ]. Os diluentes diminuem a concentração da tinta, facilitando o uso e o aproveitamento, como o thinner. Os aditivos rendem e dão melhorias às propriedades, como secagem. E os pigmentos dão cor às tintas, embelezando-as e diversificando características.

         Outro fator que vejo destacar são os Lasers que estão presentes nos computadores para gravações de CD’s e DVD’s e na leitura dos mesmos, que são compostas de Gás Hélio-Neônio (dezenas de "mW") e Dióxido de carbono (centenas de "kW" em feixe contínuo) e é produzido por materiais como o cristal de rubi dopado com safira, mistura de gases no caso do hélio e neônio, dispositivos de estado sólido como diodos laser, moléculas orgânicas como os laser de corante, sua ação é rápida e eficaz, sempre agilizando processos e nunca falhando por coisas básicas, pois possuem propriedades de radiação que favorecem isso, sendo muito mais dinâmico.

         Também se encontra no computador os LED’s, aquelas pequenas luzes que indicam diversas manifestações no computador, como se o mesmo está ligado ou não. O LED emite luz monocromática, sendo a cor dependente do cristal e da impureza de dopagem com que o componente é fabricado. O led que utiliza o arsenieto de gálio emite radiações infra-vermelhas. Dopando-se com fósforo, a emissão pode ser vermelha ou amarela, de acordo com a concentração. Utilizando-se fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida pode ser verde ou amarela. Hoje em dia, com o uso de outros materiais, consegue-se fabricar leds que emitem luz azul, violeta e até ultra-violeta. Existem também os leds brancos, mas esses são geralmente leds emissores de cor azul, revestidos com uma camada de fósforo do mesmo tipo usado nas lâmpadas fluorescentes, que absorve a luz azul e emite a luz branca.

         Comentando sobre os lasers, citei CD’s e DVD’s, que para qualquer instalação, em qualquer computador, há necessidade dos mesmos. Tanto um CD como um DVD possui quatro camadas: a primeira consiste no rótulo, conhecida como camada adesiva; a segunda é uma camada de acrílico, que contém os dados propriamente ditos; a terceira é uma camada reflexiva composta de alumínio e, finalmente, uma quarta, chamada de camada plástica, feita de policarbonato [ (C=O)-O-) ] que é um tipo de polímero , sendo a mais sensível, pois é por ela que é feita a leitura através do laser citado anteriormente.

         Todos esses fatores já formariam um excelente computador, porém, algo essencial está faltando, as telas dos computadores. Sem as telas seria impossível visualizar o resultado de tanta ligação e instalação, porém, para entender o processo dos monitores é fácil: podemos pensar nas telas de CRT que são monitores "tradicionais", em que a tela é repetidamente atingida por um feixe de elétrons, que atuam no material fosforescente, sendo Fosforescência a capacidade que uma espécie química tem de emitir luz, mesmo no escuro. É um fenômeno particular de um fenômeno geral, denominado luminescência. O processo também é usado em tubos de televisão, e em detetores de partículas elementares.Um exemplo de uma substância fosforescente é o sulfeto de zinco que a reveste, assim formando as imagens.

         Há também as mais modernas telas de LCD, que são constituídas de líquido polarizador da luz, eletricamente controlado, que se encontra comprimido dentro de celas entre duas lâminas transparentes polarizadoras. Os eixos polarizadores das duas lâminas estão alinhados perpendicularmente entre si. Cada cela é provida de contactos elétricos que permitem que um campo magnético possa ser aplicado ao líquido lá dentro. O LCD utiliza a polarização da luz graças a filtros polarizantes e dupla refração de certos cristais líquidos em fase nemática, podendo-se fazer variar a orientação em função do campo elétrico. Do ponto de vista óptico, o ecrã em cristais líquidos é um dispositivo passivo (não emite luz) cuja transparência varia que deve, por conseguinte, ser iluminado. As duas faces internas das placas de vidro comportam uma matriz de elétrodos transparentes, uma (preto e branco) ou três (cores) por pixel. esfera A aplicação de uma diferença de potencial mais ou menos elevada entre os dois eletrodos de um pixel provoca uma mudança de orientação das moléculas, uma variação do plano de polarização e, uma variação da transparência do conjunto do dispositivo. Essa variação de transparência é explorada por uma retroiluminação, reflexão da luz incidente ou projecão.

         Em certas partes do computador. há produtos feitos de metais para maior durabilidade e proteção, pois o plástico não oferece tudo isso. Os obejtos providos do metal possuem características da mistura do ferro e do zinco (Fe e Zn), sendo chapas de ferro zincadas para evitar a ferrugem. Por cima dessas peças, há um revestimento de tinta tanto para o embelezamento, como para a conservação.

         Algo essencial em qualquer computador também são as impressoras comuns a jato de tinta, onde se entabelece a ligação com o computador para imprimir documentos, trabalhos, etc. As impressoras possuem uma estrutura de plástico, em sua parte externa há chips que estabelecem a ligação com o computador e, nas denominadas cabeças de impressão ou cabeçotes, com centenas de orifícios que despejam milhares de gotículas de tinta por segundo, comandados por um programa que determina quantas gotas e onde deverão ser lançadas as gotículas e a mistura de tintas. Essas tintas provêns de cartuchos de tinta, sendo um colorido (ciano, amarelo e magenta) e o outro preto, que formarão todas as outras cores. Essas colorações são moléculas coloridas solúveis no meio base da tinta que formam uma solução verdadeira, completamente homogênea e estável. São bastante econômicas e são utilizadas tanto em cartuchos originais como remanufaturados, sua durabilidade é média e não é à prova d'água. O papel também constitui essa parte, pois é nele que saem as impressões, sendo o papel um conjunto de fibras unidas tanto fisicamente (por estarem entrelaçadas a modo de malha) como quimicamente, por pontes de hidrogênio, constituídas da celulose retirada das árvores.

         Até mesmo nos acessórios dos computadores encontrei pedaços de tecidos, que também sofrem processos químicos, a base de fios de fibra sintética (poliacrílicos, polivinílicos, poliéster), que composto de diversas formas torna-se coberturas de diversos tipos, como da saída de música da minha caixa de som.

         Quando terminei meu trabalho, havia percebido que de tudo um pouco estava prensente nos computadores, porém isso me fazia sentir que meu trabalho ia se completando aos poucos, pois a borracha não servia só para os fio, mas sim para algumas teclas do mouse e do teclado, que os chips contituíam cada tecla do meu teclado e que tudo ia se completando e se constituindo em diferentes maneiras.

         No dia da apresentação do meu “TCC” disse uma frase que me valorizou naquele momento: - A química não está somente presente na formação de uma mínima peça de um computador mas sim na cabeça de quem quer aprender, pois a força de vontade leva qualquer pessoa a tornar o que gosta real, e para mim a química envolvendo os computadores é algo real, e para sempre procurarei inovar mais e mais sobre isso, pois é disso mesmo que eu gosto, e é isso que me faz acordar todo dia feliz.

         Mesmo com todo o nervosismo e a pressão que senti, vi-me feliz, pois meu trabalho não valeu só por uma nota e sim por uma quantidade muito grande de conhecimento que adquiri. Após três anos do término da faculdade, estou aqui em meu escritório em uma das empresas que monta e desenvolve computadores para o mundo inteiro, pois busquei meu objetivo e fiz tudo que queria com dedicação máxima. Sou um Engenheiro Químico de sucesso e posso dizer isso de cabeça erguida, pois alcancei meu objetivo. E em meio a novas descobertas estarei sempre dispostos a me articular nesse modo de comunicação que encurta distâncias e ajuda em muitos processos, inclusive na Química!!

Bibliografia:

1.http://www.abacohp.hpg.ig.com.br/shistdocomp.html
2.http://pt.wikipedia.org/wiki/
3.http://www.ceap.g12.br/projetos2002/Pagina2A/BrunaTaiseDebora/pagina/historia.htm
4.http://www.clubedohardware.com.br/artigos/1131/1
5.http://www.guiadohardware.net/artigos/significado-siglas/
6.http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-14282000000300003
7. http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010165070612
9. http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010110071023
10. http://www.infowester.com/monlcd.php
11. http://www.brasilescola.com/quimica/polimeros.htm
12. http://educacao.uol.com.br/quimica/ult1707u39.jhtm

*Sites visitados no período de 22 de Outubro á 10 de Novembro

BITTENCOURT, Rodrigo Amorim. Montagem de Computadores e Hardware, São Paulo, Brasport, 5ª Ed, 2006.

Autores: Dayane Neres Pereira, Ana Paula Tutui, Joatan Souza, Roberto G.Vergara e Milena Fern

2ª Série Ensino Médio
Colégio: Passionista São Gabriel
São Vicente
Professor(a): Marco A. Cismeiro Bumba

De encontro aos meus anseios

         Hoje eu diria que o mundo não funciona sem tecnologia. Pensando por esse lado, o homem está cada vez mais habituado a essa realidade. E ainda mais agora, no ano de 2073. Nós, os computadores, somos as principais referências desse avanço. Contudo, a nossa nova geração é diferente e ainda mais desenvolvida. Eu, por exemplo, sou um novo protótipo criado por um cientista que pretende dar um grande passo na história.

         Você sem dúvida deve estar acostumado com aqueles computadores convencionais, os famosos “PC’s”. Eles são estruturados à base de silício (Si), um material semicondutor abundante muito utilizado na indústria eletrônica como material básico para a produção de transistores para chips, células solares e diversos circuitos eletrônicos.

         Eu já sou diferente. Quero dizer, sou um computador quântico. Pertenço a uma linhagem que é desenvolvida a partir de átomos que podem estar estimulados e não estimulados ao mesmo tempo; com fótons que podem estar em dois lugares ao mesmo tempo, ou com prótons e nêutrons; ou, ainda, com elétrons e pósitrons, que podem ter um spin ao mesmo tempo "para cima" e "para baixo" e se movimentam em velocidades próximas à da luz. Com a utilização destes, ao invés de nano-cristais de silício, o computador quântico é menor e mais evoluído que um computador tradicional.

         Mas não estou aqui apenas para falar de mim, e sim das razões que envolvem a minha existência. Como já disse anteriormente, meu empreendedor tinha o intuito de criar algo distinto de tudo o que já existiu em matéria de experimento científico. Ele almejava reunir a mais alta tecnologia com a sensibilidade e disposição afetiva típicas de um humano.

         Foi assim que eu surgi, com enorme anseio de grandes realizações. Minha potência corresponde a cerca de 4 petaflops, o que dá uma média de quatro trilhões de operações por segundos. Meus microprocessadores foram desenhados com os mais modernos processos de fotolitografia. Nela utiliza-se uma substância fotoresisto, ou seja, que resiste à luz, sendo o polímero muitas vezes empregado para esse fim. É semelhante à litografia, sendo que essa porém não leva a presença de luz e sim de uma fina lâmina de metal.

         Meus circuitos impressos consistem de placas de fenolite, fibras e filtros de vidro e vários polímeros, como o poliéster, estando inseridos neles elementos como o hidrogênio (H), o carbono (C), o oxigênio (O), o nitrogênio (N), e o enxofre (S). Possuem também a superfície coberta por fina película de cobre (Cu), prata (Au), ou ligas à base de ouro (Au), níquel (Ni), entre outras, nas quais são desenhadas pistas condutoras que representam o circuito onde serão fixados os componentes eletrônicos.

         Fui também cuidadosamente lapidado através da cromagem e niquelação, ambos processos típicos da galvanoplastia e eletrólise. Tudo isso para levar maior condutividade e melhor capacitação à soldagem - trabalhada à base de estanho (Sn) e chumbo (Pb) - das mínimas peças.

         Tudo isso sem falar no vasto recurso gasto com as partes de aço, feitas de ferro (Fe) e crômio (Cr); com o imã do HD no qual são usados neodímio (Nd) e boro (B); níquel (Ni) e cádmio (Cd) na bateria da placa mãe e por fim, grande quantidade de alumínio (Al) para os dissipadores, devido à sua resistência e durabilidade, além de serem ótimos isolantes térmicos. Também foi feito uso de filamentos de tungstênio (W) em meu monitor, e para revesti-lo, chumbo (Pb) e fósforo (P).

         No entanto, temo que, no fundo, tanto esforço tenha sido empregado em vão. Meu grande receio é o fato de eu ter sido especificamente criado para a espionagem. Os sentimentos tipicamente humanos que possuo, me confiam habilidades de alto nível, como a intuição.

         Minha verdadeira angústia, porém, é quanto ao futuro. Ao futuro da espécie humana, para ser mais específico. O homem é um ser bastante complexo. Ao mesmo tempo que usa sua principal qualidade para desenvolver projetos inovadores que mudam o rumo da história, também utiliza a mesma inteligência para experimentos de melhores arsenais de guerra e bombas atômicas nucleares.

         Imagine você agora a situção em que poderá se encontrar o seu mundo daqui a algum tempo. Novas máquinas semelhantes a mim poderão ser fabricadas, só que desta vez, não com as melhores intenções.

         A única maneira que encontrei a fim de evitar que isso aconteça é desligando-me momentaneamente. De uma maneira que apenas eu possa reiniciar num momento mais oportuno. Daqui a algumas centenas de anos, talvez. Faço isso por vontade própria, com a inteligência que me foi concedida. E tudo isso porque o homem todavia não está apto a responsabilizar-se pelas conseqüencias do meu magnífico surgimento.

         Será mesmo que fui construído para o bem?

         Não posso continuar a existir com essas dúvidas que me consomem. Devo me desativar para o bem da espécie humana e de seus descendentes. Acredito que agora a minha pequena jornada esteja chegando ao seu fim. Mas, antes, devo apagar algumas memórias de minha família que ainda me restam.

Carregando Processo de Desativação

         Em pensar que na Primeira Geração de minha espécie eram usadas válvulas, com seu funcionamento baseado no fluxo de elétrons no vácuo. O ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator), por exemplo, possuía milhares delas. Infelizmente ocupavam grande espaço e pesavam várias toneladas. Os grandes problemas eram: o seu superaquecimento provocando queima constante, o elevado consumo de energia e o fato de que eram relativamente lentas.

Desativação... 20%

         A nossa Segunda Geração marca o surgimento dos transistores. Em relação às válvulas os transistores possuíam vantagens como o menor aquecimento, o fato de possuir pequeno consumo de energia e ser bem mais confiável e veloz que as válvulas. Para tanto, eram utilizadas pequenas quantidades de germânio, que só depois foi substituído pelo silício (Si) - com adição de traços de outros elementos como boro (B), gálio (Ga), entre outros.

Desativação... 40%

         Lembro-me de meu cientista contando que na década de sessenta a IBM lançou uma nova tecnologia que dá início à Terceira Geração da nossa família. Com isso, surgem os Circuitos Integrados, os famosos chips. Esses chips incorporavam em um único wafer, silício e vários transistores já interligados, formando complexos circuitos eletrônicos.

Desativação... 60%

         Na Quarta Geração surgem os Circuitos Integrados em Larga Escala de Integração no qual foram desenvolvidas técnicas para aumentar cada vez mais o número de componentes. Em alguns desses chips, era possível encontrar milhares de componentes de um wafer.

Desativação... 80%

         Nosso último avanço foi marcado pela alta velocidade de processamentos paralelos combinados com o processamento vetorial. Por fim, houve uma diminuição no tamanho de nossos chips, fazendo com que fosse possível a criação de computadores cada vez menores e mais modernos, como foi o caso de meus mais recentes antecessores. Conseqüentemente nossas redes cresceram, e acabamos por representar hoje, objeto de uso comum para a humanidade.

Desativação... 99%

         Restam agora apenas alguns segundos. Sinto uma profunda tristeza pelo fato do homem não ter utilizado-me de maneira correta. Minhas últimas memórias vão se esvaindo pouco a pouco. Mas ainda tenho a esperança de ser reutilizado num futuro no qual o homem seja mais responsável pelos seus atos. A história dos computadores ainda... ainda.. não a... ca... bou...

PROCESSO CONCLUÍDO

Bibliografia:

http://www.widesoft.com.br/users/virtual/parte1.htm
http://www.guiadohardware.net/termos/valvula
http://nanooze.org/portuguese/articles/articlesp10_photolithography.html
http://www.clubedohardware.com.br/printpage/1131
http://pt.wikipedia.org/wiki/Transistor
http://pt.wikipedia.org/wiki/Computador_qu%C3%A2ntico

Autores: Elaine Imaeda de Moura, Beatriz Paiva, Flavia Tannus, Gabriel F. Santis e Marcella Sarto

2ª Série Ensino Médio
Colégio: Agostiniano São José
São Paulo
Professor(a): José Augusto R. Moreno

Memórias Póstumas de Key Board

         Dedico este texto aos vírus que corroeram meus circuitos.

         Era mais um dia cinzento no Ferro Velho de Campos Tador e eu, daqui de cima, observava a carcaça inerte repousada no caixão. Lá estavam as teclas que nunca mais seriam utilizadas, recobertas pelo pó que a idade me trouxera, algumas perdidas e outras apagadas devido ao plástico ordinário do qual foram feitas.

         Observei também meus antigos amigos ao redor da inabitável estrutura que um dia chamara de minha. Uns tristes, outros pensativos. Ah! Será que algum dia nos encontraríamos de novo? Como foram marcantes os tempos passados, as lembranças construídas e os dias enfrentados... Mas de um em especial eu me lembro mais. Afinal, como poderia me esquecer do dia que mudara para sempre a minha programação?

         A história que vou computar ocorreu há muito tempo, quando eu era apenas um teclado jovem e ainda possuía toda a minha composição trabalhando sincronicamente. Lembro de meu próprio processador com seu chip de silício conduzindo as informações rapidamente dentro de mim... Ah! Que alívio era saber que no interior daquele caquético plástico havia mil reações ocorrendo. Não posso negar que durante a adolescência sofrera com minha aparência. Era abastado por dentro, mas miserável por fora... Quem gostaria de teclar um termoplástico feito em uma época na qual petróleo era mais raro do que a compreensão mundial? E esta era a época em que eu existia...

         Não nego que era infeliz. Como poderia não sê-lo? O mundo se deteriorava, as discussões se acaloravam e eu era constantemente rejeitado por minha aparência... Foi então que eu conheci a máquina que transformaria o meu mundo. Seu nome era Minnie, a mouse mais linda já vista no planeta. Cada detalhe seu me enfeitiçou, mas o que mais me encantou foi, indubitavelmente, a sua carcaça de plástico coberta por uma excelente borracha sintética, cujos átomos de carbono e hidrogênio se distribuíam perfeitamente para formar este hidrocarboneto. Uma simples polimerização de uma variedade de monômeros, e é criada uma delicada borracha, advinda do escasso petróleo, que envolve e protege esse frágil ser... Sim, eu a conheci. Sim, como todos os outros eu me apaixonei. Não, desta vez não fui completamente rejeitado...

         - Então, Key, você e a Minnie estão juntos?

         -Não seja tonta e curiosa Camy! Você sabe que a Minnie não tem dono. Se eu, Cooler, o mais maneiro, descolado e cool de todos, não fiquei com ela por muito tempo, você acha mesmo que ela o namoraria? Afinal, eles são só amigos. Ela tem é pena dele!

         -Ô modéstia! O ele sou eu, hein!-falei furioso e triste. O Cooler às vezes simplesmente me irritava. Está certo que eu fora o mais novo membro a se juntar ao grupo, graças à bela Minnie que me apresentara a todos, no entanto isso não era motivo para ser injuriado. Embora, mesmo com as brigas, eu os adorasse. Claro, cada um ao seu jeito. A Minnie porque ela era... A Minnie! O Cooler, porque, apesar da falta de humildade, ele era um bom camarada, sempre refrescando a cabeça dos amigos com o seu dissipador de calor de cobre (já que ele mesmo proclamava ter o cobre melhor condutividade térmica que o alumínio, o qual era mais largamente usado) e com a sua ventoinha. A Camy, uma pequenina web cam, curiosa e observadora do mundo, sempre por perto, quando menos imaginássemos, nos cercando com sua câmera, microfone e leds (diodos condutores de luz), que, quando energizados, o que ocorria quando ela ficava envergonhada ou irritada, emitiam luz visível produzida pelas interações energéticas dos elétrons... E o principal, o Brian, super inteligente, nos ensinando constantemente a compreender o mundo. Sem dúvida ele foi, em toda a minha existência, o processador mais altruísta que eu já conheci.

