É um sinal de esperança. A Pfizer anunciou que a sua vacina Covid-19 poderia ser 90 por cento eficaz. Isso poderia realmente ajudar-nos a ultrapassar esta maldita pandemia. Mas há um senão. A vacina é baseada no mRNA (RNA mensageiro) – isto lê o ADN no núcleo de uma célula e transporta as instruções para o citoplasma onde as proteínas são produzidas. O problema é que o mRNA é normalmente de curta duração. Ou interage com o oxigénio ou dobra-se sobre si mesmo e depois não faz o seu trabalho. Por isso, se quiser utilizá-lo numa vacina, precisa de fazer com que o mRNA dure mais tempo. Isso significa que tem de o manter frio. Realmente frio. A temperatura padrão de armazenamento para estes tipos de vacinas é de -80 graus Celsius. Sim. Portanto, isso significa que temos de falar de coisas frias. Vamos fazê-lo.
How Cold is -80 Degrees Celsius?
Maybe you’re not too familiar with temperature units in Celsius-I hear you. Honestamente, não há nada de realmente errado com a unidade de temperatura Fahrenheit (excepto que nunca me consigo lembrar como soletrar). A vantagem da unidade Celsius é que é mais fácil de calibrar. O método original era utilizar o ponto de congelação da água como 0°C e o ponto de ebulição da água como 100°C. No entanto, o valor de 1°C foi posteriormente redefinido para ser determinado a partir da constante de Boltzman – uma constante fundamental que dá uma relação entre a energia cinética média das partículas e a temperatura de um sistema.
Se conhecer dois valores de temperatura correspondentes em ambos os °C e °F, pode estabelecer uma equação que converte de Celsius para Fahrenheit. Também pode usar as suas capacidades algébricas básicas para alterar isto numa equação que toma a temperatura em Fahrenheit e se converte para Celsius. Aqui estão essas duas equações.
Assim, se colocar a uma temperatura de -80°C obtém-se uma temperatura de -112°F. Sim, isso é bastante frio. Mas aqui está a minha temperatura favorita: menos 40. Há duas grandes coisas sobre -40. Primeiro, não tem de especificar se está em Celsius ou Fahrenheit desde -40°C = -40°F (vá em frente e verifique por si mesmo). A segunda coisa fantástica sobre -40 é que é a temperatura na superfície de Hoth (de Star Wars V: The Empire Strikes Back). OK, talvez nem todos concordem sobre a temperatura em Hoth, mas este é o valor usado no episódio de Guerra nas Estrelas de MythBusters, por isso vou ficar com ele.
How Do You Get Stuff Down to -80 Degrees Celsius?
A forma mais simples de obter algo frio é pô-lo em contacto térmico com outro objecto que esteja ainda mais frio. Mas talvez não consiga encontrar algo mais frio do que -80°C (embora haja uma opção a que chegarei dentro de pouco tempo). Isso significa que terá de utilizar um método de arrefecimento diferente. Provavelmente, o método de refrigeração mais comum é o mesmo que o seu frigorífico utiliza. Pode compreender como isto funciona com uma demonstração muito simples utilizando uma faixa de borracha – por isso vá buscar uma.
OK, tem a sua faixa de borracha (esperançosamente). Pegue nele e estique-o com as suas mãos, e mantenha-o esticado. Agora toque o elástico esticado no seu lábio (que é muito sensível às mudanças de temperatura). Deve poder sentir o elástico mais quente do que a temperatura ambiente. Não deixe o elástico relaxar, mantenha-o apenas esticado durante algum tempo (30 segundos, pelo menos). Deve arrefecer de volta à temperatura ambiente. A parte seguinte é a melhor. Finalmente, deixar o elástico voltar ao seu comprimento normal. Toque-o de volta ao seu lábio e pode sentir que o elástico está agora frio.
Então, eis o que aconteceu. Esticar o elástico faz com que o elástico aqueça. Se o deixar voltar imediatamente ao seu comprimento original, nada de interessante acontece. Contudo, ao deixar o elástico esticado arrefecer até à temperatura ambiente, ainda diminui de temperatura quando regressa ao seu estado relaxado – mas agora acaba mais frio do que a temperatura ambiente.
É exactamente isto que um frigorífico faz – excepto não com elásticos de borracha. Em vez disso, utiliza algum tipo de gás líquido chamado refrigerante (há muitas substâncias químicas diferentes que poderiam ser utilizadas aqui). Pode começar com o refrigerante como um gás e comprimi-lo até se tornar um líquido. Esta compressão faz com que o refrigerante aqueça. O passo seguinte é deixar o refrigerante comprimido arrefecer no exterior do refrigerador. Agora pode colocar o refrigerante dentro do frigorífico e deixá-lo expandir de novo para um gás, e arrefecer – muito mais frio do que a temperatura ambiente. É assim que se mantém a comida fria.
