Condições para que ocorra a queima dos combustíveis Volatilidade de líquidos Pressão de vapor

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1 COMBUSTÍVEIS GASOSOS Figura 1 Líquidos inflamáveis Fonte: Poseidon CONTEÚDO Condições para que ocorra a queima dos combustíveis Volatilidade de líquidos Pressão de vapor AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS Por que combustíveis gasosos queimam mais rapidamente? Para ocorrer a queima (reação de combustão), é preciso que o calor, as partículas do combustível e o gás oxigênio estejam juntos. A queima ocorre quando os combustíveis estão na fase gasosa, pois as moléculas estão mais livres, e as partículas de oxigênio e do combustível encontram-se com mais frequência. Portanto, no caso dos combustíveis líquidos, é preciso, primeiro, vaporizá-los, fazendo com que as moléculas do líquido passem para a fase gasosa. Isso requer energia, porque as moléculas no líquido estão ligadas, ou melhor, estão fortemente atraídas umas com as outras.

2 Forças entre as partículas nos líquidos e gases No sólido as partículas estão fortemente ligadas, assim, não há mobilidade entre elas. No líquido, as partículas estão mais soltas e elas se movimentam e, no gás, praticamente não há atração entre elas. Na figura, as setas representam a ideia do movimento e interação entre as moléculas. Figura 2 Organização das partículas nos três estados físicos Fonte: Fundação Bradesco Como essa ligação, ou interação, entre as partículas pode ser vencida? Quando se aquece um líquido, as partículas que o compõem passam a vibrar com intensidade, quanto maior o aquecimento, maior é a vibração das moléculas. Com essa vibração, as moléculas adquirem cada vez mais energia e conseguem vencer a força de atração que liga as moléculas. As partículas vão se movimentando até ficarem totalmente soltas e movimentando livremente no estado gasoso. Figura 3 Transformação do estado líquido para o gasoso Fonte: Fundação Bradesco

3 Mesmo que as moléculas estejam ligadas em um líquido, elas se movimentam um pouco, mas muito menos que em um gás. Esse movimento é maior, quanto maior for a energia delas, ou seja, quanto mais alta for a temperatura. Logo, aquecendo-se o líquido, mais moléculas adquirem energia suficiente para romper a atração com as outras moléculas, passando para o estado gasoso. Por que alguns combustíveis pegam fogo mais facilmente do que outros? Combustíveis diferentes são formados de partículas diferentes. Para pegar fogo, as partículas do combustível devem interagir com as moléculas do oxigênio na presença de calor. Se as partículas do combustível são diferentes, cada tipo de combustível vai precisar de uma quantidade diferente de calor para interagir com o oxigênio. Fornecido o calor necessário para um tipo de combustível e havendo oxigênio, o combustível pega fogo. Para pôr fogo na gasolina, basta a chama de um palito de fósforo, mas essa chama não queima a grafite do lápis. Isso ocorre porque as partículas que formam a gasolina são diferentes das partículas que formam a grafite. Todo combustível, para pegar fogo, deve ser aquecido até liberar certa quantidade de vapores, suficiente para interagir com o oxigênio. Essa quantidade depende do tipo de moléculas que formam o combustível. O vapor liberado pode ser da substância (combustível) que estava no estado sólido ou líquido, ou de substâncias que se formam quando se aquece um combustível. Por exemplo, quando se aquece álcool líquido, formam-se vapores de álcool. Quando se aquece a madeira, saem dela substâncias no estado gasoso formadas pela decomposição da madeira. Pelo aquecimento, pode-se obter o metanol, que é a substância que sofrerá a combustão. Acontece um fenômeno semelhante quando se queima o carvão. Pelo aquecimento, há desprendimento de substâncias voláteis 1 que se queimam. Por que o álcool é mais volátil que a água? Vamos supor um líquido, por exemplo, o álcool, que também é uma substância formada por moléculas. Essas moléculas são formadas de átomos de carbono (C), hidrogênio (H) e 1 Volátil: substância que se transforma no estado gasoso em condições de pressão e temperatura ambientes.