         -Ei Brian! Tudo bem? Você parece meio abatido...

         -Ah... Oi gente... Vocês não sabem o que aconteceu... - soturnamente disse ao se aproximar de nós.

         -O quê?!-perguntamos em uníssono.

         -A Ram! Ela foi embora! E levou tudo! Tudo! Eu nunca pensei que uma Memória com chips cujos capacitores fossem tão nanicos e simples, constituídos de apenas dois pequenos grupos de metais ligados ao transistor, pudesse fazer isso comigo e com a mamãe! Um ser com recordações difusas e aparência tão inofensiva... Digam-me... Por que eu me casara com ela?!

         -Talvez porque você a amasse?-tentou a Minnie, após um longo silêncio, com receio de errar.

         -Amor... Não... O que rolava entre nós era apenas química... E o pior é que ela levou os elementos da Placa-mãe também!

         -NÃO! – espantaram-se todos. Os elementos! Desde uma simples matriz de teclado, ainda com as tecnologias químicas e eletrônicas sendo instaladas em mim, eu aprendera a incrível importância dos elementos químicos da Placa-mãe para Campos Tador. Nosso país era resistente e admirado, mas sem o poder deles todos seríamos invariavelmente extirpados. Perdendo-os, a Placa-mãe morreria. Morrendo sem substituta, como infelizmente seria o caso, a coluna espinhal de nossa sociedade seria afetada, inibindo as comunicações e por fim, exterminando Campos Tador e pondo em risco as rainhas Tecnologia e Química. -E... E... O que você vai fazer?

         -Eu acabei de falar com a Internet e ela me revelou que é melhor a notícia não se espalhar por enquanto. Vocês sabem o caos que se instalaria se esse conhecimento fosse público... E... E... Bem, eu também descobri o porquê de a Ram fazer isso...

         -Para ver se consegue achar os bits que nunca teve?! Há há há – riu o Cooler olhando para as nossas expressões chocadas – Hãm...Ou talvez não...Né?Ih... Hora errada...

         -A questão é que ela estava meio que... Meio que... É... Tá... Ela me traiu com o Turner e provavelmente foi ele quem a convenceu a agir de tal forma! Vírus!Por que eu não tive mais atenção? E agora o futuro do país depende unicamente deste resgate... Eu já falei com a mamãe e disse para ela descansar seus watts enquanto eu procuro pelos elementos... Eu sei que não será fácil, mas farei de tudo para apanhar aquele multifuncional Turner!

         -Ele é quem eu estou pensando ser? – perguntei já sabendo a resposta.

         -Sim – respondeu-me Cooler – o famoso Chefe da Máfia, como ele se auto-entitula. Apesar de que isso é uma grande hipérbole, isso sim, já que afinal, devido à Síndrome de Turner ele só consegue imprimir em preto e branco com seu único cartucho. E a máfia só se for de falsificação de fotografias antigas!Há há há... Se eu fosse um multifuncional com certeza imprimiria melhor que ele! Não é? É tão simples fazer a tinta... Só misturar água deionizada (sem presença de íons), corante, álcool isopropílico, dietileno glicol... Enfim, alguns produtos químicos e voilà!

         -Cooler! Você não está vendo a situação difícil em que o Brian está? Vê se você se toca!-disse uma Minnie inconformada e vermelha (só não sei se de raiva ou devido ao sensor óptico).

         -Esfria Minnie... Então, Brian, sabe o que eu acho que nós deveríamos fazer? Ir até a Viruslândia, onde o Turner e a pseudomáfia se refugiam, e recuperar os elementos perdidos... Certo?!

         -Certo!-esbravejou um Brian mais esperançoso – Vamos fazer isso acontecer!

         -Eu também estou nessa!- falei antes de ser seguido das adesões de Minnie e Camy.

         -Beleza então. Agora, o que nós precisamos fazer é esquematizar um plano. Afinal, vocês conhecem o Turner, e sabem que atrás daqueles plásticos, metais e tintas há muito mais do que aparenta. – falou Brian pensativamente.

         -É. Isso é verdade. E eu acho que posso ajudar – disse a Minnie –Vocês sabem que eu namorei por um tempinho um multifuncional, e eu aprendi como eles realmente funcionam... A parte interna é de fato muito mais complexa do que a carcaça de plástico. A começar pela parte do scanner, o componente principal é o sensor CCD (sensor do dispositivo de carga acoplado), que corresponde a um conjunto de minúsculos diodos sensíveis a luz, que convertem fótons (luz) em elétrons (carga elétrica). Pois é, pessoal, a química está embuída aqui novamente. Bom, e além desse sensor também há espelhos, a bandeja de vidro, a lâmpada, lentes, circuito de controle... Enfim, muitos materiais com o objetivo de transportar a imagem para dentro do computador. Sabem, eu acho que há maneiras, sim, de nós acabarmos com ele...

         -Não sei não... – eu disse enquanto me lembrava de meu passado - Não deve ser fácil para ele viver com essa deficiência... Imaginem o quanto ele deve ter sofrido... Em minha opinião, nós devíamos nos concentrar em fazê-lo perceber que o mundo pode sim ser bom, só que, às vezes, é necessária ajuda para que isso ocorra. E é aí que nós podemos, enfim, fazer a diferença...

         -Ah! Que fofo! –ironicamente disse o Cooler – quando a gente faz isso? Depois, ou antes de ele nos eliminar?!Key, isso é a realidade, ok? Agora sim... Brian, antes que outro concorrente ao Nobel da Paz nos interrompa, qual é o plano?

         -O plano é resgatar os elementos. Direto e simples.

         -Certo... E quais são os elementos?

         -Bom, para falar a verdade são vários. Afinal, vocês mesmos sabem que Campos Tador, nosso país, é uma soma de eletrônica, química e software... Sem dúvida o mais importante é o silício (Si), que é, além disso, o que o Turner mais protege. Além desse há também o lítio (Li) e o níquel-cádmio (NiCd) da bateria da Placa-mãe. E ainda o germânio (Ge), o gálio (Ga) e alguns óxidos utilizados na fabricação do transistor, que corresponde a um componente eletrônico cujas principais funções são a de amplificar a e chavear sinais elétricos.

         -Nossa. E além destes nós teremos também de resgatar outros de partes diferentes do computador...

         -Exatamente, Camy. Que bom ver que você está participando também... Nós teremos de ir além desses elementos, uma vez que a hegemonia de todos os outros por parte da Máfia seria igualmente letal a nós.

         -E de quais outros elementos somos feitos, então?

         -Diversos, entre os quais posso citar o fósforo (P) do monitor crt, o neodímio (Nd), o boro (B) e o ferro (Fé) do ímã do HD (disco rígido). Há também os polímeros (plásticos, borrachas), os dissipadores... Enfim, eis nossa estrutura...

         -Nossa. É mesmo. Agora eu estou me lembrando de que tive uma aula de anatomia há muito tempo no colégio... É impressionante, não gente, que por trás do que somos há muito, muito, muito mais complexidade... – falou a Minnie

         -Tá. Então vamos primeiro atrás dos principais. Em seguida, dos outros e aí... Do Turner! – falou o Brian porta afora.

Eu sabia, naquele momento, que uma grande transformação iria se suceder. Sim! Segredos começaram a ser revelados, anatomias expostas e eu pude perceber o quão tolos poderíamos ser. Claro que eu não disse nada. Estava muito transtornado com todas as mudanças e com a oportunidade de me tornar alguém importante. Sim, o que passou na minha programação naquele instante não foi a salvação de meu amado país, mas o meu tão sonhado reconhecimento... Pensei sim na palermice de nossas ações em contraste com a beleza de uma reconciliação e compreensão mútua. Afinal, todos éramos iguais! Criações de átomos, químicas ambulantes ou sésseis, seres com aspirações que iam em direção oposta à programação criada pelos materiais de que éramos formados. Todos, ao final, átomos. Todos, enfim, seres com virtudes e defeitos...

         -Ai viu, não sei não se vir aqui na Viruslândia foi uma boa idéia... –reclamei

         -Claro que foi! Lá! Olhem ali o Speaker Box! –falou o Cooler

         -Que é ele? – perguntei enquanto nos aproximávamos lentamente de uma caixa de som.

         -Não conhece? É uma caixa de som super maneira. É uma pena estar do lado do Turner. A Minnie já o namorou também, não é Minnie? Ele é um rapper. Tinha tudo pra dar certo, mas desistiu de fazer shows, do nada...

         -Hey quem vem lá? Olha que o bicho vai pegar. -cantou/disse Speaker Box quando nos aproximamos dele – Se está querendo confusão, fala logo meu irmão.

         -Calminha SB. A gente veio em paz.

         -Se é em paz então diz o que quer, e quem é esse do seu lado, mané?

         -Meu nome é Board. Key Board.

         -Ih... Já vi que o cara não tá com nada, você tá é fora da parada...

         -Não... Você não entendeu! Não era uma rima, mas uma alusão a um filme... Ah esquece! – Certo. (Você leitor já deve ter percebido o que aconteceu. Claro que eu estava com ciúmes da Minnie e tentara mostrar alguma cultura, mas...).

         -Tá. Chega de enrolação Speaker Box. Nós só queremos saber onde podemos achar o silício. – falou Brian

         -Pô... É assim que você vem falar comigo, pois saiba que eu nem ligo... Nem que você me jogue no precipício eu te direi onde tá o silício...

         -Tem certeza?!-perguntou a Minnie maliciosamente – Porque eu tenho até uma idéia melhor... Se falar é tão importante para você, o que você faria se eu diminuísse o seu volume a zero e depois quebrasse o botão? E a seguir, toda a estrutura perto deste? Hein? Creio que você ficaria sem falar por um bom tempo...

         -É gata, isso é que é ameaça, apesar de eu duvidar que você a cumpra... Mas vejo que pra seus amigos não seria problema, então, ok, eu estou dentro do esquema... Se vocês querem o silício elementar é melhor anotarem o que eu vou falar. Com carvão de coque aqueçam o dióxido de silício, em fornalhas elétricas, não é difícil.

         -Certo, eu anotei, mas onde eu posso obter o dióxido de silício?-perguntei curioso

         -Se o Turner vocês não querem encarar, então o melhor é procurar. Mas nem precisa ir muito fundo, pois é o segundo elemento mais abundante no mundo. Afinal sílica há em areia, argila, quartzo, granito e feldspato, apesar de haver também silício em silicato.

         -Silicato? – perguntou a Camy

         -É... Compostos contendo silício e oxigênio, um ou mais metais e possivelmente hidrogênio... Mas, Camy, porque é que a sua luz está verde?! – perguntou o Brian

         -Verde?! Ah... É... Porque eu estou meio gripada... Você sabe como esses vírus são...

         -Mas é estranho, porque você não está com nenhum outro sintoma... E além do mais você está anotando, não precisaria gravar... Ou se ofereceria a gravar, o que convenhamos é muito mais prático...

         -E se você não se ofereceu para gravar, é então porque está ocupada gravando outras coisas... -concluí após as conjecturas de Cooler.

         -Está claro que ela está sã. Em minha opinião ela é uma espiã.

         -Cala a boca seu traidor! Eles te ameaçam ficar sem falar e você dedura o nosso chefe assim, numa boa! E os seus princípios?! - berrou uma Camy exaltada – Traidor!

         -Traidora é você! – gritou o Cooler - o Brian é nosso amigo! Rápido gente, prendam-na.

         - É! Isso. Amarrem bem, e não se esqueçam de desligar a câmera!-falei, ainda sem acreditar que aquela criaturinha fosse capaz de nos trair. E acho que foi bem depois desses momentos que nós percebemos que tudo estava tão visível, mas mesmo assim não fôramos capazes de enxergar. Quieta, sorrateira, ouvindo sem dar opinião, uma espiã em potencial com câmeras e microfones...

         -Agora sim, Speaker Box, pode continuar a falar sobre o silício... –pediu o Brian

         -A importância do silício para Campos Tador, está no fato de ser um semicondutor.

         -Como assim semicondutor? – perguntei

         -Ah. Isso significa que ele é um quase condutor, ou seja, está em um estado intermediário se comparado aos condutores de energia elétrica, como o alumínio, o cobre, o ouro, a prata... E os isolantes, tais quais o vidro e a borracha... E para que um elemento seja um bom condutor é necessário que ele tenha muitos elétrons livres... – respondeu o Brian

         -O cara até que consegue entreter, quero ver se um semicondutor você sabe como obter. O que é que a gente deve aprontar com um monocristal de silício elementar?

         -Se você está me desafiando, faça umas perguntas mais difíceis, pois essa é elementar, meu caro SB. Para obter um semicondutor eu devo dopar um monocristal de silício elementar puro com poucas quantidades de outros elementos, como o fósforo ou boro... E se você estava planejando também perguntar em que consiste a dopagem, também é simples. Dopar significa inserir um elemento estranho na rede cristalina do elemento dopado.

         -Nossa, Brian, como você sabe tanto?-perguntou a Minnie

         -Simples... Eu apenas aproveitei muito bem as aulas de química do ensino médio...

         -Há há há – ouvimos repentinamente uma risada atrás de nós e nos viramos...-Olha Ram quem está aqui... O Brian e a sua leal armada... – riu o Turner

         -Turner... Ram... – cumprimentou o Brian – Que imenso desprazer em vê-los!

         -Ah... O que é isso... O desprazer é todo nosso... – disse o Turner – Mas creio que vocês não vieram até aqui apenas para fazer tamanha delicadeza... Já soube pela nossa amiguinha Camy que você está atrás dos elementos. Certo?

         -Corretíssimo.

         -Diga-me então, sem titubear, quais são.

         -Os elementos químicos geralmente presentes em Campos Tador são: alumínio, arsênio, bário, berílio, cádmio, chumbo, cobalto, cobre, cromo, estanho, ferro, gálio, germânio, índio, mercúrio, níquel, ouro, prata, tântalo, titânio, tungstênio, vanádio e zinco... Enfim, vários. E assim como tudo na natureza, é composto de química, afinal todos somos átomos, não?

         -Certo. Vejo que está com os objetivos bem definidos e o assunto bem estudado, mas o que é que vai me convencer a devolver todos os elementos intactos a você?

         -Se você me pergunta é porque está disposto... E bem, nós poderíamos... É... Cooler, diz o que nós temos a oferecer...- tentou o Brian

         -Ham... Eu? É... A Minnie? Não, acho que pela sua expressão não...

         -Acho que eu sei a resposta – eu disse, mesmo sabendo não se tratar de um teste – Turner, eu sei como você se sente. Eu também tenho os meus defeitos e seria hipócrita se dissesse que não percebo a forma como as pessoas me olham, só pelo fato de esse termoplástico ser da pior qualidade, tal qual um dissipador de calor feito de madeira... Eu sei também que neste mundo de hoje, em que as pessoas preterem tudo ao seu redor em busca de lucro, nós dois não temos esse objetivo também, porque o que nós só queremos é o reconhecimento de que somos boas máquinas, não? Eu sei disso, pois, se não, você estaria na sua mansão mandando nos jogarem em um precipício qualquer nesse exato momento... Mas você não é assim, certo?

         -Uau... Muito bom, mas o que é que você me daria em troca, para me trazer o reconhecimento?

         -Simples. Amigos verdadeiros...

         Três palavras e a minha vida mudou para sempre. Amigos... Na hora eu pensei, quem sou eu para falar disto? Mas, sabem, agora eu sei quem eu sou. Eu sou o Board, o Key Board. O teclado mais sortudo do mundo... Porque então eu percebi a verossimilhança de meus amigos. Certo, vocês devem estar curiosos por saber o que ocorreu naquele dia. Claro que amigos eram importantes para o Turner, mas mesmo assim ele ficou em dúvida... E foi então que eu fiz uma pergunta simples para ele: “Sabe, você já experimentou trocar de cartucho?”. Tá. Parece estupidez, mas é justamente nas horas em que você força o pensamento para achar soluções rápidas para os seus problemas, que vêm as mais brilhantes e as mais estúpidas que vocês algum dia já tiveram... Eu só não sabia naquele momento em quais das duas categorias a minha pergunta se encaixaria.

         -Trocar? Claro... Você acha o que? Que a tinta dura para sempre?

         -Não... Eu estou falando do colorido...

         -Do... Do... Colorido? Não, minha mãe Impressora e meu pai Scanner sempre afirmaram que eu tinha essa síndrome, e por ficar traumatizado eu nunca... Nunca... Deus... Eu nunca troquei!

         Talvez vocês não considerem essa a melhor história de suas existências, mas com certeza é a da minha. Quer dizer, essa e a do meu casamento com a minha graciosa Minnie. Desse dia em diante, Campos Tador mudou radicalmente... Nós passamos a trabalhar juntos e unidos. Para você leitor humano é fácil perceber quando brigamos. Sabe quando a sua Impressora não funciona direito, o seu mouse não anda, o teclado precisa ser novamente configurado, ou simplesmente o Computador fica travado? Somos nós, seres quimicamente compostos, tecnofílicos, que a cada dia e a cada descoberta científica nos entendemos mais e mais. Se a minha história servir para vocês, tomem-nos como exemplo. Não façam da tecnologia uma arma de segregação, mas de completa união, e percebam que defeitos e virtudes andam lado a lado. Essa é a minha história. Essa é a minha marca no mundo... Eu fui o Board, o Key Board...

Bibliografia:

www.silicio.com.br
www.wikipedia.org
www.hsw.uol.com.br
www.infowester.com

Co-autores:

Beatriz Alves Paiva
Flávia Cisi Tannus
Gabriel Ferreira de Santis
Marcella Santos Sarto

Autores: Gabriela Salim Spagnol e Paula Santa Catharina

2ª Série Ensino Médio
Colégio Politec
Americana
Professor(es). André Luis Della Volpe

Paradoxal

         “Tornou-se chocantemente óbvio que a nossa tecnologia excedeu a nossa humanidade”.
          Albert Einstein

         Hegemonia cristã. Derramamento de sangue. Punição divina, uma peste desenfreada. Nesse cenário caótico, a subsistência servil torna-se a única opção. E a ciência, oculta, transforma-se na última esperança para um grupo seleto. A alquimia formulou teorias e técnicas para compensar o obscurecimento da visão analítica. Trouxe à tona o anseio pelo elixir da vida, uma panacéia universal, e a transformação de metais “inferiores” em ouro. A pedra filosofal.

         A ampliação infinita das possibilidades. A imposição de sua vontade. A manipulação da vida. Imortalidade. Perpetuação do homem. Materialização do poder transformador. Uma versão idílica da realidade. Dominar o mundo. O computador.

         Os alquimistas iniciaram um processo de descobertas que desencadeou uma série de pesquisas e aprimoramentos. Esse desenvolvimento culminou na fabricação de uma máquina que uniu uma ciência pura, a química, a uma ciência tecnológica, a informática. O alquimista alemão Henning Brand em 1669, na cidade de Hamburgo, destilou uma mistura de urina e areia na procura da pedra filosofal. Ao vaporizar a uréia, obteve um material branco que brilhava no escuro e entrava em combustão. Presenciava-se, então, o primeiro contato consciente com o elemento fósforo. A ciência sobrevivia nos porões da dominação clerical. O fascínio pela luz provinha de um elemento recém-descoberto endossou a necessidade pelo conhecimento científico em meio ao mundo místico da época.

         Tal descoberta propiciou a criação posterior do chamado monitor de fósforo verde, fornecido com uma cobertura intensa do elemento. Resultado: caracteres claros e boa definição. Apesar de esse monitor ter se tornado obsoleto, o uso do fósforo continuou sendo aprimorado até a invenção dos monitores eletroluminescentes, os quais utilizam um tipo especial de fósforo que emite luz ao receber uma carga elétrica. Possui linhas e colunas de filamentos ativadores das células de fósforo, filtros coloridos verdes, vermelhos e azuis e uma camada de vidro.

