Situação de Aprendizagem 02
COMBUSTÃO
COMPLETA E COMBUSTÃO INCOMPLETA
1º
ANOS
O princípio de uma reação de
combustão é a queima de algum combustível e um comburente — geralmente gás
oxigênio (O2) — por meio de uma fonte de ignição, como uma faísca. Trata-se de
uma reação que está presente em muitos aspectos do cotidiano, inclusive dentro
de nossas células, sempre com o objetivo de produzir energia térmica.
Dependendo da quantidade de
oxigênio utilizada no processo de combustão, a queima pode ser classificada em
completa ou incompleta. Saiba como acontece cada uma delas e quais são suas
diferenças:
Na combustão completa, o
combustível reage totalmente com o oxigênio, liberando dióxido de carbono ou
gás carbônico (CO2), além de água (H2O). Na combustão incompleta, por sua vez,
parte do combustível não é consumido, sendo então oxidado — o que produz também
monóxido de carbono (CO) ou carbono (C), conhecido como fuligem.
Vale lembrar que, como as reações
de combustão liberam energia na forma de calor, ambas são denominadas reações
exotérmicas.
Outra diferença que pode ser
observada entre a combustão completa e a incompleta é a forma da chama. Quando
acendemos um isqueiro, por exemplo, temos uma chama amarela e heterogênea,
característica de uma combustão incompleta. Além disso, ela deixa fuligem
devido à presença de carbono. Quando a chama é azul e homogênea, como a do
maçarico, a combustão é comombustão completa e incompleta
A combustão é uma reação de uma
substância (combustível) com o oxigênio (O2) (comburente) presente na
atmosfera, com liberação de energia.
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 > 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
< 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
fotossíntese
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 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 do metano:
CH4(g) +
2O2(g) → CO2(g) + 2H2O (l) ΔH
= - 802 kJ/mol (energia liberada)
Combustão
incompleta do metano:
CH4(g) +
3/2 O2(g) → CO(g) + 2H2O(l) ΔH
= - 520 kJ/mol
CH4(g) +
O2(g) → 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
(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
Fonte
de pesquisa:
http://www.usp.br/qambiental/combustao_energia.html
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