Escala açucareira internacional
Unidade fora do SI · grandeza: o teor de sacarose segundo o ângulo de rotação do plano de polarização
Uma solução de açúcar sabe rodar o plano de polarização da luz, e essa rotação é proporcional à quantidade de sacarose dissolvida, de modo que basta iluminar através de um tubo e ver quantos graus foi preciso rodar o analisador. A descoberta pertence a Biot e foi feita em 1815, e o comércio agarrou-se a ela porque a ótica responde à pergunta a que nenhum areómetro responde: quanto há no xarope justamente de sacarose, e não de matérias dissolvidas em geral.
Daí também o belo par com o grau Brix, com o qual a mesma amostra se mede pela massa volúmica. O Brix vê tudo o que está dissolvido — sacarose, açúcar invertido, sais, matérias corantes —, ao passo que a polarização responde quase só à sacarose, e por isso a diferença entre os dois números é justamente aquela mistura por que o comprador não quer pagar. A razão destes números chama-se na fábrica pureza, e é ela, e não a doçura em si, que fixa o preço do lote.
01 · Definição
Cem graus da escala açucareira internacional estão dados à pesagem normal: 26,000 gramas de sacarose pura, dissolvidos e perfazendo cem mililitros, atravessados pela luz num tubo de duzentos milímetros a vinte graus Celsius. Tal amostra roda o plano de polarização 34,626 graus quando se ilumina com a risca amarela do sódio, e toda a escala não é senão esse ângulo, tomado por cem e dividido em cem partes iguais.
A faculdade de rodar a polarização chama-se atividade ótica e assenta em que a molécula de sacarose não coincide com a sua própria imagem no espelho. A rotação é proporcional tanto à concentração como ao comprimento do percurso na solução, e ao coeficiente de proporcionalidade chama-se rotação específica; na sacarose vale mais sessenta e seis e meio, significando o mais uma rotação para a direita, no sentido dos ponteiros para um observador que olhe ao encontro do feixe.
As ressalvas são aqui exatamente tantas como em qualquer escala convencional. A rotação específica depende do comprimento de onda, e por isso figura no símbolo a letra D — a risca amarela do sódio —, embora os sacarímetros de hoje iluminem com a risca verde do mercúrio, onde cem graus correspondem já a 40,777 graus de rotação. Depende também da temperatura e da concentração da própria amostra, de sorte que as tabelas da ICUMSA dão as correções à parte e o tubo se mantém em termóstato.
Uma subtileza à parte está em que o instrumento não conta a sacarose, mas a soma das rotações de tudo quanto há na solução. Enquanto as impurezas forem oticamente inativas, a leitura é honesta, mas mal a sacarose se decomponha em glucose e frutose, a rotação cai e até troca de sinal, porque a frutose roda para a esquerda com mais força do que a glucose para a direita. O fenómeno chama-se inversão, e sobre ele está construído todo um método de determinar a sacarose pela diferença de duas medições.
O cursor define quanto há dissolvido ao todo na amostra, e os botões escolhem o que precisamente ali está dissolvido. O areómetro e o refratómetro contam tudo por igual e dão graus Brix; o polarímetro responde quase só à sacarose e dá graus da escala açucareira, de modo que o intervalo entre as duas barras são precisamente os não açúcares, por que ninguém pagará.
Enquanto a sacarose está inteira, a rotação cresce para a direita juntamente com a sua quantidade. Mas que ela se rompa, e de uma substância saem duas que rodam para lados diferentes: a glucose para a direita cinquenta e três, a frutose para a esquerda noventa e dois, de sorte que a soma vai ao negativo. Foi justamente por essa troca de sinal que o fenómeno recebeu o nome de inversão, e sobre a diferença das rotações antes e depois dela está construído o método de Clerget.
02 · Conversão
Introduza o que o instrumento indicou
Dentro da ótica as conversões são exatas, visto que um grau da escala não é senão um ângulo dividido por um número constante. A aproximação começa ali onde se passa da ótica à massa: a concentração obtém-se do ângulo em gramas por mililitro, ao passo que as percentagens em massa exigem a massa volúmica da solução, que se tira de tabelas.
O comprimento do tubo pode mudar-se nos ajustes finos da ficha: o usual é de duzentos milímetros, mas para xaropes escuros toma-se cem, e para soluções muito fracas quatrocentos.
Uma lâmina de controlo de quartzo é o que na realidade guarda esta escala. A sacarose não serve como padrão, pois puxa a água, turva-se e inverte-se lentamente por si mesma, ao passo que o quartzo roda a luz pela sua própria estrutura e fá-lo sem mudar durante anos, de modo que um sacarímetro se verifica não com açúcar mas com uma lâmina certificada em graus da mesma escala.
| Valor | Nota | ||
|---|---|---|---|
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03 · Ordens de grandeza
rotação específica: para a esquerda e para a direita04 · Instrumentos de medição
Com que se mede o açúcar
O instrumento está construído com astúcia: em vez de medir o ângulo diretamente, anula a rotação da solução com a contra-rotação de uma cunha de quartzo, que se desloca até o campo ficar uniforme. A escala está então graduada logo em graus da escala açucareira, e por isso o operador não precisa nem de contar nem de consultar tabelas.
O instrumento universal do químico, cuja escala está honestamente graduada em graus de ângulo e cuja fonte é uma lâmpada de sódio com essa mesma risca D. Com ele mede-se a rotação de qualquer substância oticamente ativa, e não apenas do açúcar, e por isso todos os valores tabelados da rotação específica foram obtidos precisamente nele.