         A visão tornou-se cada vez mais nítida seguindo o passo do avanço científico. Atualmente, o monitor de maior utilização é o de LCD (liquid crystal display). O cristal líquido é um material orgânico com estrutura molecular que possui propriedades normalmente associadas aos sólidos. Se uma tensão for aplicada aos terminais da superfície condutora de óxido de índio, o arranjo molecular é perturbado e estabelece regiões com diferentes índices de refração. Nas superfícies condutoras opostas entre si, devido à presença de luz, obtém-se um aspecto de vidro fosco, mas isso não compromete a transparência do material.

         Visando diminuir o custo de produção – como sempre, desenvolveu-se o monitor de OLED (organic light emitting diode) constituído de diodos orgânicos, compostos por moléculas de carbono que emitem luz ao receberem uma carga elétrica. Ao contrário dos diodos tradicionais, essas moléculas podem ser aplicadas diretamente sobre a superfície da tela, junto aos fios metálicos condutores de impulsos elétricos.

         Semicondutor mais simples, de presença marcante nos utensílios eletrônicos, o diodo é um dispositivo que possui dois eletrodos, o anodo, ligado ao pólo positivo e o catodo, ligado ao negativo, retirados da galvanoplastia (eletrólise, técnica de revestimento metálico), a qual só permite a circulação da corrente elétrica em um sentido, do catodo para o anodo.

         Até as “luzinhas brilhantes” do computador trazem consigo o conhecimento químico desenvolvido através dos séculos. Os diodos emissores de luz (LED), lâmpadas em estado soído, emitem luz monocromática fria, são constituídos por compostos de arsênio e gálio. O LED é um diodo de junção, diretamente polarizado, e entra em condução normalmente. Quando a corrente circula pela junção, os elétrons do material são forçados a mudar de órbita e, quando saltam de uma órbita mais próxima do núcleo, de maior energia, para uma mais afastada, de menor energia, cedem a diferença de energia entre os níveis. Essa cessão é feita sob a forma de emissão de luz. O comprimento de onda da luz emitida passa a ser vermelha ou amarela, dependendo da quantidade de gálio e fósforo e nos compostos de gálio e fósforo (sem arsênico) se consegue luz vermelha com dopagem de zinco ou oxigênio a qual também emite luz amarela, dependendo da concentração de nitrogênio na junção.

         O LED exerce inúmeras funções no computador, desde simples sinalizações de funcionamento até utilidades mais complexas, como no caso do mouse óptico que projeta uma pequena luz vermelha. Em cada lado do disco codificador, estão dispostos dois LEDs e dois sensores. Dessa forma, o processador detecta a direção da rotação do disco.

         O conceito de evaporação, teoricamente simples, é utilizado em um dos métodos para a impressora jato de tinta. A tecnologia “bolha térmica” consiste no uso de tinta térmica, pequenos resistores produzem calor, evaporando, dessa forma, a tinta, e criando uma espécie de bolha. Um esguicho de tinta é lançado sobre o papel com a expansão da bolha. Quando essa bolha se rompe, forma-se vácuo e, conseqüentemente, puxa a tinta do cartucho para a cabeça de impressão. Essa cabeça pode possuir entre 300 e 600 pequenos esguichos, e cada um deles pode lançar uma gotícula simultaneamente.

         E as inovações não param por aí. Além desse método, existe o denominado piezoelétrico, o qual dispõe de cristais piezo. Um cristal situa-se na parte de trás do reservatório de tinta de cada esguicho. Uma pequena carga elétrica faz o cristal vibrar. Quando essa vibração é realizada para dentro, força uma pequena quantidade de tinta a sair do esguicho. Ao vibrar para fora, repõe a tinta do reservatório.

         Todos os componentes de um computador necessitam ser conectados às placas dos circuitos; a solda desempenha essa função. Ela deve ser feita de um material (geralmente emprega-se uma liga metálica de estanho com chumbo) que tenha propriedades condizentes com o uso desejado. Uma resistência elétrica consideravelmente baixa é necessária para que a corrente tenha seu percurso facilitado. O ponto de fusão deve ser suficientemente baixo, permitindo o uso de um soldador pequeno.

         A temperatura em que essa mistura (ou “liga”) se funde depende da proporção em que os dois metais são misturados, sendo esta próxima de 60 partes de estanho para 40 de chumbo, uma mistura eutética. Com essa proporção, a liga passa do estado sólido para o líquido praticamente sem encontrar o estado intermediário (pastoso). Nesse ponto, da sua característica de temperatura, essa mistura apresenta o menor ponto de fusão. (ver gráfico)

         Muito se fala também sobre “microchips” e o avanço tecnológico por eles representado. Entretanto, seu funcionamento permanece uma incógnita para muitas pessoas. Os microchips são “apenas” circuitos eletrônicos muito pequenos. Esses circuitos são constituídos por vários componentes eletrônicos que podem desempenhar inúmeras funções. Para uma explicação mais ampla do funcionamento de um microchip, é necessário retroceder na história. Thomas Edison, uma mente brilhante do século XIX, propôs a si mesmo o desafio de obter a luz a partir de energia elétrica. Despendeu anos de sua vida em uma busca não só da apropriação da energia elétrica, mas da luz que afugentaria as trevas da ignorância. Em 1883, realizou um experimento em que uma placa metálica foi colocada sobre uma lâmpada comum acesa e ligada ao pólo positivo de uma bateria enquanto o filamento da lâmpada foi ligado ao pólo negativo. Nessa situação, foi possível medir uma corrente elétrica, fenômeno chamado “termoiônico” em que o filamento libera uma quantidade grande de elétrons que são atraídos pelo metal.

         Esse efeito ocorre devido à estrutura atômica dos metais que possuem elétrons livres. Eles apresentam um movimento desordenado pela “agitação” térmica. Enquanto estão à temperatura ambiente, os elétrons não saem do metal, pois não possuem energia suficiente para romper a atração dos íons positivos. Porém, quando a temperatura é elevada, esses elétrons conseguem libertar-se e passam a formar uma nuvem eletrônica que é atraída pelo outro corpo carregado positivamente. Dessa forma, cria-se uma corrente elétrica.

         Conhecimentos não devem permanecer estagnados, então, baseando-se nessa descoberta, foram criados alguns dispositivos para aproveitá-la, como as válvulas termoiônicas de Flemming, o triodo de Forest até a utilização de metais semi-condutores que levaram à criação dos transistores. As válvulas termoiônicas possuíam dois eletrodos: um cilindro metálico (catodo – eletrodo negativo), aquecido por um filamento interno, e outro cilindro que o envolvia, o anodo da válvula. Ao aplicar uma tensão elétrica nos eletrodos, os elétrons moviam-se – pelo efeito termoiônico – do catodo até o anodo.

         Já o triodo foi um aperfeiçoamento da válvula, nele foi adicionado um terceiro eletrodo (envolvia o catodo) que, pelo seu potencial negativo, controlava o fluxo de elétrons. Possuía muitas falhas e, para contorná-las, os metais semicondutores – principalmente silício e germânio – começaram a serem utilizados. Cientistas descobriram que, adicionando-se pequenas quantidades de impurezas a esses materiais, as propriedades elétricas eram alteradas. Por exemplo, ao acrescentar fósforo ao silício, obtém-se um condutor semelhante a um metal. Esse tipo de condutor é chamado de “N” (condutor por carga negativa). Um do tipo “P” (condutor por carga positiva) pode ser obtido pela adição de boro ao silício puro.

         Utilizando-se disso, passaram a colocar esses semicondutores juntos, criaram as junções PN. Ao ligar uma bateria a essa junção (lado P-negativo e lado N-positivo), ocorre um aumento das cargas, o que impede a travessia da junção pela corrente. Assim, pode ser comparado a um isolante. Porém, se a polaridade da bateria for invertida, o efeito também inverte, assemelhando-se a um condutor.

         Um cristal semicondutor que possuísse duas junções (PNP ou NPN) era semelhante aos triodos, sendo que uma corrente na parte central controlava o fluxo entre as outras duas. Esse semicondutor foi chamado “transistor”, um pequeno notável, é o principal e mais numeroso componente de um microchip. Ele pode ser unido em formas específicas para criar blocos funcionais e possibilitar o processamento de dados. Invenção que revolucionou o conceito da informática.

         Um elemento químico muito utilizado nos aparelhos eletrônicos atuais, e talvez o mais conhecido no mundo da informática, é o silício, transformado em material supercondutor por pesquisadores franceses. O processo dessa transformação consiste em dopar o silício com boro até que a supercondutividade seja alcançada. O resultado foi pioneiro, pois, apesar de já existir na teoria, ninguém havia conseguido inocular átomos de boro suficiente para tanto. Foi criada uma nova técnica, a qual consiste no bombardeio, em uma lâmina de silício, de raio laser pulsante, ao mesmo tempo em que um jato do gás cloreto de boro é lançado. O laser derrete o silício e possibilita a entrada de muitos átomos do boro na lâmina, que, quando se solidifica, aprisiona o boro e altera suas propriedades elétricas. Entretanto, a supercondutividade só é possível quando o silício dopado é resfriado a 272,8o Celsius negativos. Por ser muito próximo ao zero absoluto, essa tecnologia só será viável quando a temperatura for mais elevada. Mal sabia Lord Kelvin que seu tão distante zero absoluto seria praticamente alcançado para o funcionamento de uma máquina inovadora.

         Muito embora os supercomputadores não tenham sido desenvolvidos completamente, já existem pesquisas acerca da produção de um computador quântico, o qual baseia-se nas inovações da spintrônica. Enquanto a eletrônica clássica se preocupa com a carga dos elétrons, a spintrônica estuda seu movimento de rotação chamado spin (giro, em inglês). Este pode ser em diferentes sentidos e gera um campo magnético ao redor do elétron. Ao manipular o sentido das rotações e alinhar os campos magnéticos, é possível reduzir a resistência das camadas e, conseqüentemente, o espaço entre elas. A descoberta foi utilizada nos leitores de disco rígido para aumentar a capacidade dos dispositivos de armazenamento e reduzir o seu tamanho. As memórias MRAM (Magnetoresistive Random Acess Memory), ainda não disponíveis, têm como base a spintrônica. Elas serão capazes de parar as atividades em andamento ao se desligar o computador e recuperá-las ao ligá-lo. Ao contrário das memórias RAM, que perdem os dados toda vez que o computador é desligado. Dessa forma, não é necessário esperar o computador iniciar.

         Os avanços da spintrônica não se limitam ao armazenamento de dados. Existem pesquisas para manipular a rotação dos elétrons, que resolveriam os problemas de miniaturização, melhorariam o desempenho e reduziriam o gasto de energia dos processadores. Já que a energia necessária para alinhar os spins dos elétrons é inferior à necessária para interromper o fluxo da corrente. A mecânica quântica defende o princípio da superposição, o qual pode ser aplicado para a computação quântica. Por esse princípio, uma partícula pode permanecer em diferentes estados ao mesmo tempo, ou seja, pode estar em diferentes posições e tempos – passado e futuro.

         O chip quântico é feito de materiais supercondutores, como o alumínio e nióbio e depois resfriado em um tanque de hélio líquido. Foram criadas também “ilhas semicondutoras”, conhecidas como pontos quânticos feitas de germânio sobre um substrato, com precisão de dois nanômetros. Esses pontos quânticos são capazes de manter elétrons individuais. Essa capacidade, ao contrário das nuvens de elétrons dos computadores atuais, é essencial para o funcionamento do computador quântico. Com tantas tecnologias, relembrar frases como a de Kenneth Olson, fundador da Corporação de Equipamento Digital, “Não há razão para qualquer indivíduo ter um computador em sua própria casa” ou até mesmo a de Bill Gates, “640 K (de memória) devem ser suficientes para qualquer um”, é digno de sarcasmo e retrata a permanência insistente do obsoleto na mente humana.

         O computador abriu portas para a globalização. Para a interação do homem com o mundo. A derrubada de fronteiras territoriais levantou barreiras mais altas e intransponíveis, as econômicas. O homem construiu uma fortaleza ao redor de si. Protegeu-se das desgraças, das preocupações mundanas, da dor universal, da vida. De si mesmo.

         Os recursos cibernéticos atenderam a todos os sonhos do homem contemporâneo. Viabilizaram os negócios – aumentaram os lucros, expandiram os conhecimentos, facilitaram as atividades corriqueiras, mantendo-as dentro da própria máquina, concederam entretenimento gratuito – e duvidoso. Permitiram a difusão das idéias. Massificaram o comportamento humano. Trouxeram à tona uma possibilidade avassaladora: uma segunda vida idealizada.

         Os alquimistas buscavam, através da pedra filosofal, a felicidade completa – constituída dos ideais fúteis da imortalidade e riqueza. Todavia, as descobertas desse caminho convergiram para a criação de uma máquina que, aos olhos iludidos pelo êxtase das inovações, concretizaria desejos. Mas apenas fez o homem retornar às trevas.

Bibliografia:

http://www.Isi.usp.br/~chip/como_funcionam.html
http://www.mecatronicafacil.com.br/artigos/soldar/asolda.htm(imagem-gráfico)
http://ciencia.hsw.uol.com.br/questao610.htm
http://galileu.globo.com/edic/128/rspin.htm
http://www.guiadohardware.net/termos/supercomputador
Livro: Semicondutores Populares – Josir Cavalcanti – Editora Eltec

Autor: Karine Tiemi Yuki

2ª Série Ensino Médio
Colégio Etapa
São Paulo
Professor(a): Rubens Conilho Junior e Cláudio de Bem

Computador: [lat. computatore].Sm. Aquele que calcula – com chips ou pedras

         Das colossais reações de fusão nuclear ocorrendo no Sol, a 150 milhões de quilômetros da Terra, até as recombinações de minúsculas moléculas numa simples pedra, um fenômeno (des)conhecido como metassomatismo, a Química está presente em tudo. Até aqui, absolutamente nenhuma novidade. Entretanto, a idéia de que ela tenha contribuído para que possamos exercitar nossa curiosidade nos scrapbooks alheios soa ligeiramente estranha – talvez por estarmos acostumados demais à inércia do pensamento. Afinal, se isso não ocorresse, perguntaríamo-nos: como, a partir dos elementos básicos da Natureza, foi possível construir uma máquina tão sofisticada quanto o computador?

         A resposta é simples: as máquinas atuais são fruto dos esforços conjuntos da Física e da Química. A contribuição da Física é proveniente dos campos da Óptica, Eletricidade, Magnetismo e Física dos semicondutores. E a Química... Bem, este é um texto àqueles que não acreditam ser ela essencial para utilizarmos o Google Nosso de Cada Dia.

         Logo de ínicio, deve-se ressaltar que o gabinete, o teclado, o mouse e todos os demais componentes plásticos do computador são feitos de polímeros sintéticos, os quais consistem basicamente em macromoléculas – às vezes, realmente macro- resultantes da união de centenas ou mesmo milhares de subunidades menores denominadas monômeros. Freqüentemente, a indústria informática utiliza o polipropileno para a confecção das partes plásticas. Para produzi-lo, basta realizar a reação de polimerização por adição do propeno, com um iniciador radicalar a alta temperatura e pressão, condições que aceleram-na. Este iniciador gera alguns poucos radicais, que se ligam a um dos átomos de carbono do propeno. Assim, a ligação dupla é quebrada e o carbono restante torna-se um radical, o qual se adiciona a outra molécula de propeno, resultando na produção de mais um radical. A repetição deste processo resultará, enfim, na cadeia polimérica desejada:

         Outra interessante aplicação dos polímeros é nas impressoras a laser. Elas fundamentam-se na eletricidade estática, o fenômeno do acúmulo de cargas elétricas em um corpo qualquer. Caso ele possua mais elétrons do que prótons, estará carregado negativamente. O inverso caracteriza os materiais carregados positivamente. E, parafraseando um certo ditado popular, objetos com cargas opostas se atraem – é por este motivo que a tinta se fixará no papel.

         O processo inicia-se com a transferência de cargas positivas através do denominado fio corona de carga a um componente essencial da impressora a laser: o tambor ou cilindro rotativo. Ele será utilizado como uma tela de pintura para a impressora, a qual desenhará letras e imagens utilizando-se de um raio laser. Este feixe altamente focalizado de luz descarregará os pontos por onde passa, e neles se depositará o toner.

         O toner é um pó carregado positivamente, razão pela qual ele é atraído pelos pontos descarregados do tambor. Posteriormente, irá fixar-se no papel, repleto de elétrons, por sobre o qual o tambor rola. O adjetivo ”fixo”, entretanto, não é muito apropriado para descrever a situação do toner neste estágio; um mero sopro faria com que a imagem desaparecesse! Por este motivo, deve-se passar o papel por rolos aquecidos denominados fusores. O pó funde-se e só então se une às fibras do papel, de forma até mais eficiente do que a tinta comum.

         A Química foi a principal responsável pela sintetização do toner, o qual apresenta pigmentos (no caso de impressoras monocromáticas, consistem basicamente de pó de carbono) e polímeros (copolímero estireno acrilato, -[C8H8-C4H6-C3H3N] n-. ou resina de poliéster, -[C10H8O4]n- ,dependendo do fabricante), que possibilitam o derretimento do pó quando o papel é aquecido pelos fusores. Estes, aliás, são revestidos de um polímero também produzido quimicamente: o politetrafluoretileno, o famoso Teflon, de fórmula geral –[CF2-CF2]n-.Graças a ele, o toner não se acumula nos fusores.

         Claro, poder-se-ia argumentar que o gabinete, o teclado, o mouse e a impressora não são exatamente as partes mais vitais do computador. O monitor, por exemplo, é muito mais essencial para a maioria dos programas que utilizamos. Ele é, talvez, o mais conhecido representante da curiosa evolução dimensional dos computadores: criam-se notebooks cada vez menores, displays gigantescos, monitores ultra-finos, pen-drives tão pequenos quanto selos. Recentemente, ocorreu a passagem dos monitores de tubos de raios catódicos (CRT) para os de cristal líquido (LCD), que chegam a ser trinta vezes menos espessos - uma bela economia de espaço.

         Os monitores de cristal líquido consistem basicamente em polímeros (sim, polímeros são onipresentes) cristais líquidos dispostos entre duas lâminas de vidro com filme polarizador. Estes compostos foram desenvolvidos em 1888 pelo austríaco Friedrich Reinitzer, ao derreter benzoato de colesteril. No entanto, apenas em 1968 foram utilizados para a fabricação das primeiras telas de LCD.

         Os polímeros cristais líquidos são um grupo de materiais bastante peculiar. Apresentam moléculas estendidas, rígidas e na forma de bastonetes; e, o mais surpreendente!, não se enquadram em nenhum estado físico da matéria. Em razão deles, foi criada uma nova categoria: o estado cristalino líquido. Apesar do nome bastante sugestivo, estes polímeros não são nem cristalinos e nem líquidos. Suas moléculas têm elevada mobilidade, como se fossem moléculas de um líquido, mas mantêm sua orientação espacial e permanecem alinhadas em configurações altamente ordenadas, da mesma forma que o fazem os cristais.

         Para a construção de uma LCD, são utilizados os cristais líquidos nemáticos torcidos (TN), que sofrem torções de vários graus conforme a aplicação de uma corrente elétrica. Inicialmente, temos uma fonte de luz fluorescente denominada backlight, situada atrás de uma das placas de vidro. Nesta, fricciona-se, no lado que não tem o filme polarizador, um polímero especial capaz de criar ranhuras microscópicas. Tais ranhuras orientarão a primeira camada de cristais adicionados à lâmina de vidro, determinando-lhes um arranjo definido. Em seguida, o segundo pedaço de vidro, com o filme polarizador perpendicular ao filme da vidro inicial, é disposto sobre o conjunto. Os cristais colocados entre as duas lâminas irão, camada a camada, torcer-se gradualmente de forma que a camada final de moléculas formará um ângulo de 90º com a camada inicial.

         Ao atingir o primeiro filtro, a luz é polarizada e passa a ser guiada pelo ângulo de torção de cada camada de moléculas pela qual atravessa, até chegar ao outro pedaço de vidro. Entretanto, caso apliquemos aos TNs uma corrente elétrica, eles serão literalmente torcidos. O resultado? O ângulo da camada final de moléculas não coincidirá com o segundo filtro polarizador, ocorrendo o bloqueio da luz. É de acordo com este princípio que são formadas as imagens na tela.