4 oxigênio (O), que estão todos ligados. Vamos compará-lo com a água, cuja molécula é formada de átomos de hidrogênio (H) e oxigênio (O), também todos ligados. Figura 4 Fórmula estrutural do etanol (álcool comum) e da água Fonte: Fundação Bradesco Sabemos que uma gota de álcool pingada numa superfície qualquer desaparece mais depressa que uma gota de água. Imagine, em recipientes separados e fechados, o etanol (álcool comum) e a água. As substâncias são formadas por tipos de átomos diferentes e o que acontece, é que as moléculas de álcool estão mais fracamente ligadas que as moléculas de água. Assim como existem ímãs mais fortes e mais fracos, a força de atração entre algumas moléculas é maior que entre outras. Então, em uma determinada temperatura, mais moléculas de álcool têm energia suficiente para vencer a energia de ligação, liberando-se das outras moléculas e passando para a fase gasosa. Na água, à mesma temperatura, menos moléculas têm energia para vencer a energia de ligação. Por isso, a água é menos volátil. Ao escaparem do líquido, as moléculas ficam no espaço acima da superfície e vão vencer uma pressão, como todo gás ou vapor. A pressão exercida por esses vapores é chamada pressão de vapor. Pressão de vapor e temperatura Imagine um copo contendo um líquido volátil. O vapor desse líquido não escapa, porque o copo está fechado por uma tampa, como mostra a figura.

5 Figura 5 Equilíbrio líquido-vapor Fonte: Intituto de Química, USP As moléculas vão escapando do líquido e se movimentam constantemente, e podem se chocar novamente com a superfície da tampa e, assim, voltar para o estado líquido. Se a temperatura for mantida inalterada e o copo com líquido for mantido tampado, vai chegar um momento em que o número de moléculas que escapa do líquido será igual ao número de moléculas que volta para o líquido. Forma-se, então, um equilíbrio líquido-vapor. Como o número de moléculas na fase de vapor fica constante, a pressão não muda, ou seja, a pressão não aumenta mais. Quando a temperatura do líquido torna-se maior, aumenta a energia das moléculas. Assim, o número de moléculas que pode escapar da fase líquida para a fase gasosa aumenta. Logo, a pressão de vapor cresce com o aumento da temperatura.

6 Figura 6 Recipientes com o mesmo líquido, com temperaturas diferentes Fonte: Instituto de Química, USP Conclusão O combustível que tiver uma maior pressão de vapor, terá também um maior número de moléculas na fase de vapor e, então, pegará fogo mais facilmente. Essa substância será mais inflamável. A pressão de vapor depende da força de atração entre as moléculas e da temperatura. Portanto, uma mesma substância pode ter pressões de vapor diferentes, dependendo da temperatura. Líquidos diferentes têm diferentes pressões de vapor. Os sólidos também têm pressão de vapor. Nos sólidos, a força de atração entre as moléculas é maior do que nos líquidos; por isso, em geral, a pressão de vapor de um sólido é menor do que a pressão de vapor de um líquido. No ponto de fulgor, há um número suficiente de moléculas do combustível em fase gasosa para a combustão ocorrer. Como um líquido inflamável pega fogo, se ele não está no estado gasoso? No líquido, as moléculas estão ligadas por forças de atração. Para queimar um líquido inflamável, é preciso que algumas de suas moléculas passem para o estado de vapor. Para vaporizar o líquido, é necessário fornecer-lhe uma energia maior que essa força de ligação,

7 que mantém as moléculas unidas. Essa energia pode ser fornecida aumentando-se a temperatura do líquido. Cada tipo de combustível precisa de uma quantidade diferente de energia para interagir com o oxigênio, porque combustíveis diferentes são formados por partículas diferentes. Por isso, a força que mantém as moléculas unidas não é a mesma. ATIVIDADES 1. Explique com as suas palavras, o que significa dizer que um líquido é volátil? 2. Explique como os combustíveis líquidos queimam. 3. Escolha as palavras do quadro e complete os espaços em branco, dando sentido correto as afirmações sobre os combustíveis. a) O combustível mais vaporiza-se mais rapidamente, sofrendo a queima. b) Para ocorrer a queima do combustível líquido, é necessário primeiramente, o líquido, ou seja, transformá-lo no estado.

