No início do século 20 antes da Primeira Guerra Mundial, a comunidade científica ainda litigava sobre a natureza dos átomos e das moléculas. Para alguns, esses termos eram meras construções metafísicas; para outros, representavam entidades reais que deveriam se manifestar na química e na física. Entre os defensores da existência material estavam Albert EinsteinJean Baptiste Perrin e o químico sueco Theodor Svedberg. Cada um, a seu modo, produziu evidências que mudariam para sempre a percepção da matéria.
Einstein e a teoria do movimento browniano
Em 1905 Einstein publicou uma análise matemática que explicava o movimento browniano – o trajeto errático de pequenas partículas suspensas em um líquido. Ele argumentou que esse movimento resultava das incessantes colisões entre as partículas visíveis e as invisíveis moléculas do fluido. Embora a teoria fosse robusta, Einstein não conseguiu, naquele momento, demonstrar experimentalmente a existência dos átomos. Seu trabalho, porém, forneceu a base teórica que seria essencial para os experimentos subsequentes.
Perrin confirma a realidade atômica
Jean Baptiste Perrin, inspirado nas equações de Einstein, conduziu uma série de experimentos cuidadosos em 1908. Ele observou partículas de poeira de ferro em suspensão em água e mediu a distribuição dessas partículas em diferentes alturas do líquido. Se as moléculas fossem reais, a gravidade faria com que as partículas se distribuíssem segundo um equilíbrio de sedimentação, ao invés de se depositarem todas no fundo. Os resultados de Perrin permitiram calcular o número de Avogadro com notável precisão, oferecendo evidência quantitativa da existência de átomos e moléculas. O método de Perrin também introduziu o conceito de equilíbrio de sedimentação ainda utilizado na termodinâmica de sistemas coloidais.
Segundo Silvio Roberto de Azevedo Salinas professor sênior de física do Instituto de Física da USP, “O grande trabalho de Perrin foi a verificação e a comprovação disso… Ele analisou os movimentos, fez os cálculos e chegou muito próximo do valor de Avogadro atual”. O experimento de Perrin consolidou a ideia de que a matéria possui descontinuidade microscópica ou seja, espaços vazios entre partículas que conferem à matéria suas propriedades compressíveis e solúveis.
Svedberg, a ultracentrífuga e a unidade que leva seu nome
Theodor Svedberg avançou o estudo dos colóides – sistemas como leite, sangue ou espuma – ao desenvolver a ultracentrífuga. Enquanto as centrífugas convencionais operavam entre 3.000 e 30 mil rotações por minuto a máquina de Svedberg atingia impressionantes 150 mil rotações por minuto. Essa velocidade criava um gradiente de pressão extremamente suave, permitindo separar partículas de acordo com suas densidades e tamanhos. A técnica trouxe um novo olhar sobre o movimento browniano em colóides e possibilitou a tabulação da velocidade de sedimentação.
Com a ultracentrífuga, Svedberg introduziu a unidade de medida do coeficiente de sedimentação, o Svedberg (símbolo S). O valor em S depende não apenas da massa da partícula, mas também de sua forma e da interação com o solvente – tipicamente água a 20°C. Partículas maiores ou mais densas apresentam valores de S mais elevados, o que facilita sua identificação em pesquisas de bioquímica, biologia e biotecnologia, como a purificação de vírus para vacinas.
O professor Guilherme Menegon Arantes do Instituto de Química da USP, ressalta a semelhança entre Einstein e Svedberg: “Einstein ganhou o Nobel pelo efeito fotoelétrico, mas sua grande contribuição foi a teoria da relatividade. O caso de Svedberg é parecido; ele recebeu o Nobel pelo estudo do movimento randômico dos colóides, mas sua principal contribuição prática foi a ultracentrífuga”.
Legado científico e aplicações modernas
Os esforços combinados de Einstein, Perrin e Svedberg fecharam um debate que perdurou por décadas. A comprovação experimental da existência de átomos e moléculas abriu caminho para a química quântica, a biologia molecular e a nanotecnologia. Hoje, as ultracentrífugas modernas incorporam sistemas ópticos que monitoram a sedimentação em tempo real, ampliando a precisão dos experimentos iniciados por Svedberg.
Além disso, o conceito de equilíbrio de sedimentação continua sendo uma ferramenta essencial em técnicas como a centrifugação em gradiente e a separação de macromoléculas. Assim, o legado desses três laureados do Nobel permanece vivo nos laboratórios da USP, em instituições ao redor do mundo e nos avanços que ainda estão por vir.