         Assim, tanto o iMac de útima geração quanto as calculadoras de R$1,99 devem sua existência ao mesmo grupo de moléculas: os cristais líquidos. A propósito, os monitores CRT não existiriam sem a utilização do elemento químico fósforo. Ele é aplicado na tela e, quando recebe a carga de uma espécie de “canhão de elétrons” (cátodo), gera luz. Isto ocorre porque o impacto dos feixes eletrônicos resulta na absorção de energia pelos elétrons do fósforo. Estes saltam para uma camada mais afastada do núcleo, cuja quantidade de energia pode ser calculada por En= -(Rhc)/n2, onde R é a constante de Rydberg (656,3 nm), h é a constante de Planck (6,626 x 10^-34 J.s), c é a velocidade da luz (3 x 10^8m/s) e n é o número quântico principal (n=1 para a primeira camada, n=2 para a segunda camada, etc.). Devido ao sinal negativo, quanto maior n (camada mais distante), mais energética a camada.

         Em seguida, a mesma quantidade de energia absorvida é liberada na forma de radiação luminosa visível, permitindo a formação das imagens na tela. Esta trajetória, no entanto, não é percorrida por todos os elétrons; alguns deles são expulsos do átomo de fósforo e tornam-se elétrons livres. Seu recolhimento fica a cargo de um recobrimento de grafite em pó situado na superfície interna no tubo, que conduzirá os elétrons ao terminal positivo (cátodo) da fonte de alimentação. Lá, servirão de munição para o canhão de elétrons na próxima vez em que ele for utilizado.

         Até este ponto, pôde-se concluir que, sem o respaldo da Química, teríamos basicamente um computador sem gabinete, mouse, teclado, impressora e monitor- uma situação muito pouco atraente. Entretanto, sua maior contribuição é, literalmente, bem menos visível: a construção dos chips.

         Os chips são placas de silício com apenas alguns milímetros quadrados, sobre as quais se colocam circuitos transistorizados integrados. Sua introdução no mundo da informática ocorreu na terceira geração de computadores (1964-70), permitindo maior compactação, velocidade de processamento da ordem de microssegundos e redução dos custos.

         Para que possamos utilizar o silício na fabricação dos chips, são necessários vários tratamentos químicos. O primeiro deles visa à purificação do mesmo; afinal, apesar de ser o segundo elemento mais abundante na crosta da Terra, não é encontrado na Natureza na forma exigida pela indústria eletrônica. Atualmente, são utilizados métodos químicos para a realização de tal tarefa. Na etapa inicial, areia de sílica (dióxido de silício) é aquecida com coque, um tipo de combustível derivado do carvão betuminoso, em uma fornalha a cerca de 3.000o C: SiO2(s) + 2C(s)?Si(l) + 2CO(g). O silício fundido é resfriado, até tornar-se um sólido brilhante azul acinzentado, denominado silício metalúrgico. A seguir, ele é triturado (de forma a aumentar sua superfície de contato e, conseqüentemente, a velocidade da reação) e colocado em contato com HCl num forno a 300º C para a obtenção de triclorosilana: Si (99%) + 3 SiCl4 + 2H2? 4SiHCl3. Esta será submetida à destilação e passará pelo reator em ‘U’: 2SiHCl3? SiH2Cl2 + SiHCl4, 3SiH2Cl2 ?SiH3Cl + SiHCl3, 2SiH3Cl3 ?SiH4 + SiH2Cl3, SiH4 ?Si (99,999%) + 2H2. O silício obtido é de grau eletrônico e do tipo policristalino, constituído por grãos de silício monocristalino orientados aleatoriamente.

         O próximo e último passo é a transformação do silício policristalino em monocristalino, conferindo-lhe menor quantidade de defeitos na rede cristalina , grau de pureza ainda maior, e, claro, uma estrutura monocristalina. Para tanto, costuma ser utilizado o processo Czochalski: o silício policristalino é derretido num cadinho de quartzo, um material inerte, e seus átomos orientam-se naturalmente, adotando suas posições preferenciais.

         Nesse instante, ocorre a dopagem do silício, ou seja, a adição de minúsculas quantias de impurezas, permitindo que o silício torne-se um condutor elétrico viável; sua resistividade situa-se entre a dos condutores e a dos isolantes, daí a designação “semicondutor” usualmente dada a este elemento. Tal prática é imprescindível, pois em seu estado normal o silício é constituído por uma rede cristalina na qual cada átomo de silício compartilha seus quatro elétrons de valência, formando ligações covalentes com outros quatro átomos na forma de uma pirâmide tetraédrica. Como não há elétrons livres, este elemento é um isolante. Para alterar esta situação, podem ser realizadas a dopagem tipo N (negativo) ou tipo P (positivo). Na primeira, são utilizados fósforo ou arsênio, ambos contendo cinco elétrons na camada de valência. Quando entram na rede cristalina do silício, quatro de seus elétrons formam ligações covalentes. O quinto torna-se um elétron livre, cuja liberdade de movimento permite a passagem da corrente elétrica. Por outro lado, no tipo P são adicionados boro ou gálio, os quais apresentam três elétrons externos e, portanto, são capazes de realizar apenas três ligações. No reticulado do silício, formam-se lacunas devido à incompleição de uma das quatro ligações covalentes que o silício deveria fazer. Estas lacunas também são capazes de transportar corrente elétrica, e criam o efeito de uma carga positiva.

         Na seqüência, uma “semente” de silício monocristalino é introduzida no cadinho, rotacionada e retirada lentamente, com a temperatura do ambiente e velocidade de rotação e de retirada sendo controladas de forma minuciosa. À medida que isso ocorre, a semente cresce e orienta o silício que a ela adere de tal forma que o lingote formado apresenta um único arranjo. O procedimento é realizado numa atmosfera de argônio, um gás nobre pouquíssimo reativo. Ao seu término, será obtido um lingote cilíndrico de 200 a 400 mm de diâmetro e 1 a 2 m de altura, algo que jamais seria encontrado na Natureza. Cortando-o em lâminas de 0,2 a 0,75 mm, produzem-se os wafers, sobre os quais serão montados os chips.

         Atualmente, cada chip possui cerca de 60 milhões de transistores– uma verdadeira revolução na informática, pois nos primeiros circuitos integrados havia apenas de 10 a 20 transistores. Estes são, de modo simplificado, dispositivos semicondutores formado pela combinação de silício p e n (PNP ou NPN), cuja atuação se baseia na amplificação e chaveamento de correntes elétricas. É isso o que permite o processamento, representação e armazenamento de informações. A seguir, o passo a passo da construção de um transistor.

         Primeiramente, o wafer de silício é submetido a uma limpeza química em duas etapas. Numa delas, utiliza-se uma solução alcalina 5 H2O:1 H2O2:1NH4OH, responsável pela remoção de moléculas orgânicas através de sua oxidação pelo peróxido de hidrogênio, um excelente oxidante; e dissolução de metais como Au, Ag, Cu, Ni, Cd, Co, Zn e Cr, os quais reagem com NH4OH formando íons – um exemplo é o Cu(NH3)4+2. Na outra fase, uma solução ácida 6 H2O:1 H2O2:1HCl realiza a remoção de íons alcalinos e cátions como Al3+, Fe3+, Mg2+, que, em soluções alcalinas formam complexos insolúveis.

         No wafer praticamente imaculado inicia-se a oxidação térmica do silício: Si + O2? SiO2, produzindo dióxido de silício, um composto bastante estável e isolante, capaz de mascarar o wafer contra impurezas. É realizada a temperaturas superiores a 900oC, de modo a acelerar a reação. Logo depois, ocorre a fotolitografia, utilizada para fabricar a estrutura do transistor. Envolve, basicamente, a aplicação de uma máscara de fotorresiste, um material fotossensível, sobre a camada de dióxido de silício. Algumas áreas são expostas à luz ultravioleta, transformando-se em substâncias gelatinosas que serão removidas facilmente. O wafer é, então, banhado com HF: I. SiO2 + HF?H2SiF6 + 2H2O, que dissolverá o dióxido de silício desprotegido. Uma forma de evitar a diminuição da corrosão ao longo do tempo devido à redução da concentração de HF é adicionar um buffer à solução: NH4F ? NH3 + HF. De acordo com o princípio de Le Chatelier, o consumo de HF decorrente da reação I provocará o deslocamento do equilíbrio no sentido de produzi-lo, evitando grandes quedas na velocidade da corrosão. Sobre essa estrutura, deposita-se o silício dopado. No final, obteremos um padrão determinado pela máscara: certos locais serão recobertos por SiO2 (isolante), e outros terão silício dopado (semicondutor). Este processo será repetido por mais de vinte vezes, no caso de processadores como o Pentium 4, resultando, enfim, no famigerado chip.

         A indústria informática não é a única a aproveitar-se das vantagens oferecidas pelo chip: confiabilidade, rapidez (pode chavear milhões de vezes num único segundo – ou menos), miniaturização e baixo custo de produção (em 2004 um único transistor num chip era mais barato do que um grão de arroz, embora não tão comestível). Há microchips em um número inimaginável de equipamentos: celulares, câmeras, caixas eletrônicos de bancos, freios ABS, satélites, aparelhos de ultrassom e até mesmo num simples relógio digital. Sem eles, um computador comum teria dimensões realmente absurdas. ENIAC (1946), o primeiro computador eletrônico, utilizava válvulas ao invés de transistores, armazenava apenas vinte números de dez dígitos e consumia tanta energia que, ao ser ligado pela primeira vez, as luzes da cidade de Filadélfia piscaram. Possuía 180m2 de área construída e pesava assustadoras 32 toneladas. Definitivamente inviável para nossas escrivaninhas.

         Embora os chips pareçam ainda menores depois dessa retrospectiva, há uma tendência a que eles diminuam mais. Em 1965, Gordon Moore, o co-fundador da Intel, enunciou um conceito segundo o qual o número de transistores colocados em um chip dobraria a cada 18 meses. Sua teoria tem sido confirmada desde a sua formulação, e caso isso persista, em 2020 os itens dos chips atingirão um limite físico no qual terão o tamanho de átomos. Há sete anos, a IBM apresentou a solução para tal problema: o computador quântico, no qual o spin dos elétrons servirá para a contagem dos números do código binário, utilizado atualmente nos computadores, ao invés da passagem ou não de corrente elétrica.

         Enquanto a IBM não disponibiliza o computador quântico, retornemos à situação real. A utilização dos chips e demais componentes eletrônicos exige uma base que os suporte e conecte eletricamente através de trilhas externas e internas e furos de conexão. Este papel é desempenhado pelo circuito impresso (CI), uma placa constituída usualmente de fibra de vidro sobre a qual se colocam, em ambos os lados, folhas de cobre com cerca de 2µm de espessura. Há, no entanto, a exigência de que o cobre tenha elevadíssimo grau de pureza (99,95%) para ser um bom condutor. Sua produção envolve uma eletrólise aquosa na qual o cobre impuro é o ânodo, e uma fina lâmina de cobre já puro é o cátodo. Ambos estão mergulhados numa solução de CuSO4, que se dissocia: CuSO4? Cu2+ + SO42-. Pode-se representar a equação global por: 2CuSO4 + 2H2O? 2SO42- + 2Cu0 + O2(g) + 4H+. O Cu0 formado deposita-se sobre o cátodo, e obtemos assim o cobre eletrolítico.

         Na folha de cobre, são impressas as trilhas condutoras que representam o circuito da corrente elétrica interligando os vários componentes do CI. Existem vários métodos para tal; dentre eles, pode-se destacar o processo fotográfico de gravação, semelhante àquele utilizado na revelação de fotografias. A placa é banhada numa solução fotossensível, e, depois de ser exposta à luz ultravioleta, é revelada em meio corrosivo. Em seguida, é submetida à corrosão por FeCl3 ou HNO3, a qual somente ocorrerá nas áreas onde não há emulsão fotográfica. A fabricação de circuitos impressos popularizou-se consideravelmente nos últimos anos, e não são raros os que produzem seus próprios CIs em casa.

         Os circuitos impressos, chips, monitores, impressoras, gabinete, teclado e mouse (pausa para fôlego) são apenas alguns dos exemplos de componentes do computador que apresentam direta relação com a Química. Diversos outros poderiam ser citados: desde o CD-Rom, composto por acrílico, alumínio e policarbonato; o disco rígido, à base de uma liga de alumínio; e o monitor de plasma, que apresenta em seu interior fósforo, néon, xenônio e hélio; até os acessórios mais triviais, como a esfera do mouse, produzida com borracha sintética; a tinta de impressoras a jato, constituída por corantes, nitratos, solventes e pentanodiol; e a espuma presente nas embalagens da maioria desses produtos, cuja fabricação baseia-se na inserção de um agente de insuflação em poliuretano, poliestireno e outros.

         Agora, retrocedamos no tempo, eliminando seqüencialmente cada um desses componentes e as reações que os envolvem; voltemos à época em que o computador dos sonhos era algo com a avassaladora capacidade de fazer cálculos em poucas horas. Na hipótese mais otimista, nossos cômputos seriam realizados com o milenar ábaco. Na hipótese mais desanimadora, nós seríamos os computadores - e a incrível técnica do empilhamento de pedras, muito utilizada pelos pastores arcaicos, nossa auxiliar nas contas. Quem sabe? Pelo menos, se passássemos tanto tempo com pedras, o metassomatismo talvez deixasse de ser um desconhecido...

Bibliografia

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http://guia.mercadolivre.com.br/guia-definitivo-sobre-hds-16556-VGP

Autor: Letícia Montes Faustino

2ª Série Ensino Médio
Colégio Etapa
Valinhos
Professor(a): Rubens Conilho Junior e Cláudio de Bem

Computador: dos primórdios à atualidade

         O computador faz parte do cotidiano do homem moderno. É uma máquina que traz tantas facilidades que muitos já não sabem como viver sem ela, embora nem todos conheçam profundamente os complexos processos por trás de um computador. A unidade central de processamento, o disco rígido, os circuitos impressos e os circuitos integrados, cada um desses e de outros componentes computacionais tem suas particularidades e sua própria tecnologia.

         O que atualmente conhecemos como computador é de fato uma máquina muito complexa, mas, pelo dicionário Michaelis1 é: “O que faz cômputos (pessoa ou máquina).”. Percebe-se então que na origem da palavra, computador seria apenas algo ou alguém que faz cálculos.

         A matemática e o computador sempre estiveram intimamente conectados, e essa ligação se torna ainda mais forte se olharmos para o passado. O ábaco pode ser considerado um dos primeiros antecessores do computador. Criado por volta de 2000 a.C., ele agilizou e aumentou a precisão dos cálculos. Sua eficiência era tamanha que só foi superado mais de três milênios depois, pela régua de cálculo.

         Criada por volta de 1620 d.C. por William Oughtred, que usou os cálculos de John Napier, a régua de cálculo é considerada o primeiro computador analógico. Outra invenção relevante foi a máquina de Pascal, criada em 1642, a primeira a realizar somas e subtrações rapidamente. Apesar do grande passo dado pela Pascalina, ela não realizava multiplicações e divisões e, portanto, não teve sucesso comercial.

         A máquina de Pascal foi aprimorada pelo alemão Gottfried Leibnitz e, em 1672, surgia a calculadora de Leibnitz, que realizava as quatro operações fundamentais e também extraía raiz quadrada. Todas essas invenções representam degraus no desenvolvimento do computador.

         Enfim chegou-se ao primeiro computador, o Mark I (1943), que utilizava válvulas eletrônicas, embora tivessem desvantagens: consumiam muita energia, ocupavam muito espaço, liberavam muito calor e não conseguiam trabalhar com altas freqüências. Desse modo, quando surgiu a tecnologia dos transistores, que superava as válvulas em todos os aspectos, ela foi rapidamente implantada.

         Ainda hoje, o transistor continua sendo a unidade básica dos computadores. Criado em 1947 pelos laboratórios da Bell, utiliza como matéria-prima principalmente materiais semicondutores, como o germânio (Ge) e o silício (Si).

         O semicondutor mais usado atualmente é o silício, muito barato por ser o segundo elemento mais abundante da crosta terrestre, sendo facilmente encontrado na forma do óxido de silício (SiO2). Os semicondutores são materiais que não são nem condutores nem isolantes, ou seja, permitem a passagem de corrente, mas não tão facilmente quanto os condutores. Para entender melhor como os semicondutores atuam, é importante conhecer sua estrutura.

         O silício, que tem número atômico 14, possui quatro elétrons na camada de valência, podendo então estabelecer quatro ligações covalentes. O cristal de silício é formado por vários átomos de silício ligados entre si, formando uma estrutura semelhante à do diamante, a qual é muito estável e não possui muitos elétrons livres, mas se um elétron se desprender de seu átomo, ele deixará uma lacuna (ou seja, uma carga positiva) que atrairá os elétrons dos átomos a sua volta. Quando um elétron deixa o seu átomo de origem para ocupar o átomo vizinho, ele cria uma nova lacuna. Esse movimento de elétrons no sentido das lacunas cria a corrente elétrica.

         Para aumentar a intensidade da corrente elétrica dentro do cristal de silício são adicionados átomos diferentes a sua rede cristalina, os chamados dopantes. Existem dois tipos de cristais dopados: os do tipo N e os do tipo P.

         Os cristais N são formados utilizando dopantes pentavalentes (cinco elétrons na camada de valência), sendo os mais comuns o fósforo, o arsênio e o antimônio (P, As e Sb respectivamente). Esses átomos realizam quatro ligações covalentes com os átomos de silício e deixam um elétron livre. O movimento desse elétron na estrutura é que criará a corrente elétrica.

         No cristal P, ao contrário, a corrente elétrica depende do movimento das lacunas, já que os dopantes usados são trivalentes (três elétrons de valência). Cada um desses átomos realiza três ligações covalentes com átomos de silício, ficando com uma lacuna, que se movimentará. Os elementos mais utilizados nesse cristal são o boro, o alumínio e o gálio (B, Al e Ga respectivamente). São esses cristais dopados que juntos levarão à montagem de um transistor.

         Os transistores hoje em dia são construídos juntamente com outros vários componentes eletrônicos em um único chip, também chamado de circuito integrado. O processo de fabricação de circuitos integrados é muito interessante e se inicia com a produção do wafer ou disco de silício.

         O wafer é fabricado a partir de tarugos de cristal de silício. Esses cilindros são produzidos através do método Czochralski, em que um pedaço de cristal de silício, com a orientação cristalina desejada, é mergulhado em um cadinho de quartzo com silício fundido. O pedaço de cristal original é puxado para cima e girado ao mesmo tempo, formando o tarugo ou lingote. Depois esse cilindro de cristal é cortado em fatias com serras que têm diamantes nos dentes. Essas fatias depois serão polidas e limpas para terem uma superfície perfeita.

         A limpeza dos discos de silício é realizada em duas etapas, ambas utilizando água oxigenada (peróxido de hidrogênio – H2O2). Na primeira delas usa-se uma solução com a seguinte composição: 5 H2O : 1 H2O2 : 1 NH4OH. Nessa primeira etapa, metais dos grupos 11 e 12 além, de níquel (Ni), cobalto (Co) e cromo (Cr), são eliminados ao reagirem com o hidróxido de amônio (NH4OH) formando complexos inorgânicos. Após esse processo, ocorre a segunda etapa (que utiliza a solução: 6 H2O : 1 H2O2 : 1 HCl). Nesse momento, íons alcalinos e outros como Al+3, Fe+3 e Mg+2 são removidos por reações de complexação. Além disso, também são eliminadas impurezas que não foram completamente retiradas na primeira etapa.

         Após a limpeza do disco de silício, ele é oxidado de maneira a formar uma fina camada de óxido de silício (SiO2). Essa oxidação é feita a altas temperaturas, podendo ser seca ou molhada. A oxidação seca é mais lenta, porém seu resultado é mais satisfatório enquanto a molhada é mais rápida, mas apresenta um resultado de menor qualidade. As reações desses dois processos são, respectivamente:

Si + O2 SiO2

Si + 2 H2O SiO2 + 2 H2

         O wafer, então, passa por um processo que ocorrerá diversas vezes durante a produção do chip. Muitas substâncias que são adicionadas ao disco de silício de forma homogênea (como o SiO2) devem ocupar apenas determinadas partes do wafer e precisam ser removidas das áreas indesejadas. Para isso passam por dois processos: a fotolitografia e a corrosão (etching).

