COMBUSTÃO E ENERGIA
Autor: Luciano Mende | Publicado: 2014-08-19T12:54:00-07:00


Combustão e Energia 

Por que quando o motor do carro está desregulado este gasta mais gasolina?
Qual dos combustíveis, a gasolina, o álcool ou o diesel produz menos SO2?
O que é um combustível 'limpo'?


Energia

O ser humano necessita de energia para tudo que faz, desde impulsionar o
   sangue para todas as partes de seu corpo, até fazer com que uma lâmpada
    se acenda ou que um automóvel se locomova. Mas como obter tal energia?&nbsp;



 Para
   o funcionamento do corpo utilizamos a energia dos alimentos. Já para
   a obtenção de energia elétrica, mecânica, etc...
    existem várias fontes, dentre elas estão:

o biocombustível (álcool proveniente da cana de açúcar, ou diesel a
 base  de óleo vegetal como de amendoim, soja, girassol, mamona, pequi, 
babaçu);
a gasolina, (obtida pela destilação fracionada do petróleo);
energia termoelétrica (obtida pela queima do carvão ou gás
     natural);
a energia eólica (resultado do movimento do vento);
a energia solar (aquece placas especiais que transformam essa energia
        em elétrica)
a energia hidroelétrica (uso da energia das quedas d'água
        para acionar geradores)
energia nuclear (baseada na fissão, ou seja, na divisão
        do átomo);
o biogás (metano, CH4), também conhecido como gás
       natural (produzido pela fermentação e decomposição
        da matéria orgânica por&nbsp;microorganismos).


A energia solar, eólica, hidroelétrica o biocombustíveis são chamadas de energias
    renováveis, pois os raios solares e ventos são produzidos 
constantemente, a água que é utilizada para mover uma turbina em uma 
hidroelétrica pode ser renovada pela chuva que enche novamente o 
reservatório, e a cana-de-açúcar utilizada para produzir álcool pode ser
 plantada novamente. Já o petróleo, o gás natural e o carvão, são 
produtos finitos provenientes de fósseis de vegetais e animais que 
habitaram a Terra alguns milhões de anos atrás. A produção de energia 
nuclear depende do urânio, que também é um recurso finito. Estas são 
chamadas de energias
    não renováveis.



Combustão completa e incompleta

A combustão é uma reação de uma substância
   (combustível) com o oxigênio (O2) (comburente) presente na atmosfera,
    com liberação de energia.&nbsp;





A liberação ou consumo de energia durante uma reação é conhecida
   como variação da entalpia (ΔH), isto é, a quantidade
   de energia dos produtos da reação (Hp) menos a quantidade de
    energia dos reagentes da reação (Hr):

ΔH = Hp - Hr

Quando ΔH &gt; 0 isto significa que a energia do(s) produto(s) é maior
   que a energia do(s) reagentes(s) e a reação é endotérmica,
   ou seja, absorve calor do meio ambiente. Quando ΔH &lt; 0, isto significa
   que a energia do(s) reagente(s) é maior que a energia do(s) produto(s)
   e a reação é exotérmica, ou seja, libera calor
    para o meio ambiente, como no caso da combustão da gasolina, por exemplo.



A combustão completa de qualquer combustível orgânico
   (que possui átomos de carbono) leva a formação de gás
   carbônico ou também chamado de dióxido de carbono (CO2)
   e água (H2O). A respiração é um processo de combustão,
   de “queima de alimentos” que libera energia necessária
   para as atividades realizadas pelos organismos. É interessante notar
   que a reação inversa da respiração é a
   fotossíntese, que ocorre no cloroplasto das células vegetais,
   onde são necessários gás carbônico, água
   e energia (vinda da luz solar) para liberar oxigênio e produzir material
    orgânico (celulose) utilizado no crescimento do vegetal.

combustão/respiração

C6H12O6(s) + 6
O 2(g) ↔ 6 CO2(g) + 6 H2O (l) +
energia 

fotosíntese

A gasolina possui muitas impurezas contendo enxofre (S), e o diesel, ainda
   mais. Hoje no Brasil existe um grande investimento por parte da Petrobrás
   para diminuir a concentração de enxofre no diesel e assim torná-lo
   menos poluente. Portanto, combustíveis que tem enxofre, ao serem&nbsp;queimados
   produzem grandes quantidades de um gás bastante tóxico e corrosivo,
   responsável por acidificar a atmosfera, o dióxido de enxofre
   (SO2). Já o álcool é um combustível que não
    apresenta enxofre e portanto não produz o dióxido de enxofre.