Mas o que há de diferente no congelador de -80 graus para o armazenamento de vacinas? Acontece que é praticamente impossível baixar a temperatura interior do congelador para -80ºC com o seu refrigerante normal. Em vez disso, são necessários DOIS conjuntos de refrigerantes. É como se fosse um congelador dentro de um congelador. O congelador exterior é muito parecido com o da sua cozinha. O congelador interno utiliza um refrigerante diferente (talvez álcool isopropílico) para que, quando comprimido, possa arrefecer dentro do congelador normal. Mas ter dois compressores é o que torna estes mais caros. Oh, quer ver uma imagem?
Este é o congelador do laboratório de bioquímica da Universidade do Sudeste da Louisiana. Agora já sabe como é.
Dry Ice
Eu disse-lhe que havia algo que talvez pudesse encontrar a -80°C, e que era dióxido de carbono seco e sólido de gelo. Para fazer gelo seco, começa-se com o gás de dióxido de carbono. Este gás de dióxido de carbono é depois arrefecido e comprimido em dióxido de carbono líquido. Depois, quando o dióxido de carbono líquido é removido da pressão, transforma-se novamente num gás. Mas esta transição de fase também diminui a temperatura e faz com que fique suficientemente frio para congelar a -80°C para se tornar um sólido.
Mas o dióxido de carbono sólido faz algumas coisas estranhas à pressão atmosférica (uma pressão de 1 atm)- quando aquece, passa directamente de um sólido para um gás sem primeiro se tornar um líquido. A isto chama-se sublimação. Isto é estranho. Uma vez que não se transforma num líquido, não está molhado. Sim, é daí que vem o nome “gelo seco”.
Can H2O também pode fazer isto? Yup. Gostamos de pensar no ponto de congelação e derretimento da água como estando a alguma temperatura definida – mas não está. Depende também da pressão. Portanto, ajuda a fazer um gráfico de temperatura vs. pressão para diferentes produtos químicos. Chamamos a isto um diagrama de fases. Aqui está o que seria para H2O.
Há muita coisa nesse diagrama, por isso deixe-me apontar algumas coisas importantes. Dêem uma vista de olhos a essa linha pontilhada horizontal. Essa é a linha que corresponde à pressão atmosférica (é a pressão com que vivemos na superfície da Terra). Se olharmos para o gráfico do lado esquerdo ao longo da linha pontilhada, isto seria material frio e a água seria um sólido (chamamos a isso gelo). No ponto A, a temperatura é de 0°C e esta é a temperatura de uma transição de fase de sólido para líquido. No ponto B está a 100°C e esta é a transição de fase do líquido para o gás. Mas e o ponto C? A isso chama-se o ponto triplo. Se reduzir a pressão pode ter fases sólidas, líquidas e gasosas, todas ao mesmo tempo. Para a água, esta está a uma temperatura de 0,1°C com uma pressão de 0,006 atmosferas. É bastante fresco verificar neste vídeo.
p>É possível ver como o dióxido de carbono é diferente ao olhar para o diagrama de fases. Parece algo semelhante a isto.
se olhar para a linha pontilhada para uma pressão de 1 atmosfera, está agora abaixo do ponto triplo. Isso significa que um sólido fará uma mudança de fase directamente para um gás. Isso é a coisa do gelo seco. Mas se aumentar a pressão até cerca de 5 atmosferas, poderá obter dióxido de carbono sólido para fazer uma transição de fase para a fase líquida. Como bónus, vou mostrar-lhe este dióxido de carbono líquido.
p>Aqui está como o pode fazer. Coloque gelo seco num recipiente de plástico que é selado em ambas as extremidades. Vou usar uma palhinha de plástico transparente para beber. À medida que o gelo seco aquece, transforma-se num gás como o gelo seco gosta de fazer. Contudo, este gás de dióxido de carbono não tem para onde ir, e isto aumenta a pressão no interior da palha. Eventualmente, a pressão torna-se tão elevada que o dióxido de carbono líquido se forma. Mas, em última análise, a pressão torna-se demasiado elevada e a palha explode. Não é uma grande explosão – é apenas uma palha. Aqui, vejam isto.
Acho que isto é muito fixe. Normalmente, quando se tem dióxido de carbono líquido, está num tanque de pressão metálico e não se consegue vê-lo. Bem, pelo menos nunca o tinha visto antes de ter feito esta experiência.
Mas e a vacina Covid-19?
Sim, este é o problema logístico que se nos depara neste momento. Vai ser bastante difícil enviar e depois armazenar a vacina para que possa ser distribuída. Isto vai exigir uma combinação dos congeladores ultra-frios e o armazenamento em gelo seco. Mas, seja como for, parece que precisamos realmente de uma vacina para ultrapassar esta pandemia. Como qualquer herói, precisa de um pontapé lateral que, neste caso, é super-frio.
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