         A fotolitografia começa com a aplicação de um material fotossensível na superfície do wafer. Esse material é conhecido como photoresist e sofre uma mudança em sua estrutura quando exposto à luz ultravioleta. Depois da aplicação desse produto, é colocada uma máscara sobre o wafer, a qual possui áreas claras e escuras, que permitem ou não a passagem da luz. Depois da colocação dessa máscara, o disco de silício sofre exposição à luz ultravioleta e então a máscara é removida .

         Essa radiação ultravioleta irá fazer com que o photoresist proteja as áreas iluminadas (photoresist negativo) ou as que não receberam radiação (photoresist positivo). Nas áreas não protegidas o photoresist é retirado com produtos como o tricloroetileno (Cl2CCHCl) e o material dessas áreas poderá ser removido pelo processo de corrosão.

         Há dois tipos de corrosão: a corrosão úmida (wet etching) e a corrosão a seco (dry etching). A corrosão úmida é realizada com produtos químicos no estado líquido e é um processo isotrópico, ou seja, ocorre em todas as direções, podendo haver uma remoção lateral indesejada; já a corrosão a seco, no entanto, utiliza o bombardeamento de íons de alta energia em um ambiente com um gás em baixa pressão, o que determina um processo mais lento que o anterior e anisotrópico, ou seja, ocorre em uma única direção, sendo mais difícil de ocorrer a remoção lateral. Após a deposição de diversos materiais, várias litografias e etchings, os chips estão prontos e o wafer pode ser cortado.

         Nasce dessa forma a principal parte do computador, a CPU (Unidade Central de Processamento). É ela que processa todas as informações do computador, mas para que isso aconteça é necessário que essas informações estejam armazenadas em algum dispositivo. Esse dispositivo é o HD.

         O principal componente do HD são os pratos, onde são armazenados os dados, e são feitos de alumínio ou de um tipo de cristal e recobertos por um material magnético, em geral um óxido de ferro. Os pratos ficam ligados a um motor que os faz girar enquanto o cabeçote de leitura e gravação pode fazer possíveis alterações em seus dados.

         O cabeçote fica a uma distância muito pequena dos pratos e pode variar sua polaridade muito rapidamente. Essa mudança de polaridade faz com que as partículas da superfície do prato mudem sua disposição, representando os bits 0 ou 1, e gravando dados. Para ler esses dados, o cabeçote analisa o campo magnético da superfície do prato, gerando uma corrente elétrica cuja variação é traduzida por outra parte do HD, a controladora, que faz parte da placa lógica. Mas, todos esses dados armazenados precisam, de alguma forma, ser visualizados pelo usuário, o que se dá através do monitor.

         Há diversos tipos de monitores, sendo os mais conhecidos os de CRT (Tubo de Raios Catódicos), LCD (Monitor de Cristal Líquido) e plasma. Atualmente o mais requisitado é certamente o de LCD, que utiliza materiais chamados cristais líquidos para a formação das imagens.

         Há diversos tipos de cristal líquido. Os que são utilizados para a construção de telas de LCD são os nemáticos, que possuem uma disposição padrão de suas moléculas, a qual pode ser orientada por campos magnéticos ou ranhuras microscópicas na superfície. Entre moléculas a disposição mais comum é a esmética, que faz com que elas se organizem em camadas.

         Um cristal nemático muito utilizado para a produção de LCD é o nemático torcido (TN), que como o próprio nome diz tem sua orientação naturalmente torcida. Ele, como todos os outros cristais líquidos, é afetado por corrente elétrica, a qual dependendo da intensidade faz suas moléculas se distorcerem mais ou menos. É nisso que está a base da LCD.

         Em um monitor como esse, as moléculas de cristal líquido se encontram entre dois filtros de vidro polarizado, de forma que a direção de polarização do primeiro esteja formando um ângulo de 90° com o segundo. As moléculas de cristal líquido em contato com os filtros também deverão ter suas orientações coincidindo, de forma que a direção da primeira forme 90° com a da última. Essa disposição não mudará se não houver aplicação de corrente elétrica, portanto, quando a luz passar pelo primeiro filtro, ela será polarizada. Conforme for passando pelas moléculas de cristal líquido, seu plano de propagação irá mudar, fazendo com que, ao passar pela última molécula, seu plano de propagação coincida com o do segundo filtro. Assim a luz passará.

         Ao aplicar uma corrente elétrica, porém, o ângulo entre as direções da primeira e da última molécula será diferente de 90° e a luz, ao chegar ao segundo filtro, não conseguirá passar. É esse o princípio utilizado pelas LCD mais simples, como os de um mostrador de relógio. As LCD utilizadas em computadores são mais complexas, podendo ser de matriz passiva ou ativa.

         As LCD de matriz passiva possuem um sistema muito simples: duas camadas de vidro são acrescidas, uma de linhas e a outra de colunas de um material condutor, em geral o óxido de estanho-índio. O cristal líquido é colocado entre as duas camadas e filmes polarizadores são colocados dos dois lados. Para se ativar um pixel, um circuito integrado conectado ao sistema envia uma carga para sua coluna e um fio-terra para sua linha. A corrente passará e distorcerá aquele pixel.

         As LCD de matriz ativa utilizam outro método. Elas são compostas de transistores de filmes finos (TFT) que são pequenos transistores e capacitores. De maneira semelhante à LCD de matriz passiva, uma carga é enviada à coluna desejada e a linha do pixel é ativada. O capacitor daquele pixel recebe a carga e o cristal se destorce. Hoje em dia, podemos controlar a corrente que passa por um cristal de forma a obter 256 tonalidades. Utilizando três subpixels coloridos (vermelho, verde e azul) temos então 16,8 milhões de cores possíveis em uma tela de LCD.

         As LCD têm cada vez mais qualidade e um processo de produção cada vez melhor. Estão evoluindo como todo o ramo da informática. Como a miniaturização torna-se cada vez mais inviável com a nossa tecnologia atual, a saída é procurar novos dispositivos de dimensões cada vez menores.

         As pesquisas mais recentes apontam para o estudo de partículas isoladas. Muitos acreditam que num futuro não tão distante assim, o transistor poderá ser substituído por uma única molécula. Outros vão ainda mais longe e pretendem criar o transistor atômico. Outra área de pesquisa é a spintrônica, que tem buscado aumentar cada vez mais a memória dos computadores através do spin (movimento de rotação) dos elétrons.

         A informática hoje caminha no sentido da miniaturização, e a Química passa a ser cada vez mais importante nesse processo. Atualmente, é difícil afirmar qual será a próxima inovação, que deixará os computadores mais velozes e com maior capacidade de armazenamento. Por isso, é importante se manter informado para saber de cada novidade e com isso, mesmo sem conhecer profundamente seu funcionamento, poder usufruir dela.

Bibliografia:

1 Fonte: Michaelis – Moderno Dicionário da Língua Portuguesa
Editora Melhoramentos
Página 549

“VLSI Technology” – S.M. Sze – McGrraw-Hill Book Company

“Dispositivos Eletrônicos. Física e Modelamento” – J.A. Zuffo McGrraw-Hill do Brasil

“Eletrônica” – J.Millman e C.C.Halkias - McGrraw-Hill Book

http://eletronicos.hsw.uol.com.br/lcd10.htm
http://renato.sabbatini.com/renato/correio/cp990910.htm
http://tecnovista.wordpress.com/2007/09/30/monitore-lcd-liquid-crystal-display-pequeno-resumo/
http://www.agostinhorosa.com.br
http://www.bn.com.br/radios-antigos/semicond.htm
http://www.clubedohardware.com.br
http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica11.htm
http://www.huab.ufrn.br/cursoti/introducaomicroinformatica.pdf
http://www.infowester.com
http://www.inovacaotecnologica.com.br
http://www.lps.usp.br/lps/arquivos/conteudo/grad/dwnld/integrado.pdf
http://www.microeletronica.unifei.edu.br/EAM120/PROCESSO%20DE%20FABRICACAO.pdf
http://www.numa.ufsc.br/numa/index.php?option=com_simplefaq&task=display&ltemid=61&catid=63
http://www.revistagalileu.globo.com/Galileu/0,6993,ECT490692-1719-2,00.htm
http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-50532005000400001

Autor: Letícia Fais

2ª Série Ensino Médio
Colégio: Coeducar - Instituto de Educação
Araraquara
Professor(a): Roseli do Carmo Freitas da Silva

6,6 GigaS

         - Papai, por que tudo é tão grande e assustador?

         - Não se preocupe, filhinha, conforme o tempo passa as coisas vão ficando menores...

         (Anos depois...)

         - Pai! Quanto tempo! Que bom que veio nos visitar!

         - Eu precisava parabenizá-la pessoalmente. O lançamento de novos monitores OLED nacionais ontem foi um sucesso. Onde está minha netinha? Como está a pequena?

         - Brincando na sala. Vamos lá.

         - Vovô Gê! Pai, o vovô está aqui!

         - Seu Germânio, como vai?

         - Bem! Parabéns pelo lançamento de ontem.

         - Obrigado. A empresa está indo muito bem. Computadores e impressoras estão cada vez mais eficientes, o grupo de pesquisas é muito dedicado, cada vez avançando mais na nanotecnologia.

         - Que bom! Lembro-me do primeiro monitor colorido que vi. Década de 90. Era igual televisão. Um tubo de raios catódicos. O feixe de elétrons atinge o subpixel exato, a energia excita elétrons do átomo de fósforo que mudam para um estado diferente de energia, e quando voltam liberam a energia em fótons!

         - Vovô, mas o que é um subpixel?

         - A camada de fósforo é toda dividida em pixeis. Cada pixel tem três partes, uma para cada cor primária, uma para o vermelho, outra para o verde e outra para o azul. Cada partezinha dessa é um subpixel. E cada emissor de elétrons do tubo é responsável por uma dessas cores.

         - Divertido!

         - É, mas foi mais divertido ainda quando ficaram populares os palms e celulares. Não era mais viável usar o TRC, era necessária uma tela fina e plana, os monitores LCD, liquid crystal display.

         - O que é cristal líquido?

         - Sua mãe pode responder melhor que eu, ela sabe muito sobre química.

         - Mãe, o vô está falando sobre monitores e disse que como você sabe muito sobre química pode explicar bastante coisa...

         - Verdade, filha. Muita coisa sobre o computador pode ser explicada pela química. A parte externa do monitor, do teclado, da CPU, por exemplo, é de plástico, um polímero. É preciso durabilidade de todas as partes, circuitos são constituídos de diversas peças com propriedades específicas.

         - Certo, mas o que é o cristal líquido?

         - É uma substância que não é sólida nem líquida. Escorre como um líquido viscoso, mas suas moléculas ficam moderadamente ordenadas. Como espaguete sem cozinhar. Cristais líquidos são anisotrópicos (têm propriedades distintas dependendo da direção analisada). A viscosidade na direção paralela aos bastões é menor que na perpendicular. Eles podem estar em fase nemática (como carros em uma estrada); em fase esmética (batalhão de soldados); e em fase colestérica (camadas em arranjo helicoidal). Na tela de LCD, as camadas em fase nemática são colocadas entre duas placas de vidro com o eixo de orientação paralelo a elas, funcionam polarizando a luz de acordo com o campo elétrico.

         
          - O LCD é interessante, mas desperdiça energia, as moléculas só orientam a luz, não produzem.

         - Tem razão, seu Germânio. E é neste ponto que entram os LEDs.

         - Os LED são aquelas luzinhas em todo lugar do computador, não são, pai?

         - Sim, as luzes que mostram se o monitor, a CPU, a caixa de som estão ligados, são todas emitidas por LEDs, duram mais que lâmpadas fluorescentes, não possuem vapores metálicos, podem ser produzidos pequenos, e a energia dos fótons emitidos, a cor da luz, é típica do semicondutor usado.

         - O que é um semicondutor?

         - É sólido condutor que ganha condutividade com o aumento de temperatura ao invés de perder.

         - O que mais ele faz?

         - Pode-se fazer dopagem nele. No silício de alta pureza, adiciona-se uma pequena quantidade de um elemento do grupo 15 da tabela periódica (como o antimônio), e um elétron fica livre, porque a impureza tem um elétron a mais na camada de valência, e é chamado de n, pois tem carga negativa. Adicionando-se elementos do grupo 13, fica-se com o tipo p, pois faltam elétrons.

         - Mas se encostar não vai dar choque?

         - Uma pergunta muito boa. Resposta: não! Sabe por quê? Pois os núcleos dos átomos dopantes têm a quantidade certa de prótons para a neutralização.

         - Verdade! Não tinha pensado nisso...

         - Diodos como os LEDs funcionam com junções p-n, nas quais o processo de combinação dos elétrons (aniquilamento mútuo) gera luz. Muitas peças do computador têm semicondutores. Resistores dependentes de luz (LDR) têm semicondutores fracamente dopados, a resistência muda de acordo com a presença de luz; transistores, minúsculos comparados às antigas válvulas, usados para amplificar e chavear sinais elétricos... Os semicondutores foram importantes na fabricação de circuitos complexos.

         - Como os circuitos integrados, pai?

         - Sim. Pedaços de germânio apresentam resistividade, assim como camadas dopadas, o que permite usá-los como resistores. Junções p-n atuam como capacitores...

         - O prêmio Nobel de Química de 2007 foi para estudos de fenômenos de superfície, muito importante para a indústria de semicondutores...

         - Mãe, os semicondutores têm propriedades importantes, mas e aqueles “tais” supercondutores?

         - Semicondutores têm baixa resistência elétrica, já supercondutores, não têm resistência alguma.

         - Como não apresentam resistividade?

         - Presume-se que a baixa temperatura a que a substância é submetida reduz o efeito da vibração dos átomos no retículo cristalino. A primeira vez em que a supercondutividade foi observada, foi com mercúrio a -269°C! Mas assim como com os dos semicondutores, os químicos começaram a mudar as propriedades dos sólidos através da dopagem. Em 2003 já tinham conseguido uma cerâmica (Hg0.8Tl0.2Ba2Cu3O8.33) com temperatura crítica de -135 graus Celsius. Importante, é que devido ao fato de supercondutores serem estruturados em camadas, eles têm propriedades altamente anisotrópicas.

         - Ah! Igual ao cristal líquido. As propriedades são diferentes em direções distintas.

         - É. A corrente flui melhor ao longo das camadas de cobre e oxigênio do que na perpendicular.

         - Mãe, o Nobel de Física de 2007 não era sobre condutividade?

         - Sim, era sobre magnetorresistência gigante, uma outra maneira de anular resistividade.

         - Puxa! Como a química e a física estão ligadas...

         - Quando ambas ciências mergulharam no mundo nanométrico e se “abraçaram”, o avanço tecnológico foi surpreendente. O mais importante é que há sempre um contexto a ser considerado conforme ocorre a evolução tecnológica. Cada vez menos matéria e energia são desperdiçadas na indústria de alta tecnologia, pois vários processos produtivos envolvem criar materiais a partir da auto-organização induzida e usa-se energia de organismos vivos, como na ação de bactérias para produção de fios sintéticos. Nanotubos de carbono são mais fortes que fios de aço, conduzem mil vezes mais eletricidade que um fio de cobre. A criatividade tem sido estimulada. Empresas têm percebido que o lucro vem em grande parte do conhecimento e da sua apropriação. É um processo geral de mudanças. A medicina avança cada vez mais com novas descobertas e também influencia esta busca pelo saber.

         - Sim, quando paramos para pensar que as proteínas e açúcares do nosso corpo são polímeros...

         - De novo esses polímeros! Plástico, proteína... Mãe, o que são polímeros?

         - Polímeros são macromoléculas formadas por pequenas unidades repetitivas chamadas monômeros. A proteína, por exemplo, é constituída de aminoácidos.

         - Assim como minhas peças de encaixar?

         - Exato. Cada cadeia polimérica é feita pela união de moléculas simples ligadas por covalência.

         - Dá para fazer um polímero que dê a volta no planeta Terra?

         - Aparentemente sim, não é? Mas há limitações práticas, nem por isso não são interessantes. Polímeros amolecem gradualmente enquanto a temperatura aumenta, a viscosidade depende do comprimento da cadeia, quanto maior o contato intermolecular, maior é a resistência... Lembrando que borrachas e plásticos, por exemplo, são misturas, possuem aditivos para controlar suas propriedades.

         - Como os corantes, mãe?

         - Sim, nos plásticos há também plastificantes para melhorar resistência e flexibilidade, estabilizadores para melhorar a resistência à luz e à oxidação, retardadores de chama para maior resistência ao fogo... É preciso tomar cuidado, pois o uso desses aditivos, se não for devidamente fiscalizado, pode apresentar riscos à saúde das pessoas que têm contato com a matéria.

         - Mãe, os plásticos são usados na parte externa do computador porque são isolantes elétricos?

         - Nem tanto, leveza, resistência e, principalmente, custo são os motivos majoritários. Mesmo porque, os componentes internos já são protegidos, fios, por exemplo, são encapados com plástico.

         - Essa conversa sobre plásticos isolantes fez com que eu lembrasse que não cheguei ao “fim temporário” da história dos monitores.

         - Verdade, vovô. Mas por que os plásticos fizeram você se lembrar?

         - Porque a próxima parte refere-se a polímeros orgânicos condutores de eletricidade.

         - Uau! Como compostos moleculares podem ser condutores?

         - Polímeros que têm ligações duplas alternadas na cadeia carbônica podem ser usados para conduzir eletricidade. Metais são condutores, por seus elétrons de valência terem mobilidade. Já sólidos covalentes, como a grafita e nanotubos de carbono, por possuírem ligações p deslocalizadas em anéis aromáticos ligados entre si, por onde elétrons podem se mover devido à existência de orbitais vazios energeticamente próximos dos orbitais ocupados. Polímeros condutores possuem uma cadeia longa de átomos de carbono com hibridação sp2. Como as ligações simples e duplas se alternam, cada átomo de carbono tem um orbital p não-hibridado superponível a um orbital p em cada lado. Isso permite deslocalização de elétrons por toda a cadeia, como uma versão unidimensional da grafita. A polianilina (PANI) está sendo usada em baterias recarregáveis chatas e filmes laminados enrolados que poderiam ser usados como computadores flexíveis. Já pensou poder tirar da bolsa uma folha de plástico enrolada com um microprocessador embutido e acessar por ela seus e-mails? A PANI pode até ser usada como solda não metálica em cartões de circuito impresso dos computadores como blindagem elétrica para a caixa. A condutividade dela é controlável com ácidos e bases de Brönsted e temperatura.

          - Novamente processo de dopagem?

         - Sim, e o ácido clorídrico é o dopante mais comum, devido ao alto grau de dissociação em meio aquoso. Em solução, a condutividade do polímero pode ser aumentada em até 13 ordens de grandeza.

         - Vovô, dá para fazer um computador inteirinho de plástico?

         - Sim, com o avanço da eletrônica molecular. Transistores e outros componentes eletrônicos podem ser feitos, só é preciso conhecer mais sobre as características desses polímeros.

         - Qual é a relação desses polímeros condutores com a história dos monitores?

         - LEDs orgânicos não são diodos de semicondutores. OLEDs são películas flexíveis finíssimas sobrepostas constituídas de material orgânico transparente, com espessura total de meio micrômetro. Quanto mais intensa a corrente aplicada à determinada camada, mais luz daquela cor é emitida. Como a luz é emitida pelos pontos da placa pela eletrofosforescência, pontos negros não consomem energia.

         - Só é preciso atentar ao fato de que estamos tratando genericamente desses monitores, mas há dois tipos diferentes: os de “moléculas pequenas”, fabricado em um ambiente onde se faz o vácuo e as moléculas de material eletrofosforescente são depositadas camada por camada; e os poliméricos (PLEDS). O primeiro polímero de OLED, e o mais estudado até hoje, é o PPV.

         - O poli-p-fenileno-vinileno emite luz quando exposto a um campo elétrico por eletroluminescência. Quanto maior o número de carbonos, menor a energia emitida, mais próxima do vermelho é a cor, já que grupos alcóxi têm oxigênio com uma valência livre.

         - Na eletroluminescência há luz sem geração de calor, aumentando a durabilidade do produto.