S(s)+ O2(g ) → SO2(g)

A falta de oxigênio durante a combustão leva à chamada ‘combustão
   incompleta’ que produz monóxido de carbono (CO). Note que o CO
   tem um oxigênio a menos que o CO2, o que caracteriza a deficiência
   de oxigênio, ou a ineficiência da reação. Este gás é muito
   tóxico para o ser humano, pois este dificulta a função
   da hemoglobina, que é responsável pela renovação
   do oxigênio no nosso sangue. Pequenas concentrações de
   monóxido de carbono já provocam tonturas e dores de cabeça.
   Outro produto indesejável da combustão incompleta é a
   fuligem (C), que não tem oxigênio na sua constituição.
   A porção mais fina da fuligem pode impregnar nos pulmões
    e causar problemas respiratórios.

As equações químicas abaixo ilustram a quantidade de
   calor (ΔH) liberada durante a combustão completa e incompleta do gás
   metano (CH4). Note como a quantidade de calor liberado é menor
   nos casos de combustão incompleta. Portanto, além da combustão
   incompleta gerar compostos nocivos à saúde humana, há também
   uma grande desvantagem econômica, pois com a mesma quantidade de combustível
    haverá menor quantidade de energia gerada! Veja as equações:
Combustão completa&nbsp;do metano:

 
CH4(g) + 2O2(g)&nbsp;→&nbsp;CO2(g) +
   2H2O (l)&nbsp;ΔH = - 802 kJ/mol
    (energia liberada)
Combustão incompleta do metano:

 
CH4(g) + 3/2 O2(g)&nbsp;→&nbsp;CO(g) + 2H2O(l) ΔH
   = - 520 kJ/mol 

CH4(g) + O2(g)&nbsp;→&nbsp;C(s) + 2H2O(l) ΔH = - 408,5 kJ/mol

É muito importante saber a quantidade de
   calor liberada pelos combustíveis para que seja possível comparar
   o valor energético de cada um deles. Na Tabela 1 são mostradas
   as entalpias de combustão (ΔHo) para alguns combustíveis, isto é,
   a energia liberada na queima completa de um mol do combustível. O zero
   utilizado como índice superior indica que as condições
   iniciais dos reagentes e as finais dos produtos são 25o C e 1 atm,
    chamadas de condições padrão.

Tabela 1: Entalpia de combustão padrão para vários combustíveis.

      

        
COMBUSTÍVEL

        
FÓRMULA
        MOLECULAR

        
ΔH°
        (kJ/mol)

      

        
Carbono
        (carvão)

        
C(s)

        
-
        393,5

      

        
Metano
        (gás natural)

        
CH4
        (g)

        
-
        802

      

        
Propano
        (componente do gás de cozinha)

        
C3H8
        (g)

        
-
        2.220

      

        
Butano
        (componente do gás de cozinha)

        
C4H10
        (g)

        
-
        2.878

      

        
Octano
        (componente da gasolina)

        
C8H18
        (l)

        
-
        5.471

      

        
Etino&nbsp; (acetileno,
        usado em maçarico)

        
C2H2
        (g)

        
-
        1.300

      

        
Etanol
        (álcool)

        
C2H5OH (l)

        
-
        1.368

      

        
Hidrogênio

        
H2
        (g)

        
-
        286

      


Veremos mais tarde, na seção experimento, que mesmo a combustão
   completa leva a produção
   de um gás indesejável, que é o dióxido de carbono,
   o maior responsável pelo chamado efeito estufa. Desta forma, o combustível
   menos poluente que se conhece é o hidrogênio, pois sua combustão
    gera apenas água:

H2(g) + ½  O2(g) → H2O(l) ΔH
   = - 286 kJ/mol