O Prêmio Nobel de 1926 reconheceu dois caminhos experimentais que ajudaram a encerrar a discussão sobre a existência física de átomos e moléculas. Jean Baptiste Perrin e Theodor Svedberg chegaram a resultados diferentes, mas ambos partiram de questões relacionadas ao estudo do movimento browniano desenvolvido por Albert Einstein.
A confirmação não veio da observação direta das partículas. Perrin examinou a maneira como partículas misturadas a um líquido se distribuíam e, em 1908, determinou o número de Avogadro. Svedberg, por sua vez, investigou o comportamento de coloides e criou uma ultracentrífuga para estudar a sedimentação de partículas.
A evidência obtida por Perrin
A hipótese de Perrin era que, se as moléculas fossem reais, as partículas suspensas em um líquido não deveriam se acumular todas no fundo do recipiente. Elas deveriam se espalhar pelo líquido. Seus experimentos confirmaram essa previsão ao estabelecer o número de Avogadro, constante que relaciona a quantidade de matéria, medida em mol, ao número de entidades elementares presentes em um sistema.
O resultado forneceu evidências quantitativas da existência de átomos e moléculas e encerrou décadas de debate entre cientistas. O físico Albert Einstein havia teorizado esse número e, em 1905, demonstrado matematicamente que o movimento browniano — o deslocamento aleatório de pequenas partículas em um líquido — poderia ser explicado por colisões entre as partículas e as moléculas do fluido.
Einstein recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1921 pela descoberta da lei do efeito fotoelétrico, mas a confirmação física das partículas ficou a cargo de Perrin e Svedberg, em estudos distintos.
O trabalho de Perrin também estabeleceu o equilíbrio de sedimentação, situação em que a velocidade de deposição de uma partícula se iguala à sua difusão na direção contrária. Nesse ponto, o fluxo líquido de massa se anula e surge um gradiente estável de concentração no recipiente.
Outro conceito associado a seus estudos foi o da descontinuidade da matéria. A ideia indica que os materiais, ainda que pareçam sólidos e contínuos, são formados por partículas separadas por espaços vazios microscópicos. Essa propriedade ajuda a explicar a compressão da matéria e a mistura de substâncias, como o açúcar na água.
Para Silvio Roberto de Azevedo Salinas, professor sênior de física do Instituto de Física da USP, a importância do trabalho esteve na combinação de observações, medições e cálculos. “O grande trabalho de Perrin foi a verificação e a comprovação disso”, afirmou.
A máquina de Svedberg
Svedberg recebeu o Nobel de 1926 pelos estudos do movimento browniano em coloides, agregados moleculares presentes em materiais como leite, maionese, gel, espuma de sabão na água e sangue. Ele associou os movimentos observados às colisões entre partículas e moléculas.
Para testar suas análises, o químico sueco criou a ultracentrífuga, equipamento de alta velocidade capaz de separar misturas, inclusive radioativas. Centrífugas tradicionais operam de 3.000 a 30 mil rotações por minuto, enquanto ultracentrífugas podem alcançar 150 mil rotações por minuto. A rotação permite separar partículas conforme suas densidades, pela ação combinada do gradiente de pressão e da gravidade.
A técnica é utilizada em bioquímica, biologia e biotecnologia para purificar moléculas biológicas e isolar amostras virais antes de pesquisas em virologia ou do desenvolvimento de vacinas. Svedberg também organizou tabelas de sedimentação, relacionando a velocidade de centrifugação ao tamanho das partículas. Partículas menores exigem velocidade e estabilidade maiores para que a separação ocorra de maneira homogênea.
A unidade do coeficiente de sedimentação recebeu o nome de Svedberg e tem como símbolo a letra S. Ela expressa a velocidade com que uma partícula ou macromolécula se deposita no fundo de um tubo sob força centrífuga elevada. O valor depende da massa, do formato da partícula e de sua interação com o fluido, geralmente água a 20°C.
Atualmente, as ultracentrífugas contam com detecção óptica capaz de apresentar em tempo real o perfil de sedimentação de uma amostra. Para Guilherme Menegon Arantes, professor de bioquímica do Instituto de Química da USP, a trajetória de Svedberg guarda uma semelhança com a de Einstein: o Nobel reconheceu uma pesquisa, enquanto outro trabalho de cada cientista teve aplicação mais ampla.