         - Falando em calor, existem impressoras que dependem muito dele. Na impressão a laser, por exemplo, um feixe de raios laser cria uma imagem eletrostática em um tambor fotossensível no qual é aplicado um pó ultrafino, o toner, que adere às zonas sensibilizadas, e quando o papel passa, o pó é transferido e fixado à página através do calor.

         - Pai, por que existem tantos tipos de impressora?

         - Diferentes materiais requerem diferentes impressões, pois a substância corante precisa ter as características certas para agregar. Cada impressão tem uma finalidade. As impressões feitas em um escritório precisam ser rápidas e baratas. Há uma impressora que faz uma página de texto por segundo. Ao invés de haver uma cabeça de impressão que vai para um lado e para o outro, possui uma cabeça de impressão que é um conjunto de bocais de jato de tinta da largura do papel que será impresso, e os bocais texturizados reduzem a quantidade de poeira sobre o papel, ajudando na fixação da tinta, que é nanometricamente elaborada para perder pouca matéria durante a impressão. Pessoas que trabalham com design, que fazem próteses, possuem até máquinas capazes de imprimir em três dimensões.

         - Estou cansada. Vou guardar meus modelos de monômeros e dormir. Boa noite vovô.

         - Boa noite minha netinha. Eu já vou. Foi muito bom passar o dia com vocês. Boa noite filha.

         - Boa noite – disse ela, e acompanhou o pai até o lado de fora.

         Enquanto o carro sumia ao longe, ficou olhando as estrelas, tão grandes, mas simples pontinhos no céu. Falou para si: “O tempo passa, os objetos que nos rodeiam estão cada vez menores. Este é o momento ideal para sociedade como um todo descobrir que pode ser gigante, encontrar a grandeza de caráter e moral. Isso é desenvolvimento, poder medir em gigasorrisos a felicidade no planeta Terra”.

Bibliografia:

ATKINS, Peter & JONES, Loretta. Princípios de Química – Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 3ª edição. Porto Alegre: Bookman, 2006.

BIANCHI, Rodrigo Fernando. Estudo das propriedades eletrônicas e ópticas de filmes e dispositivos poliméricos. São Carlos, 2002.

FELTRE, Ricardo. Química: Química Orgânica. 6ª edição. São Paulo: Moderna, 2004.

SHINAR, Joseph. Organic Light-Emitting Devices: a survey. New York: Springer-Verlag, 2004.

VALADARES, E. de C.; CHAVES, Alaor & ALVES, E. Garcia. Aplicações da Física Quântica: do Transistor à Nanotecnologia. 1ª edição. São Paulo: Editora Livraria da Física, 2005.

http://en.wikipedia.org/wiki/Computer_printer
http://gazetaweb.globo.com/Canais/Supermaquinas/Materias.php?c=1317
http://smdl.snu.ac.kr
http://www.bpiropo.com.br/fpc20050124.htm
http://www.memjet.com
http://www.microemp.com.br/materia2/monitor2.htm
http://www.physorg.com/news93625514.html
http://www.rebelo.org/archives/98.
http://www.revistapesquisa.fapesp.br/?art=4161&bd=2&pg=1&lg=
http://www.ufsm.br/pgfisica/alunos/lange.pdf
http://www.zcorp.com/
http://www.zdnet.com.au/

Autor: Luiz Fernando Toneto Novaes

2ª Série Ensino Médio
Colégio: Absoluto
Tietê
Professor(a): Ângelo L. Ariente e Armando Zaidan

Química: da areia ao chip.

         Em poucos anos, nas últimas décadas do século XX, a informática revolucionou a atividade humana em todos os níveis. Com o acelerado progresso obtido tanto no campo da tecnologia dos computadores, quanto no da programação, a informática deixou de ser uma área reservada a especialistas e se insinuou cada vez mais na vida cotidiana, o que permite, entre outras vantagens, o acesso das pessoas a um volume cada vez maior de informação. Para que esse sucesso ocorresse a informática apoiou-se muito em vários ramos da química.

         Para mostrar como o computador é um arranjo útil de produtos químicos, vamos começar fazendo as seguintes perguntas, o que é e do que é formado um computador?

         O computador é composto de duas partes fundamentais e complementares, o software e o hardware. O primeiro é o suporte lógico, compreende basicamente os sistemas operacionais, as linguagens de programação e os programas propriamente ditos. O segundo é o equipamento físico, que é composto por três elementos: a unidade central de processamento (UCP, em inglês CPU), a memória e os periféricos.

         A CPU lê informações contidas na memória e realiza as operações solicitadas, ativando e desativando os dispositivos periféricos necessários, dentre esses, os mais comuns são o mouse, o teclado, a impressora e o monitor.

         O material comum mais presente no exterior desses periféricos é o plástico, que pode ser obtido através de reações de condensação de monômeros para formar polímeros, um exemplo de plástico obtido por condensação é a baquelite que é obtida pela reação de fenol (hidroxibenzeno) e formol (metanal); há também presença de tinta, para identificar a marca de um equipamento, modelo, e no teclado marca os caracteres; há peças que contém metais, os fios e outras que são geralmente para efeito estético, como uma peça niquelada ou cromada, que passam por processos de eletrólise, conhecidos como galvanoplastia.

         No interior há em comum principalmente chips, fios de cobre revestidos por plástico, como o PP (polipropileno) obtido por reação de adição, esse plástico é usado por possuir boa resistência elétrica e térmica, além de outras peças plásticas.

         Em postes a grande quantidade de fios causa muito trabalho para fazer reparação de danos, se no computador fosse usado um fio para fazer cada conexão o computador seria muito maior e de difícil trabalho, para evitar isso usa-se circuitos impresso e os integrados (chips). O circuito impresso ou estampado na placa é feito industrialmente através de uma série de processos químicos, inicia-se com o corte das placas de fenolite cobreada, é feita a limpeza das placas, que seguem para uma impressão de tinta na placa, elas vão para tanques que contém percloreto de ferro e somente as partes que não contém a tinta são corroídas, depois as placas são mergulhadas em solução de soda cáustica que retira a tinta, elas são furadas e vão para o acabamento.

         As impressoras são dispositivos que transferem informações do interior do computador para o exterior por meio da impressão dessas informações em papel, facilitando o transporte de informações. Há basicamente dois tipos de impressoras, a jato de tinta e a laser.

         A impressora a jato de tinta contém cartuchos, onde as tintas estão em compartimentos separados, que despejam minúsculas gotas de tinta (o diâmetro da gota é menor que o diâmetro de um fio de cabelo) gotas de diferentes cores podem combinar-se para obter novas cores e até imagens com qualidade de fotografia.

         A impressora a laser tem o sistema de impressão baseado em eletricidade estática. O laser desenha eletricamente as letras e imagens que serão impressas no tambor. A impressora recobre o tambor com toner (um pó fino e preto, composto por pigmento e plástico que depois de derretido irá aderir ao papel) carregado positivamente. O toner se agarra somente às áreas negativas descarregadas do tambor pelo laser. O papel recebe uma carga negativa, que é mais forte do que a carga da imagem eletrostática. Como o papel se move na mesma velocidade que o tambor, ele capta exatamente a imagem. Para impedir que o papel fique aderido ao tambor, ele é descarregado imediatamente depois de captar o toner.

         A impressora passa o papel pelo fusor, um par de rolos aquecidos revestidos de Teflon para evitar que o toner grude nele. À medida que o papel passa por esses rolos, o pó de toner solto se funde, unindo-se às fibras do papel. O fusor rola o papel para a bandeja de saída e obtém-se a página impressa. Depois de depositar o toner no papel, a superfície do tambor passa pela lâmpada de descarga. Essa luz brilhante expõe a superfície fotorreceptora, apagando a imagem elétrica.

         Para poder “ver” as operações que estão sendo feitas no computador existe o monitor, que assim como a impressora, transfere informações do interior do computador para o exterior, mas esse faz por meio da imagem gerada na tela. Há dois tipos de monitores usados os de tubo de raios catódicos e os de tela de cristal líquido.

         A reprodução da imagem no monitor do computador usa uma ampola de Crookes sofisticada, um tubo de raio catódico, no interior desse tubo 3 feixes de elétrons são dirigidos sobre a tela que internamente é revestida de fósforo, que é uma substância luminescente. Cada vez que um feixe de elétrons atinge uma minúscula área do fósforo na superfície da tela, ocorre emissão de luz, os feixes que possuem as cores vermelho, verde e azul, varrem a tela e através da combinação dessas cores obtém-se cerca de outras 16 milhões, formando a imagem.

         Levou-se muito tempo desde a descoberta dos cristais líquidos até a abundância de aplicações da LCD da qual desfrutamos hoje. Os cristais líquidos foram descobertos em 1888, observando as mudanças de fase do benzoato de colesteril, aquecendo-o, primeiro se tornava um líquido enevoado e então clareava conforme a temperatura subia. Sob resfriamento, o líquido tornava-se azul antes de finalmente cristalizar. Os cristais líquidos usados nas LCDs são os nemáticos porque possuem um padrão definido de organização. A orientação das moléculas na fase nemática está baseada no orientador, que pode ser qualquer coisa, desde um campo magnético até uma superfície com ranhuras microscópicas. Sendo que alguns tipos de cristais líquidos respondem em até microssegundos, para formar as imagens na tela.

         A CPU, os periféricos e principalmente a memória contém na formação circuitos integrados, ou chips, que estão permitindo a miniaturização de componentes eletrônicos e também expansão da memória do computador, esses chips ajudam no desenvolvimento da nanotecnologia.

         O circuito integrado é formado de componentes semicondutores, entre eles o principal é o silício. Esse elemento é um dos mais abundantes no planeta Terra, é encontrado em rochas, solos, areias, terras, está presente no quartzo, sílex, tridimita, ágata, opala e muitos outros.

         O silício livre é obtido industrialmente através da redução a alta temperatura do dióxido de silício (SiO2) pelo carbono ou magnésio, segundo as reações:

         SiO2 + C ? Si + CO2

         SiO2 + 2 Mg ? Si + 2 MgO

         O silício obtido possui 98% de pureza, mas precisa passar por mais uma etapa para ser obtido um silício ultra-purificado, então o silício obtido sofre uma reação com HCl formando triclorossilano (SiHCl3), que pode ser purificado por destilação, as reações que ocorrem são:

         Si + 3 HCl ? H2 + SiHCl3 ? Si + 3 HCl

         O silício obtido possui impurezas da ordem de uma parte em 1010. Em silício puro e cristalino, à temperatura ambiente, os quatro elétrons de valência de um átomo são usados numa ligação covalente normal com os outros átomos de silício adjacentes. Se forem colocados átomos do grupo 13 ou 15 da tabela periódica (geralmente usam-se o índio e o arsênio por possuírem ponto de fusão mais baixo) no lugar de alguns átomos de silício (dopagem), obtém-se um material semicondutor. A semicondução consiste na movimentação de elétrons em um sentido ou de vazios em outro.

         Diversas combinações de semicondutores são usadas para construir componentes eletrônicos, como o diodo que é usado como retificador, transformando corrente alternada em contínua e também é usado como transistor que tem função de amplificar e chavear sinal elétrico.

         Para otimizar ainda mais a memória do computador e sua capacidade de armazenamento de dados, os cientistas estão se voltando agora para uma nova área de pesquisa denominada spintrônica. Esta estuda como o movimento dos elétrons em torno do próprio eixo, o spin, e a conseqüente criação de um campo magnético, pode ser utilizado na construção de microchips muito mais rápidos e eficientes que os atuais.

         Antes da spintrônica, o magnetismo não era levado em conta na hora de desenvolver os componentes eletrônicos para computadores, como os transistores que são os elementos que constituem os microchips. Até que os cientistas notaram que a polarização do spin dos elétrons (que gera um controle no campo magnético) pode aumentar e muito a capacidade de armazenamento de dados na memória do computador.

         Os discos rígidos de alta capacidade encontrados nos modernos laptops, por exemplo, que armazenam uma quantidade imensa de dados por milímetro quadrado, usam um efeito da spintrônica, a Magnetorresistência Gigante para ler esses dados tão comprimidos.

         Em resumo cada componente do computador é resultado da combinação de produtos químicos, desde os mais simples como plásticos que revestem os computadores, até os mais complexos como circuitos integrados, cada vez mais os computadores estão presentes na vida diária, ganhando importância e tendem a conquistar todos os espaços, tudo graças à química.

Bibliografia

Encyclopaedia Britannica do Brasil Publicações LTDA, volume 8, 1999, páginas 117 a 123.

Martha Reis, Interatividade química, 1ª edição, 2003, editora FTD, páginas 134 e 135.

J. D. Lee, Química inorgânica não tão concisa, 5ª edição, 2006, editora Edgard Blücher, páginas 33 a 36.

John Blair Russel, Química Geral, volumes 1 e 2, 2ª edição, 2006, editora Pearson Makron Books, páginas 444 a 446, 1086 e 1087.

Acesso aos seguintes sites em 4 de novembro de 2007:
http://www.equipetecnica.com.br/placa_circ_impresso.htm
http://informatica.hsw.uol.com.br/impressoras-a-jato-de-tinta.htm
http://informatica.hsw.uol.com.br/impressoras-a-laser.htm
http://informatica.hsw.uol.com.br/lcd.htm

Autor: Maria Clara Nicolau Vieira

2ª Série Ensino Médio
Colégio: Singular
Professor(a): Miriam Possar do Carmo e Adriana C. Adobo

Esse mundo moderno

         Férias! As tão esperadas férias haviam chegado, e já não era sem tempo. Depois de um ano de tanto estudo, eu realmente merecia descansar. Logo comecei a fazer planos para meus dias de folga: dormir até tarde, ler bastante, ir ao cinema, jogar boliche com os amigos e, claro, usar a internet. Aliás, usar bastante a internet. Gosto tanto do mundo virtual que poderia passar um dia todo mexendo no computador.

         Mas eu mal pude colocar meus planos de férias em prática, quando meu pai chegou com uma novidade: iríamos viajar. Foi tudo de repente, ninguém estava esperando. Aconteceu que a empresa em que ele trabalha (uma multinacional fabricante de aparelhos eletrônicos e softwares para computador) o informou que ele teria de participar de reuniões importantíssimas na sede da empresa, na Califórnia, Estados Unidos. Papai então teve a idéia de nos levar junto (mamãe, meu irmão e eu), para que aproveitássemos as férias lá.

         Enfim, acabamos mesmo indo para a Califórnia e ficamos na região do Vale do Silício, que reúne o maior número de empresas de informática dos Estados Unidos e é um pólo de inovações tecnológicas. Conheci pessoas diferentes, a sede da empresa em que meu pai trabalha e muitas cidades... Era tudo muito moderno; um lugar com tecnologia e eletrônica por toda a parte. Mas do que mais gostei mesmo foi a visita que fizemos a um museu sobre a história do computador.

         Nesse lugar pude conhecer as primeiras e mais simples máquinas de calcular, antecessoras muito antigas do computador atual, e todas as transformações ocorridas ao longo do tempo para que se chegasse à modernidade dos dias de hoje. Nesse museu aprendi muito, não só sobre a história dos computadores, mas sobre sua fabricação e funcionamento.

         Atualmente, a maioria dos computadores é revestida por plásticos, que são materiais orgânicos e polímeros sintéticos (compostos químicos com massa molecular elevada por apresentarem macromoléculas). E internamente há inúmeros materiais e elementos químicos combinando-se para seu funcionamento.

         Os monitores me chamaram muita atenção. Estão ficando cada vez mais compactos e desenvolvidos. Hoje existem monitores fabricados com dois tipos distintos de tecnologia: CRT e LCD.

         A primeira delas, o CRT (Catodic Ray Tube – ou em português: Tubo de Raios Catódicos) utiliza uma tecnologia descoberta no início do século, mas com alto nível de qualidade. Seu funcionamento baseia-se no uso de um canhão de elétrons (carga negativa - cátodo) posicionado na parte de trás de tubo de imagem onde a tela se baseia. Essa tela é composta por camadas de fósforo (em grego: portador de luz. Símbolo: P) e uma cinta metálica carregada de carga positiva (anodo) para atrair os elétrons até a parte da frente da tela. Dessa forma, quando os elétrons emitidos pelo canhão atingem as camadas de fósforo, uma luz é gerada naquele ponto, e o conjunto desses pontos faz surgir imagens na tela do monitor.

         O canhão de elétrons bombardeia as células de fósforo uma a uma, no sentido da esquerda para a direita, de cima para baixo. Após percorrer toda a extensão da tela, ele volta à posição inicial e recomeça o processo. Cada ponto de luz tem curta duração e, por isso, a imagem precisa ser atualizada algumas vezes por segundo. Para que a imagem seja sólida o suficiente e não cause danos aos olhos, sua taxa de atualização deve ser de pelo menos 75 Hz (75 vezes por segundo).

         As telas de LCD (Liquid Cristal Display – ou em português: tela de cristal líquido) estão tornando-se cada vez mais comuns e possuem vantagens sobre os monitores CRT: os monitores de cristal são bem mais finos (por isso, muito utilizado em computadores portáteis); possuem uma tela plana sem distorções de imagem, aumentando sua área de exibição; gastam menos eletricidade e são mais confortáveis aos olhos.

         Como indica o nome, essas telas são fabricadas com o cristal líquido, uma classe de materiais compreendida entre o sólido e o líquido, cujas moléculas possuem dipolos e podem ser alinhadas através de um campo elétrico. Alguns tipos de cristais líquidos apresentam cores fortes que sofrem alterações sob a ação de temperatura, pressão, campo elétrico e magnético. Já outros têm rápida resposta eletroóptica na presença de campo elétrico, e são esses os adotados na fabricação das telas (não só de monitores de computador, mas de equipamentos eletrônicos em geral). Com a tecnologia LCD, as imagens podem ser monocromáticas (calculadoras, relógios...), ou coloridas (computador, televisão, celular, etc.). Na composição do LCD estão presentes fosfatos de índio (que são semicondutores - transmitem e controlam a corrente elétrica) e finas películas de óxidos de índio e estanho.

         Foi um longo caminho percorrido desde a primeira máquina de calcular até o computador atual, e eu adorei ver toda essa evolução no museu no Vale do Silício. Aliás, por falar em silício, descobri que este é um elemento químico muito presente no computador. Além de ser empregado na fabricação de chips, esse elemento também está presente em outras partes.

         Há, por exemplo, uma tecnologia aplicada nos modelos atuais de mouse, que são totalmente ópticos. Esse tipo de mouse opera com um sensor muito preciso que o permite funcionar em qualquer superfície. O mecanismo óptico emite um feixe de luz capaz de “ler” a superfície cerca de seis mil vezes por segundo, percebe as direções do movimento do mouse e as transmite ao computador, fazendo a seta se mover na tela. Nesses mouses, o sensor apresenta células fotoeléctricas (ou fotovoltaicas). Essas células são dispositivos que transformam energia luminosa em energia elétrica (também são utilizadas em placas solares de aquecimento). As células podem ser produzidas com vários elementos como Silício Cristalino (s-Si), Silício Amorfo, CIGS (nome comercial de Cu(In,Ga)Se2. ), Arsenato de Gálio (GaAs) e Telureto de Cádmio (CdTe). Porém, entre todos esses, o mais utlizado é o Silício Cristalino.

         Nesse estado cristalino, é bem duro, praticamente insolúvel, e presenta um brilho metálico. É muito resistente à ação de ácidos e transmite 95% dos comprimentos de onda das radiações infravermelhas. Além disso, por ser um elemento muito abundante em nosso planeta (segundo elemento mais abundante da crosta terrestre, geralmente apresentado na forma de silicato) é também considerado o material básico na produção de circuitos eletrônicos e chips.

         Aliás, falando em chips, descobri que eles também podem ser chamados de circuitos integrados. Um circuito integrado é um dispositivo micro eletrônico formado por muitos transistores (componente cuja principal função é amplificar e chavear sinais elétricos). Os chips devem ser construídos sobre pastilhas de material semicondutor, ou seja, que não conduz muito bem eletricidade. Porém, ao se adicionar determinadas substâncias a este semicondutor, como o Germânio ou o Silício, suas propriedades elétricas sofrem profunda modificação. Essas substâncias adicionas ao semicondutor são chamadas de impurezas, e essa adição recebe o nome de dopagem.