Os instrumentos da escala vizinha: um capta a refração do feixe na face de um prisma, o outro pesa simplesmente um volume conhecido, e ambos dão graus Brix, isto é, a soma de tudo o que está dissolvido. Sem eles a polarização fica um número sem denominador, pois a pureza de um lote calcula-se como a razão de uma leitura para a outra.
O único instrumento que conta cada açúcar à parte: a amostra é separada numa coluna e obtêm-se picos distintos de sacarose, glucose e frutose. Em lotes contestados e na arbitragem laboratorial é nele que se acredita, ao passo que a polarização permanece no comércio porque responde num minuto e não exige nem reagentes nem coluna.
05 · Regras de escrita
O sinal da rotação pesa mais do que a sua grandeza
O grau da escala escreve-se colado com letra latina maiúscula, e o valor separa-se por um espaço. Na rotação específica o sinal é obrigatório, pois sem ele não se sabe para que lado roda o plano, e no símbolo indicam-se o comprimento de onda e a temperatura: a letra D responde pela risca amarela do sódio e o índice superior por vinte graus Celsius. Os graus da escala açucareira não podem igualar-se aos graus Brix nem mesmo para uma solução pura: os números podem coincidir, mas medem coisas diferentes.
A segunda escrita omitiu o sinal, e sem ele a grandeza perde metade do sentido: sacarose e frutose distinguem-se não tanto pelo número como pela direção. A terceira põe sinal de igualdade entre polarização e massa volúmica, quando a coincidência dos números só é possível para a sacarose pura e nada prova. A quarta fala de «açúcar» em geral, embora o polarímetro veja apenas a sacarose e conte o açúcar invertido com sinal contrário, e portanto o subtraia.
06 · Unidades vizinhas
O parentesco mais próximo é o grau Brix, com que a mesma amostra se lê pela massa volúmica, e o grau Plato, construído do mesmo modo mas para o mosto de cerveja. Ambas as escalas respondem à pergunta «quanto há dissolvido ao todo», ao passo que a escala açucareira responde à pergunta «quanto disso é sacarose», e por isso na fábrica mantêm-se sempre juntas.
só sacarose
todo o extrato seco
pureza do lote
De entre as fichas do Simetrium estão ao lado grau Brix e grau Plato, as escalas de areómetro °Bé / °Tw / °API, onde a mesma massa volúmica se lê à maneira dos petrolíferos, teor alcoólico, para onde vai o açúcar depois da fermentação, e densidade em kg/m³ como fundamento comum de todas estas escalas.
07 · Secção histórica
Da rotação da luz ao preço do lote
Jean-Baptiste Biot descobriu que o plano de polarização é rodado não só pelos cristais mas também pelas soluções, e que a grandeza da rotação cresce com a concentração. Explicação química não havia então, mas tornou-se logo claro que a ótica sabe olhar para dentro de uma substância sem destruir a amostra, e isso revelou-se mais importante do que a própria teoria.
Karl Ventzke lembrou-se de graduar o instrumento não em graus de ângulo mas diretamente em percentagem de açúcar, tomando por cem a rotação de uma pesagem determinada. Desde então o operador não precisou nem de contar nem de saber ótica: lia um número que se podia passar para uma guia de transporte, e a fábrica de açúcar recebeu o seu primeiro verdadeiro instrumento de medida.
Clerget compreendeu que a troca de sinal na rutura da sacarose não é estorvo mas ferramenta: se se medir a amostra antes da inversão e depois, a diferença das rotações depende apenas da sacarose, ao passo que tudo o mais na solução se anula. O método da dupla polarização tornou a leitura fiável de um golpe, mesmo para os xaropes turvos de fábrica.
As escalas nacionais divergiram durante séculos no terceiro algarismo, e a Comissão Internacional para Métodos Uniformes de Análise Açucareira reduziu-as a uma só, ligando a centena à pesagem normal e à risca verde do mercúrio. Desde então o contrato bolsista sobre açúcar bruto escreve-se nestes graus, e um prémio por um décimo de grau significa o mesmo em Londres e em São Paulo.
A escala açucareira é guardada pelo quartzo, não pelo açúcar
Dir-se-ia que o padrão de tal escala devia ser a própria sacarose, porém para esse papel não serve de todo: a sacarose puxa a água do ar, turva-se com a mínima impureza e rompe-se por si só, e uma solução dela vive contados dias. O quartzo, pelo contrário, roda o plano de polarização pela sua própria estrutura, fá-lo sem mudar durante anos e não exige nem pesagem nem balão, e por isso os sacarímetros se verificam com uma lâmina de quartzo certificada em graus da mesma escala.
Acontece assim que uma grandeza chamada pelo açúcar e inventada para o comércio açucareiro está ligada a um mineral, a um comprimento de onda e à geometria de um tubo, ao passo que o próprio açúcar aparece nessa cadeia só no fim, quando o instrumento olha para a amostra. É essa mesma disposição que dela faz uma escala convencional e não uma constante da natureza: o que aqui se reproduz não é o açúcar mas o acordo entre instrumentos, e por isso a ICUMSA não reescreve a natureza mas um protocolo.
Catálogo · unidades de medida
Uma ficha para cada grandeza
Sete unidades de base do SI, vinte e duas derivadas com nome próprio e grandezas fora do sistema sem as quais nem a técnica nem o calendário funcionariam.