8 c) Quanto maior o fornecido ao líquido, mais as moléculas passam a, rompendo as interações entre elas. d) Quanto a interação entre as partículas, volátil é a substância. e) A pressão de vapor de um líquido é com a diminuição da temperatura. 4. Sobre a pressão de vapor de um líquido assinale as afirmações corretas. a) A pressão de vapor de líquidos iguais pode ser diferente, pois essa propriedade depende da temperatura. b) Em um sistema fechado, quanto maior a temperatura, menor a pressão de vapor exercida pelos vapores. c) Nas mesmas condições de pressão e temperatura, o líquido mais volátil apresenta maior pressão de vapor. d) Quanto menor a força de interação entre as partículas, maior a pressão de vapor exercida pelos vapores sobre o líquido. 5. A acetona apresenta temperatura de ebulição igual a 56 C, e a da água é 100 C. Considerando esses dados, qual dos dois líquidos é mais volátil? Justifique a sua resposta. 6. Não deixe de realizar a experiência que está sugerida em Indicações. Vale a pena você fazer para observar a diferença de volatilidade entre os dois líquidos.

9 LEITURA COMPLEMENTAR O que é explosão? É uma reação de combustão (queima) muito rápida. A combustão é resultado da interação rápida das moléculas do oxigênio com as moléculas do combustível. Se essa reação for muito rápida, pode acontecer uma explosão (mal a reação começa, ela já termina). O perigo de explosão é maior quando o combustível é um gás ou um líquido volátil, porque no estado gasoso, as partículas estão livres e se movimentam mais rapidamente. Vazamento de gás pode causar explosão Isso ocorre porque as partículas do gás vão se espalhando muito rapidamente e misturando-se com as do oxigênio do ar. Se a sala é pequena ou tem pouca ventilação, a quantidade de partículas aumenta depressa e não dá tempo delas saírem. Dizemos que a concentração do gás aumenta, ou seja, aumenta a proporção de moléculas de gás no ar. Qualquer fonte de calor como, por exemplo, a chama de um fósforo ou uma faísca elétrica, pode provocar interação muito rápida entre as moléculas do gás e as moléculas do oxigênio, resultando numa explosão. INDICAÇÕES Para você observar o comportamento de líquidos voláteis, faça a experiência Fórmula 1 da evaporação uma corrida entre líquidos. As orientações e discussões sobre o que você observará na experiência, está disponível no Portal EJ@, na Biblioteca Digital. Acesse a área de CN ou CNII e acesso as Indicações Experiências, clique em Fórmula 1 da evaporação.

10 O link de acesso está disponível em: /DispForm.aspx?ID=5&Source= /experiencias/lists/experiencias/cienciasnaturezaii.aspx REFERÊNCIAS ISUYAMA Reiko. Curso de Capacitação de professores de Química da Secretaria do Estado de São Paulo. Instituto de Química, USP MATEUS Alfredo Luís. Fórmula 1 da evaporação. Química na cabeça. Belo Horizonte: Editora UFMG, POSEIDON. Líquidos inflamáveis. Disponível em: < Acesso em: 4 mar h45min.

11 GABARITO 1. Um líquido volátil é aquele que vaporiza facilmente, ou seja, como as interações entre as partículas são fracas, o líquido se transforma com facilidade do estado líquido para o gasoso. 2. Na reação de combustão, são os vapores do combustível que queimam. Assim, para o caso dos combustíveis líquidos, é necessário primeiramente, que o líquido vaporize, o seja, é preciso transformar o combustível líquido em gás. 3. Seguem as afirmações com os espaços preenchidos: a) O combustível mais volátil vaporiza-se mais rapidamente, sofrendo a queima. b) Para ocorrer a queima do combustível líquido, é necessário primeiramente, vaporizar o líquido, ou seja, transformá-lo no estado gasoso. c) Quanto maior o calor fornecido ao líquido, mais as moléculas passam a vibrar, rompendo as interações entre elas. d) Quanto maior a interação entre as partículas, menos volátil é a substância. e) A pressão de vapor de um líquido é menor com a diminuição da temperatura. 4. A afirmação b é falsa. Conforme aumenta a temperatura, mais as partículas do combustível passam a vibrar, diminuindo a interação entre as moléculas. Quanto maior a temperatura, mais vapor se forma, portanto maior será a pressão de vapor exercida pelos vapores sobre o líquido. 5. A acetona é a substância mais volátil, porque apresenta menor temperatura de ebulição e pode ser, mais facilmente tranfomada no estado gasoso em relação a água. 6. Os comentários e discussões estão nas orientações para a experiência.