         Com o avanço da eletrônica e da química, desde a década de oitenta, novas tecnologias vem sendo desenvolvidas para a dopagem dos semicondutores e, hoje, já existem dois tipos de impurezas que podem ser adicionadas a eles.

         No primeiro caso, a impureza recebe o nome de doadora. Isso ocorre quando, por exemplo, ao semicondutor germânio (os átomos se ligam aos seus vizinhos através de quatro elétrons) é misturada a impureza fósforo (cinco elétrons na camada de valência). Quatro elétrons do átomo de fósforo se unirão aos elétrons do germânio, e ainda restará um elétron livre. Cada átomo de fósforo, então, cede esse elétron ao germânio e, por isso, chama-se impureza doadora. Nesses casos, o semicondutor formado é do tipo N (negativo), porque a corrente elétrica será constituída por elétrons.

         O segundo caso ocorre quando a substância adicionada ao semicondutor tem menos elétrons na camada de valência do que o próprio semicondutor. Esses casos podem envolver, por exemplo, o boro (três elétrons na camada de valência) e o germânio. Faltará um elétron nessa ligação, formando-se um tipo de “buraco”. Quando algum elétron vai até esse buraco para completar a ligação, o átomo de onde ele veio fica com carga positiva (porque perdeu uma carga negativa). Pode-se então dizer que o átomo que cedeu o elétron ganhou um “buraco positivo”. Se outro elétron preencher esse buraco positivo, restabelecerá o equilíbrio do átomo, deixando outro buraco positivo no átomo de onde partiu. Assim, os buracos vão se movendo no semicondutor no sentido contrário ao dos elétrons.

         Eu nunca imaginei que pudesse haver tanta química envolvida na produção de um computador. Continuando minha visita pelo museu, fui descobrindo cada vez mais a importância da química nesse setor de equipamentos eletrônicos, que tanto cresce, cada vez mais. Percebi que a tendência mundial é que o uso de computadores fique cada vez mais comum, e fiquei convencida de que as descobertas químicas contribuem muito para que isso aconteça. Conforme vão se descobrindo novos processos e materiais para o desenvolvimento dos computadores, eles vão se tornando mais acessíveis a todos.

         O computador é formado por um conjunto de anexos como o teclado, o mouse, o monitor, as caixas de som, etc... Mas a grande responsável pelo funcionamento ordenado deles é a placa-mãe (também conhecida como mainboard ou motherboard), que faz a comunicação entre o processador e todos os periféricos e, por isso, é considerada o elemento mais importante de um computador, pois tem como função permitir que o processador se comunique com todos os periféricos instalados.

         Após conhecer melhor todo esse mundo virtual, uma questão me veio em mente. Como deve ser o descarte de um computador que já não é mais utilizado? Perguntei a vários monitores do museu, e juntando um pouquinho da informação de cada um, concluí que ele definitivamente não deve ser simplesmente jogado fora. A fabricação de um único computador (considerando o monitor CRT de 17 polegadas) consome cerca de 1,8 tonelada de materiais de diversos tipos. Só em combustíveis fósseis, a construção de um computador consome mais de 10 vezes o seu próprio peso. Em média são 240 quilos de combustíveis fósseis, 22 quilos de produtos químicos e 1.500 quilos de água (consumida em sua maior parte na fabricação dos chips). Em cada etapa da produção do circuito integrado, desde a pastilha de silício até o chip pronto, ocorrem lavagens seguidas com água extremamente pura.

         Com todos esses dados torna-se clara a necessidade de se reciclar computadores e todo tipo de equipamento eletrônico. O simples descarte desses produtos representa um grande desperdício de recursos. Fora isso, há ainda um grande potencial poluidor e tóxico: o chamado e-lixo (ou lixo eletrônico) está causando um estrago nas cotações de metais que são usados na fabricação de componentes e circuitos eletrônicos.

         Além de pequeninas quantidades de ouro, prata e paládio, os computadores contêm cobre, estanho, gálio, índio e muitos outros metais indispensáveis aos microprocessadores, às memórias e à maioria dos circuitos integrados, o que lhes garante um de altíssimo valor.

         A reciclagem de computadores é uma questão de alta tecnologia, que exige processos complexos. Mas é muito importante que seja feita, porque o setor de telecomunicações e tecnologia da informação está crescendo e a tendência é que isso só aumente.

         A viagem até o Vale do Silício me fez descobrir novos mundos. Aprendi – e muito – o que há por trás daquela tela que tanto me fascina e me faz ficar por horas em sua frente. Percebi o quanto há envolvido na produção de um computador, que é muito mais do que eu poderia imaginar. Convenci-me que nunca paramos de aprender e jamais devemos deixar de nos questionar sobre o que nos intriga, para continuarmos a sermos humanos (ainda que cada vez mais tecnológicos!).

Autor: Marina Heleno Fernandes Paula

2ª Série Ensino Médio
Escola de Ensino Básico Interação
Campos de Jordão
Professor(a): Marta dos Santos

O Curto do Circuito

         Era, aparentemente, mais um dia de trabalho normal daquela velha máquina. Aquele computador já era completamente ultrapassado, e a cada dia sentia-se mais e mais velho, lamentando-se da velocidade com que a tecnologia inventava e reinventava novos modelos, muito mais bonitos e eficientes. Sua tela era um modelo de projeção tão antigo que não havia outra opção de cor senão verde. Às vezes viajava em sua memória até a época em que fora um lindo conjunto de peças brancas, e não amarelas como se encontrava no momento. Até que um dia seu desânimo foi tanto que a fonte de sua energia mal conseguiu encontrar forças para ligar, a tela vacilou, o teclado travou, o mouse mal se mexia, e o pobre computador entrou em coma.

         Não havia técnico que resolvesse seu problema. Era um caso perdido... ou quase perdido. Exceto por uma peça, que continuava sua luta incansável pela vida, numa tentativa quase frustrada de sobrevivência, o chip. O pequenino era animado por uma oportunidade de trabalhar novamente. Não suportava a idéia de ver-se demitido, esquecido em um lixo eletrônico qualquer. Levou suas esperanças até o último momento, quando se viu voando pelos ares e terminando no topo de uma enorme pirâmide de peças velhas, como ele. Por um momento ele encarou a realidade, e prometeu a si mesmo que não iria se abater.

         — ...Ohhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh! Vida cruel! Desgraçado eu sou! Por quê, Meu Deus?! Não mereço uma coisa dessas! Eu, um chip honesto, trabalhador! Nunca matei nem roubei na vida! Nunca sabotei o circuito interno, por mais que eu tivesse vontade de dar um tranco naquela impressora preguiçosa! Coitado de mim! Ohhhhhhhh...

         O chip desatou a chorar compulsivamente. E lamentou-se tanto que despertou compaixão nas outras peças que ali estavam e que lentamente se aproximaram.

         — Ah, coitadinho! O que será que aconteceu com ele? – disse cheia de compaixão a Tela.

         — Não sei. Aliás, ele não me parece tão mal para estar aqui. – comentou a CPU.

         — Ah, “fala sério”! O cara tá acabado! E com certeza vai dar pane no próprio sistema se continuar chorando desse jeito.

         — Calem a boca suas Caixas de Som fofoqueiras. As Senhoritas não têm regulador de volume? Poderiam usá-lo de vez em quando, não é...?

         — Ah, “fica na sua” seu rato velho! Eu baixo o volume se eu quiser! Ainda tenho botão, ao contrário de você que perdeu sua barra de rolagem.

         — Rato não! Mouse!

         — Vocês querem todos parar com isso e prestar atenção em mim?! Temos um caso grave aqui. Tem um chip chorando lá em cima! Dá pra esquecer que são feitos de matéria inanimada por um momento e ter um pouco de compaixão?!

         Fez-se silêncio. Lentamente eles aproximaram-se do Chip, que ainda não parara de chorar.

         — Olá querido! Por favor..., não fique assim. As caixas têm razão, você vai acabar dando pane no próprio sistema se continuar desse jeito!

         As palavras da Tela não surtiram efeito. O Chip ainda fungava sem parar, mas ela insistiu.

         — Bem... imagino que deve ser muito difícil acabar num monte de peças velhas, sem uso...

         — E o pior é que estão velhas mesmo! Meu filho, tudo tem sua hora. Veja essa tela aqui, já perdeu metade de seu fósforo! Quase não acende mais! – continuou uma das caixas.

         — Ora, Senhorita! Controle-se. Se não parar de fofocar nesse exato momento, eu abaixo seu volume e lhe arranco os botões! Então veremos se seu funcionamento é tão perfeito assim! – ameaçou o Mouse.

         — ...Mas olhe que falta de educação a minha! – a CPU cortou a discussão. Deixe-me apresentar. Sou realmente um modelo bem ultrapassado, quer dizer, o que sobrou de mim. Não tenho mais o circuito interno completo. Restou-me um leitor de disquete, mas como atualmente ninguém mais se lembra do disquete, fui substituída por outra CPU mais moderna que até grava DVD. Além de tudo, meu sistema não era integrado. Eu tinha a Unidade de Controle separada da Unidade de Execução. Uma pifou com uma descarga elétrica, e a outra foi reaproveitada em outro sistema. Só sobrou essa carcaça velha de polímero (plástico), e algumas entradas e saídas de conectores externos, que são os outros aparelhos que compõem o computador. Telas, mouses, teclados e até caixas de som se conectam a mim. Por isso meu nome é Unidade Central de Processamento, mas prefiro o apelido se vocês não se importam. Chamar-me de “Unidade” me faz parecer uma unidadezinha qualquer.

         — Bom, isso você já é mesmo, queridinha. Sua importância é quase zero já que o mais importante você não possui mais! – falou cheia de sarcasmo a outra Caixa de Som.

         — Isso magoa, sabia?... Até porque, podem colocar um chip muito mais moderno em mim, inserir novas saídas de leitura de CD e DVD e eu funciono perfeitamente!

         — Se comprarem uma nova, com certeza ela funcionará melhor!

         — Tudo bem, tudo bem, deixe-me pronunciar neste momento. Muito prazer, Sr. Chip, pode me chamar de Mr. Mouse. Só não me chame de Rato. Isso me ofende, dá uma conotação negativa à minha pessoa. Além do mais a única coisa que tenho semelhante a um é esse fio enorme que me conecta à CPU, o qual é associado ao rabo do animal. Bem, devo-lhes esclarecer minha origem: vim para facilitar a vida de todos, fornecendo um comando mais direto e amplo pela tela, movimentando o cursor. Antigamente usava-se o teclado mesmo, por isso pode-se dizer que sou mais evoluído, superior!

         — Ah sim, super evoluído, com esse seu sensorzinho de quinta categoria, uma coisa milenar mesmo! Melhor que eu você não é. – retrucou o teclado.

         — Não fale assim desta circunferência abdominal que carrego comigo ao longo de minha existência! Tudo bem, atualmente os sensores são feitos com infravermelho, e alguns nem tem fio! É triste pensar que fui ultrapassado, porém nada muda o orgulho que tenho de carregar um circuito útil em meu interior, com botões (direito e esquerdo) que funcionam.

         — Grande coisa, sua barra de rolagem não funciona e “vira e mexe” essa sua “circunferência abdominal”, a qual eu prefiro chamar de “bolinha” mesmo, emperra com qualquer coisa. Eu estou muito mais conservado e funciono perfeitamente. Sim, eu sou um periférico, ou seja, me conecto à CPU. E diferentemente de muitos de vocês eu tenho diversos sensores! Cada um para um comando, para cada letra, etc. E funciono numa integração perfeita com a Tela! É só digitar que imediatamente tudo aparece lá. É uma beleza, muita tecnologia.

         — Você é praticamente só polímero! Além do mais é suuuuuper primitivo. Desde que eu ouço as histórias sobre computadores tem um antepassado seu lá. E pelo jeito você não mudou nada, não é mesmo...

         — Caixa, “fica na sua”! Eu fui fundamental para a invenção do computador, um modelo moderno das máquinas de escrever! Olha que maravilha! Tudo muito mais macio, simplificado, porque a verdade é que sou muito gostoso! É muito confortável trabalhar comigo.

         — Você é sensível ao toque, isso sim! – disse provocativa uma das caixas de som.

O teclado ofendeu-se profundamente com o comentário da Caixa de Som. A Tela interveio

         — Bem, você pode me chamar também de Monitor de Vídeo, mas soa meio masculino. Sou um dispositivo de saída que faz um interface visual com o usuário! E, bem, comparado a todos vocês, tenho muito mais química.

         — Química? Ah sim, concordo, gatinha. Tem mesmo uma química muito grande que rola entre a gente não é mesmo? Uma sincronia de circuitos, de fluidos elétricos!

         — Ah, você é adorável, Teclado querido! Mas não é disso que estou falando...

         — Infelizmente...

         — ...Como eu dizia, esse mundo infinito de combinações de cores e imagens maravilhosas só é possível por causa de meu Tubo de Raios catódicos.

         — Não sabia que você tinha tubos, meu amor...

         — Pois eu tenho, já que sou um monitor tradicional. E ele é parte essencial do meu funcionamento! Ah, Santo William Crookes, inventor dessa maravilha, agora aprimorada. O tubo consiste, inicialmente, em dois filamentos: um catodo (terminal negativo) e um anodo (terminal positivo). O catodo é aquecido, liberando elétrons, que por sua vez são atraídos pelo anodo. É uma sensação indescritível ter correndo dentro de si um fluxo elétrico assim! Depois os feixes elétricos são direcionados para a tela, através de um campo eletromagnético criado dentro de uma bobina de cobre...

         — Espere um minuto, meu bem. Além de tubos você tem bobina?

         — Para você ver! É uma maravilha o que a bobina pode fazer! O feixe de elétrons entra em contato com pontos específicos da tela, que está revestida com fósforo, o único material que reage com radiação e emite luz! Com a variação desse brilho é que aparecem as imagens! Não é fantástico?! Atualmente existem outros modelos de telas, feitas com LCD (liquid cristal display), como o próprio nome já diz, é feita com cristais líquidos que tem sua fórmula estrutural modificada quando em contato com correntes elétricas. Ocorre uma polarização e, dessa forma, a produção de imagens.

         — Agora se explica de onde vem tamanha beleza, tamanha definição, você é realmente linda, meu amor!

         — Achei que você não gostasse do meu design. Já fabricaram modelos mais magrinhos que eu..., com uma definição quase perfeita, e que se sincronizam muito mais rapidamente com o teclado do que eu.

         — Minha princesa, eu a amo do jeito que é! Adoro as curvas do seu... bem... como é mesmo, tubo?

         — Tubo catódico.

         — Ora, Chip, o que tanto o abate? – a CPU fez uma última e desesperada tentativa de reanimar o pequeno que ainda não parara de chorar.

         — Oh, vida cruel! Fui demitido! A máquina em que trabalhava faliu! Agora estou aqui, jogado nesta pilha. SOU INÚTIL!!!!!

         Começou a chorar compulsivamente.

         — Meu querido, isso não é verdade! Todos aqui alimentamos esperanças de voltar ao uso. Você ainda está bonito, inteiro...

         — Não!!! Não estou! Eu sou apenas um monte de entulho. Dona, o que posso eu fazer se perdi meu Silício! Oh, estou acabado...!

         Foi um choque geral, menos por parte das caixas de som.

         — Ô, galera, o que tem de tão grave nisso! Pôxa, todo mundo aqui tem defeitos! Qual o problema em não ter Silício? Grande coisa...

         — Ora, é sim uma grande coisa. O Silício é vital! Afinal um chip é feito de Silício!

         — Ah, não é não, Seu Mouse! Eu tive um amigo chip que era feito de ouro! – comentou uma Caixa.

         — Não seja boba. Esse chipzinho aí deve ser pobre, por isso não é de ouro! Aquele nosso amigo era chique! Devia funcionar muito melhor que esse aí. Vai ver é por isso que ele está aqui jogado no lixo eletrônico. – outra caixa entrou na conversa.

         — Pois saibam as senhoritas que são poucos os materiais baratos, de fácil manuseio e condutores de corrente elétrica. O Silício é muito bom condutor e atualmente é muito mais usado que o ouro! É tecnologia se ponta!

         — Ótimo, então se o tal elemento é assim tão importante, sinto dizer-lhes que nosso amiguinho aqui, pelo que parece, está em estado terminal... Algumas palavras finais, filho?

         Finalmente os demais aparelhos resolveram reunir-se ao redor das duas para abaixar o volume e tirar-lhes os botões, como o Mouse sugerira. Emudecidas as duas, completamente incapazes de fazer qualquer ofensa, a Tela pediu para que Chip prosseguisse a conversa.

         — A Srta. estava falando de química, e me lembrei de algumas coisas sobre mim.

         — Olha aqui, “cara”, a Tela é minha! Ela só tem química comigo! – o teclado era ciumento.

         — Ah, não, estava me referindo à minha composição química.

         De repente afloraram novamente lágrimas em seus olhos. Todos ficaram preocupados com um possível novo ataque de nervos do Chip.

         — Sabem... eu vim lá do vale, Vale do Silício. Ah, minha infância querida, que saudade eu tenho. Lembro-me de quando eu era um “wafer”, uma fatia de silício virgem. Depois da aplicação de dióxido de enxofre, perdi minha inocência, mas foi um processo rápido. Aquela noite foi quente.

         Todos ficaram assustados com a narração do circuito.

         — Acalmem-se, estou falando de calor literalmente! Depois fui coberto por uma substância fotossensível. Eles projetaram em cima de mim o modelo do circuito que queriam, e a luz reagiu à substância. Oh foi terrível! Eu fiquei meio... mole! Aquela substância “detonou” comigo. Quando eles tiraram as partes amolecidas, fiquei com umas cicatrizes fundas em mim! Depois é que fui entender que eram condutores de cargas positivas e negativas. Mas antes que eu pudesse tê-los, o processo se repetiu algumas vezes. Aplicaram outra camada de SiO2 e, em seguida, uma camada de polisilício. É um sanduíche de substâncias. Fizeram a mesma maldade com a substância fotossensível e fiquei com cicatrizes mais fundas ainda. Depois fui dopado.

         Todos os outros não conseguiram conter o “Oh” de espanto, a não ser as duas mudas caixas de som.

         — Está tudo bem! Não me deram drogas! Só fui bombardeado com íons...

         — Pobrezinho... – a Tela abraçou-o com compaixão, fazendo o Teclado morrer de ciúmes.

         — Mas estou aqui, não é mesmo? Afinal compreendi que se não fossem essas experiências, eu não estaria aqui hoje! Esse bombardeamento serve para transformar meu material em um semicondutor de eletricidade positiva ou negativa. Os elementos utilizados para tal são geralmente o fósforo, o antimônio e o arsênio para semicondutores negativos, e bromo, índio e gálio para positivo. Daí formam-se os transistores! Viram, não é tão ruim assim! Valeu a pena correr risco de vida. Sabiam que, se durante o processo de minha fabricação tivesse entrado uma partícula de poeira, eu poderia ter nascido defeituoso ou mesmo morto? – ninguém se manifestou, todos já estavam acostumados à história de desgraça de Chip.          

         — E outra, eu sou muito importante para o computador, afinal eu sou o circuito interno que grava, interpreta, comanda as ações da máquina!

         — É, afinal parece que, depois de tudo o que passamos, vamos acabar aqui, largados, esquecidos por tudo e todos, sem mais nenhuma utilidade...

         — Quem devolveu o botão pra essa Caixa de Som!?

         — Perdoe-me, srta. Tela! – desculpou-se Mr. Mouse          — Estava distraído e ela o pegou de volta.

         — Eu discordo dessa enxerida. Estava aqui pensando...

         — Pensando o que, CPU? Você nem tem Circuito dentro de você para pensar! – retrucou a outra Caixa.

         — Mas quem sabe eu possa ter... – e lançou um olhar furtivo ao Chip, que imediatamente compreendeu sua idéia.

         Alguns dias depois, reuniram-se os sete aparelhos. Cada um recebera a missão de consertar-se e ficar novamente pronto para uso. E já que ninguém os procurara para substituí-los por uma nova máquina, resolveram montar-se a si mesmos. E dessa forma tornaram a ser úteis, cada um à sua maneira, com sua personalidade e história de vida; num mesmo complexo integrado, formando uma sofisticada, maravilhosa e perfeita máquina, a qual conhecemos por computador! Quer dizer, quase perfeita. Até hoje as Caixas de Som dão um pouco de trabalho...

Bibliografia:

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Acesso: 05/11/2007, às 18h46min.

Autor: Mateus Falararo Cardoso

2ª Série Ensino Médio
Colégio Puríssimo Coração de Maria
Rio Claro
Professor(a): Prof. Alexandre Vicente e Profa. Daniela C. Barsotti

COMPUTADOR: UM BELO EXPOENTE DOS CONHECIMENTOS DA QUÍMICA.

         A Química, ciência que estuda a matéria, sua composição e suas propriedades, sempre foi vista com reservas pela população, principalmente a mais carente e conseqüentemente mais desprovida de acesso à educação básica.

         Diariamente, é muito comum escutar frases como “este pão não tem química” ou “esse suco não tem química”, numa tentativa de explicar que os produtos em questão são desprovidos de substâncias artificiais. No entanto, a Química, não é algo que podemos adicionar ou não, em um produto, mas sim uma ciência, preocupada em estudar racionalmente as propriedades da matéria. O que torna o seu nome tão temido é a má-utilização desta ciência, a qual muitas vezes, devido à ganância, à incompetência e até a ignorância de alguns, acaba provocando danos e destruição ao meio ambiente e à própria vida humana.

         Na realidade, a Química é direta ou indiretamente responsável pela elaboração de novos materiais e produtos, tais como: os plásticos, borrachas, tintas, ligas metálicas, conservantes, combustíveis, medicamentos, fertilizantes, inseticidas, sabão, detergentes, e ainda, no tratamento da água, tornando-a adequada para o consumo, entre outros. Obviamente, tudo isso, nos proporcionou uma série de benefícios como o aumento da produção mundial de alimentos, aumento da validade dos produtos, aumento da longevidade, enfim, uma infinita gama de benefícios, que cresce exponencialmente dia-a-dia.

         Um desses produtos, cuja existência seria inviável sem a Química é o computador, o qual foi, é e será muito importante para o desenvolvimento científico, social e tecnológico da nossa humanidade. Haja visto, que atualmente, é muito comum encontrarmos um computador desde uma simples padaria até um sofisticado centro de pesquisas. Mas o que é um computador?

         O computador, nada mais é que um dispositivo dotado de grande capacidade de gerenciamento de memória e de processamento de informação que funciona por meio de impulsos elétricos. Mediante a uma série de dispositivos conectados e seguindo as instruções de um programa, o computador recebe uma informação, a processa e emite os resultados obtidos. Ou seja: o computador simplifica cálculos, dentre outras informações que levariam muito tempo para serem feitos manualmente, tornando a vida do homem mais cômoda.

         Figura 1. Esquema de funcionamento do computador (Enciclopédia Microsoft® Encarta 2000).

         O computador digital (os PCs, por exemplo) funciona trabalhando com um sistema binário: a capacidade de determinar se uma porta (comutador) está aberta ou fechada. Ele pode somente reconhecer dois estados, que podem ser aberto ou fechado, alta ou baixa tensão ou, no caso de números, 0 ou 1. Por mais simples que possa parecer, o que garante a sua extrema eficácia é a velocidade com que verifica se as portas estão abertas ou fechadas, medida em milhões de pulsos por segundo, ou megahertz. Um PC costuma executar pelo menos de 150 a 200 milhões de oscilações por segundo, enquanto alguns supercomputadores usados em institutos de pesquisa e de defesa atingem alguns bilhões de ciclos por segundo.

         Dentro da máquina, o que se vê são vários circuitos integrados, com transistores que têm o silício como base, o qual por ser um semicondutor, pode ter sua condutividade controlada por meio de impurezas denominadas dopantes. Desta forma, graças à possibilidade de se controlar suas propriedades elétricas aliadas ainda com sua abundância, que a eletrônica pôde se desenvolver vertiginosamente a partir da década de 1950. O silício, também permite que vários transistores sejam conectados mediante trilhas metálicas postas em sua superfície, o que possibilitou o surgimento da microinformática, como os famosos PCs. São esses circuitos integrados, denominados também de chips que são abertos e fechados à passagem da corrente elétrica. Num destes chips, está contida a CPU, que é o “cérebro” do computador, ou seu centro de controle.

         As funções básicas da CPU estão associadas ao controle e supervisionamento do sistema, desenvolvimento das operações matemáticas (lógicas e aritméticas) necessárias para a execução de determinado comando e controle da seqüência de execução das instruções e a comunicação dos dados com os outros periféricos.

         Ela ainda conta com uma memória principal, onde os programas e os dados são armazenados. Essa memória pode ser dividida em ROM (Read Only Memory), que atua apenas na leitura da memória e na memória RAM (Randon Access Memory), integradas por diversos chips e utilizada como uma memória de espaço, ou seja, onde o computador poderá guardar os dados do processamento (imagine-a como uma mesa, que é indispensável para colocarmos todas as informações que produzirmos).

         Soma-se à CPU, uma série de periféricos, que são dispositivos que se conectam ao computador para receber e enviar informações com o exterior. Destes periféricos podemos citar o teclado, que permite que tudo o que o usuário tecle apareça na tela, auxiliando também no controle do sistema operacional. As teclas são ligadas a um chip, dentro do teclado, que ao sentir a tecla pressionada, envia pulsos elétricos à CPU, que por sua vez o interpreta e converte em números, símbolos e letras. Cada tecla do teclado tem uma seqüência específica binária.

         Outra peça importante é o monitor, dispositivo que permite a visualização do que ocorre na CPU e a conseqüente interação usuário-máquina. Hoje, os monitores mais modernos são feitos com LCD (Liquid Cristal Display). Nele, os cristais são polarizados para gerar cores. Possui como vantagens: o baixo consumo de energia; a não-emissão de radiações nocivas; a capacidade de formar uma imagem praticamente perfeita, estável, sem cintilação, que cansa menos a visão. “O monitor LCD, no entanto apresenta algumas desvantagens como um fato não-divulgado pelos fabricantes: se o cristal líquido da tela do monitor for danificado e ficar exposto ao ar, pode emitir alguns compostos tóxicos, tais como o óxido de zinco e o sulfeto de zinco” (http://pt.wikipedia.org/wiki/Monitor_de_v%C3%ADdeo).

         A formação, por exemplo, do óxido de zinco deve-se a reação entre o zinco presente na tela do monitor com o gás oxigênio, presente no ar atmosférico, de acordo com a equação abaixo:

         2 Zn (s) + O2 (g) 2 ZnO (s)

         Outro importante componente do computador é o mouse, que surgiu para facilitar o manuseio da máquina pelo usuário, uma vez que ele contém de duas a três teclas somente, enquanto os teclados, com muitas teclas e combinações destas possíveis, tornam difícil o manuseio para grande parte dos usuários. O mouse tradicional possui dois discos que rodam no eixo X e no eixo Y e que tocam diretamente na superfície e uma esfera na sua parte inferior, geralmente revestida de borracha. Os movimentos destes discos podem ser detectados tanto mecanicamente quanto por meio óptico. Na ponta de cada rolamento (chamado de rolete), existe um disco com perfurações na borda, semelhante a um disco de uma engrenagem. Tais discos ficam localizados entre um LED (um diodo semicondutor que quando energizado emite luz visível) emissor de luz infravermelha e um sensor de luz infravermelha. Quando os roletes giram, a luz passa por essas fendas, e o sensor conta quantas vezes a luz entrou e saiu do orifício, podendo, desta forma, calcular as coordenadas X e Y. A partir daí, o computador "traduz" estas informações em movimentos que a seta deve seguir pela tela. O modelo óptico do mouse se baseia em fotografias que são tiradas e permitem comparar e conseqüentemente deduzir o movimento que foi feito.

         Figura2. Representação do modelo de funcionamento do mouse (http://www.infowester.com/mouse.php).

          A impressora é outro componente importantíssimo do computador e que faz a ligação final entre o mundo real e virtual. As impressoras jatos de tinta, as mais comuns, possuem três cores: amarelo, ciano e magenta. A combinação destas irá produzir todas as outras tonalidades de cores disponíveis.

         Os materiais utilizados pelas impressoras costumam ser corantes ou pigmentos. Corantes são moléculas coloridas solúveis no meio base da tinta que formam uma solução verdadeira, completamente homogênea e estável. São bastante econômicas, e são utilizadas tanto em cartuchos originais como remanufaturados. Sua durabilidade é média e não é à prova d’água.

         Há ainda as tintas pigmentadas, que são partículas coloridas insolúveis que são dispersas, usualmente por meio de aditivos e moagem, na qual são reduzidas a tamanhos ainda menores, de forma a permanecerem em uma suspensão estabilizada e quase homogênea. A sua precisão de cor é superior à tinta corante, e sua durabilidade também, utilizada em conjunto com papéis de boa qualidade chega a ser superior a 10 anos, de acordo com o fabricante. Possui alto grau de resistência à água, sendo usada inclusive em papéis para estampar camisetas.

         Como se pôde concluir de toda a análise pelo “corpo” do computador, a Química exerce papel fundamental em seu funcionamento, seja no silício ao qual se acoplam inúmeros transistores, que possibilitam a rapidez dos cálculos, seja no monitor, principalmente o de LCD, seja no movimento do minúsculo mouse, na tecla do teclado e na impressora, passando desde o processo de impressão até mesmo aos melhores modelos que podem ser obtidos de tinta.

         A Química, a julgar pela evolução dos computadores, é e será sempre uma ciência indispensável para o desenvolvimento da humanidade e com certeza ainda evoluirá muito, proporcionando benefícios à população. Resta apenas saber se, será usada para o bem ou o mal da humanidade e do meio ambiente... Mas aí, a responsabilidade é do homem e de sua consciência... e não da Química.

Bibliografia:

1. ENCICLOPÉDIA MICROSOFT ENCARTA 2000.
2. ENCICLOPÉDIA TEMÁTICA BARSA. Tecnologia. Volume 7, pg. 250-263, Editora Barsa Planeta, 2005.
3. TITO E CANTO. Química na Abordagem do Cotidiano. Volume 1, 2a ed. Editora Moderna, 2000.
3. http://www.abiquim.org.
4. http://www.infowester.com/mouse.php
5. http://www.lucalm.hpg.ig.com.br/mat_esp/computador/computador.htm
6. http://www.portaldasartesgraficas.com/pre_impressao/impressoras.htm
7. http://pt.wikipedia.org/wiki/Impressora_de_jacto_de_tinta
8. http://pt.wikipedia.org/wiki/Microprocessador
9. http://pt.wikipedia.org/wiki/Monitor_de_v%C3%ADdeo
10. http://pt.wikipedia.org/wiki/Rato_%28inform%C3%A1tica%29

Autor: Thiago Rosa De Oliveira

2ª Série Ensino Médio
Colégio: Anglo Claretiano
Cidade de Rio Claro
Professor(as).: Jandanile M. Gonçalves Rosin / Janete Paraluppi Carlini

Computador: uma sofisticada combinação de produtos químicos

         Ao longo de toda a história da humanidade, a busca por conhecimento sempre motivou o homem a investigar o mundo ao seu redor. O homem desenvolveu diversas formas de conhecimento, baseado em vários métodos de pesquisas, e com isso criou grandiosas invenções, algumas delas contribuindo largamente para o desenvolvimento da humanidade. Dentro desse contexto, duas áreas se destacam: a química e a sua influência sobre o desenvolvimento da informática.

         A química está presente no desenvolvimento dos materiais que são utilizados na produção de um computador, e está por trás do seu funcionamento. Graças a ela, foi possível que a informática se desenvolvesse com a velocidade estrondosa atingida atualmente. Os avanços na informática são muito recentes; em questão de décadas, ou mesmo de anos, o progresso atingido vem sendo enorme.

         O fator mais marcante para o desenvolvimento do computador que se conhece hoje foi a criação dos transistores. Muitos o consideram como umas das mais importantes invenções do século XX, por ter possibilitado o desenvolvimento de máquinas eletrônicas sofisticadas. Hoje em dia é praticamente impossível encontrar circuitos integrados que não possuam centenas, milhares, ou mesmo milhões de transistores.

         Até as décadas de 50 e 60, a função realizada pelos transistores era feita através de válvulas termoiônicas, também chamadas de válvulas eletrônicas. Trata-se de um dispositivo eletrônico formado por um invólucro de vidro de alto vácuo e que contém vários elementos metálicos, dos quais os principais são: o filamento, cuja função é o aquecimento do cátodo para a emissão de elétrons; o cátodo, emissor de elétrons; a placa que funciona como ânodo e que é o receptor dos elétrons; e a grade de controle, que dependendo de sua polarização, pode aumentar ou diminuir o fluxo elétrons do cátodo para o ânodo.

         Os transistores foram inicialmente apresentados no final de 1947, mas só foram se popularizar nas duas décadas seguintes. O seu nome vem do termo “transfer resistor”, ou “resistor de transferência”. Suas duas funções principais são a amplificação e o chaveamento de sinais elétricos.

         Na fabricação de transistores, são utilizados o silício (Si), o germânio (Ge) e o gálio (Ga), além de alguns óxidos. Os transistores de germânio já não são mais muito usados; utiliza-se em larga escala o silício, que é atualmente o elemento mais importante para a produção dos transistores. Sua importância é tanta, que costuma-se chamar de “Vale do Silício” uma região da Califórnia onde se concentram numerosas empresas do setor de eletrônica e informática. Um dos fatores ligados à escolha do silício é a sua abundância: ele é o segundo elemento mais presente na Terra, correspondendo a aproximadamente 25,7% da massa do planeta. Entretanto, o principal fator que leva à sua utilização é o fato de ele ser um semicondutor.

         Semicondutor é um sólido cristalino que se apresenta como intermediário entre um condutor e um isolante elétrico. O semicondutor apresenta essa característica devido a alguns fatores. A condução elétrica, em materiais sólidos, é causada devido à movimentação de elétrons da chamada banda de valência para a banda de condução. A energia liberada para a passagem de um elétron, em um semicondutor, é em torno de 1 eV, uma quantidade muito inferior à dos materiais isolantes. Entretanto, nos semicondutores a condutividade não é causada apenas pelos elétrons que conseguiram pular para a banda de condução. Há a presença de buracos, ou lacunas, deixados na banda de condução, que contribuem para o estado intermediário de condutividade elétrica. Silício, gálio e germânio apresentam essa característica, e exatamente por isso podem ser escolhidos para a fabricação de transistores.

         Para poder ser utilizado na fabricação de transistores, entretanto, o silício precisa ser purificado e passar por um processo de dopagem. A dopagem dos semicondutores consiste na introdução de materiais selecionados, conhecidos como impurezas, que irão transformar a estrutura eletrônica dos átomos do elemento através da doação ou aceitação de elétrons. Existem dois tipos de impurezas: a doadora e a receptora. Utiliza-se como impureza doadora os elementos com cinco elétrons de valência, dos quais o mais freqüentemente usado é o fósforo (P). Como impureza receptora, o elemento usado com maior freqüência é o índio (In), que apresenta três elétrons de valência.

         A dopagem do silício gera como produtos o silício positivo, P (que apresenta falta de elétrons), e o negativo, N (que apresenta excesso de elétrons). Os transistores serão montados através da justaposição de camadas P e N.

         A fabricação de transistores está, conforme foi descrito, repleta de processos químicos. É importantíssimo, para não dizer indispensável, o papel que a química tem na produção desses componentes. Porém, a influência da química na composição de um computador ainda está presente em outras partes.

         Pode-se citar, por exemplo, as baterias. Uma bateria é, por definição, um dispositivo capaz de armazenar energia química e torná-la disponível na forma de energia elétrica. Elas apresentam grande aplicação na informática, e estão presentes em diversos aparelhos eletroeletrônicos. Há vários tipos de baterias usadas na computação, entre as quais se destacam as de NiCd (níquel cádmio), NiMH (hidreto metálico de níquel) e de Li-íon (íon lítio).

         As baterias de níquel-cádmio, ou NiCd, apresentam os pólos positivo e negativo contidos num mesmo recipiente. O pólo positivo da bateria, também chamado de cátodo, é coberto por hidróxido de níquel; o pólo negativo, ou ânodo é coberto por um material que é sensível ao cádmio. Os pólos ficam imersos em uma solução eletrolítica; normalmente se utiliza uma solução de hidróxido de potássio (KOH). Baterias recarregáveis como essa têm sido usadas com freqüência em aparelhos celulares, mas vêm caindo em desuso nos últimos anos.

         As baterias de hidreto metálico de níquel, ou NiMH, vem substituindo parte das baterias de NiCd. Elas apresentam algumas vantagens em relação às primeiras: podem armazenar mais energia e não possuem metais pesados, fato que as faz serem vistas por alguns como ecologicamente corretas. Além disso, elas não apresentam o chamado “efeito memória”. Entretanto, apresentam uma duração de vida útil mais curta.

         As baterias de íon lítio também vêm adquirindo mais espaço. Elas podem armazenar mais energia que as baterias de NiMH e NiCd e também não apresentam o “efeito memória”. Entretanto, baterias desse tipo são inflamáveis com mais facilidade e exigem maiores cuidados.

         Além das baterias, a química está também presente na produção de novos tipos de monitores. O destaque vai para as telas de cristal líquido e plasma, quem vem atingindo fortemente o mercado nos últimos anos.

         O cristal líquido, presente nos monitores de LCD (“liquid crystal display” ou dispositivo de cristal líquido) é um material mesomorfo, ou seja, intermediário entre os estados sólido e líquido, e que apresenta condutividade orientada. As moléculas de cristal líquido são distribuídas entre duas lâminas transparentes; essas Lâminas são polarizadas com orientações diferentes, formando eixos polarizadores perpendiculares. A imagem é formada, portanto, através da luz polarizada que é conduzida pelo cristal líquido.

         Para a geração de imagens coloridas, são utilizados filtros que ativam os sub-pixels referentes a cada cor. Normalmente, existem sub-pixels de três cores, que são combinadas entre si para formar as demais. A luz do dispositivo normalmente provém de lâmpadas fluorescentes (que usam o gás neônio), ou de leds. Uma das mais citadas desvantagens dos monitores de LCD é formação dos chamados “píxels mortos”.

         Há também os monitores de plasma, ou PDP. O material presente nesses monitores, chamado de plasma, é na verdade um gás energizado. Ele é constituído de gases nobres, em especial o neônio (Ne) e o xenônio (Xe). O plasma fica aprisionado entre duas lâminas transparentes, dentro de pequenas cavidades que correspondem aos píxels. Para poder “acender” os píxels e gerar a imagem, eletrodos entre os painéis são carregados com eletricidade. A energia elétrica provoca um choque entre partículas positivas e negativas do gás, que irá gerar fótons e acender uma camada de fósforo, gerando a imagem. O plasma apresenta algumas vantagens: as telas podem ser de tamanhos maiores, e a imagem não apresenta distorção nas extremidades.

         A partir dessas exposições, é possível ter uma breve noção da imensa importância da química na constituição e no funcionamento de um computador. E isso ainda é pouco perto dos avanços que estão chegando. As novas tecnologias em computação incluem o chamado computador óptico, que utiliza a luz para a transmissão de dados, e o computador quântico, que ao invés de processar em base binária, utiliza a variação de spin do núcleo atômico. E há também a área da nanotecnologia, que através do desenvolvimento dos nanotubos de carbono e dos fios de érbio (Er) e platina (Pt), irá certamente contribuir para a criação de máquinas cada vez mais avançadas.

Bibliografia

PERUZZO, Francisco Miragaia e CANTO, Eduardo Leite. Química na abordagem do cotidiano. Editora Moderna, 2002.
http://www.casabrasil.gov.br/oficinas/files/OficinaComputadorPorDentro-ManualParticipante.pdf
http://www.guiadohardware.net/tutoriais/tecnologias-monitores/
http://www.clubedohardware.com.br/artigos/1207
http://www.abiquim.org.br/tabelaperiodica/tabela_est.asp
http://www.infowester.com/monlcd.php
http://pt.wikipedia.org/wiki/Transistor
http://pt.wikipedia.org/wiki/Bateria
Atualização dos sites: 04/11/07