Pesquisa Cientifica

Combustíveis: da origem ao destino

Um combustível é qualquer substância que reage com o oxigênio (ou outro comburente) liberando energia, usualmente de modo vigoroso, na forma de calor, chamas e gases. Supõe a liberação da energia nele contida em forma de energia potencial a uma forma utilizável. Em geral se trata de algo susceptível de combustão mas há exceções que se explicam a seguir.

No meio que vivemos existem várias substâncias que estão ou podem ser usadas como combustível. Entre as sólidas incluem-se o carvão, a madeira e a turfa. O carvão é queimado em caldeiras para esquentar água, que pode vaporizar-se para mover máquinas a vapor, ou diretamente para produzir calor utilizável em usos térmicos (calefação). A turfa e a madeira são utilizadas principalmente para a calefação doméstica e industrial. A turfa foi utilizada para a geração de energia nas locomotivas, que utilizavam madeira como combustível, muito comum no passado.

O primeiro uso conhecido de combustível foi a combustão de madeira ou de varas pelo Homo eretos cerca de dois milhões de anos atrás.1 Durante a maior parte da história humana os derivados dos combustíveis foram as plantas ou gorduras animais, os únicos que eram usados pelos seres humanos. Carvão vegetal, um derivado de madeira, tem sido usada desde pelo menos 6 000 a.C. para os metais de fusão. Ele só foi suplantado pelo coque, derivado do carvão, como florestas europeias começaram a se esgotar em torno do século XVIII. Briquetes de carvão são comumente usados como combustível para cozinhar churrasco. 2

Entre os líquidos usados como combustível, encontramos os de origem vegetal ou animal, como o álcool e o óleos vegetais de rícino e gorduras a partir do século XX surgem os combustíveis minerais, considerados fósseis, são os derivados do petróleo como óleo diesel, o querosene e a gasolina (ou nafta).

Entre os combustíveis gasosos estão o gás natural ou os GLP (Gases Liquefeitos de Petróleo), representados pelo Propano e o Butano. As gasolinas e até os gases são utilizados para os motores de combustão interna.

Nos corpos dos animais em geral, o combustível principal é constituído por carboidratos, lipídios e, em certas circunstâncias, as proteínas, que proporcionam energia para os músculos, o crescimento e os processos de renovação e regeneração celular.

Por extensão se chamam também combustíveis às substâncias empregadas para produzir energia no reator nuclear no processo de fissão nuclear, embora este processo não seja de forma alguma uma combustão.

Tampouco é um combustível, na acepção estrita do termo, o hidrogênio quando utilizado no processo de fusão nuclear, que proporciona grandes quantidades de energia, no que se fundem quatro átomos de hidrogênio para converter-se em um de hélio. Este meio de obter energia não foi dominado adequadamente pelo homem (mas que em sua forma mais violenta, é a bomba de hidrogênio, conhecida como Bomba H). No Universo é comum, posto que é a fonte de energia das estrelas.

Os combustíveis fósseis são misturas de compostos orgânicos que se extraem do subsolo com o propósito de produzir energia por combustão. A origem desses compostos são seres vivos que morreram há milhões de anos. Consideram-se combustíveis fósseis o carvão, procedente de bosques do período carbonífero, o petróleo e o gás natural, procedente de outros organismos.

Fontes e formas de energia

As fontes de energia são de fundamental importância, em especial na atual sociedade capitalista. Essas substâncias, após serem submetidas a um processo de transformação, proporcionam energia para o homem cozinhar seus alimentos, aquecer e iluminar o ambiente, etc.

Contudo, foi com o advento das Revoluções Industriais, juntamente com a intensificação do processo de urbanização, que a utilização das fontes energéticas teve um aumento extraordinário. O atual modelo capitalista é altamente dependente de recursos energéticos para o funcionamento das máquinas industriais e agrícolas; os automóveis também necessitam de combustíveis para se deslocarem; e a urbanização aumentou a demanda de eletricidade.

Diante desse cenário, o consumo de energia aumentou de forma significativa, fato que tem gerado grandes problemas socioambientais. Isso porque a maioria das fontes utilizadas é de origem fóssil (carvão, gás natural, petróleo), e sua queima libera vários gases responsáveis pela poluição atmosférica, efeito estufa, contaminação dos recursos hídricos, entre outros fatores nocivos ao meio ambiente.

Outro aspecto negativo é que essas fontes não são renováveis, ou seja, elas se esgotarão da natureza. Segundo estimativas da Agência Internacional de Energia (AIE), caso se mantenha a média de consumo das últimas décadas, as reservas de petróleo e gás natural irão se esgotar em 100 anos e as de carvão, em 200 anos.

A energia nuclear, também de origem não renovável, é motivo de várias manifestações contra o seu uso, pois pode haver a liberação de material radioativo em caso de acidentes em uma usina nuclear, como os que ocorreram em Chernobyl (Ucrânia) e em Fukushima Daiichi (Japão).

Com o intuito de diversificar a matriz energética, várias pesquisas foram desenvolvidas para a obtenção de fontes limpas e renováveis. Entre elas estão a energia solar (obtida através do Sol), energia eólica (dos ventos), energia das marés (correntes marítimas), biomassa (matéria orgânica), hidráulica (das águas), entre outras. Estas fontes, além de serem encontradas em abundância na natureza, geram menos impactos ambientais.

Biocombustíveis:

Combustíveis oriundos de vegetais.

Carvão Mineral:

A utilização do carvão mineral é superada somente pelo petróleo.

Carvão Vegetal:

Saibam quais são as utilidades do Carvão vegetal.

Energia das Marés:

Considerada uma fonte de energia limpa e renovável, a energia das marés é uma alternativa na busca pela diversificação da matriz energética.

Energia Geotérmica:

A obtenção de energia através do calor da Terra.

Energia Hidrelétrica:

A energia hidrelétrica é a fonte energética obtida pelo potencial hidráulico de rios.

Energia Nuclear:

A energia nuclear é a energia obtida através do enriquecimento de urânio.

Energia Solar:

A energia solar é uma fonte energética obtida através da radiação solar.

Gás Natural:

Fonte energética composta por hidrocarbonetos.

Recursos energéticos fósseis:

A importância do petróleo e o carvão mineral para o homem

Transformações e conservações de energia

Os cientistas afirmam que a energia desenvolvida no "Big Bang", a explosão primordial que originou o Universo há aproximadamente 14 bilhões de anos, é a mesma que a dos dias atuais e será a mesma no futuro.

A teoria confirma um dos alicerces da física, o princípio da conservação da energia, que garante que a energia total de um sistema jamais desaparece, não pode ser destruída nem surge do nada. A energia se apresenta de várias formas, que se transformam continuamente umas nas outras, mas permanece sempre constante. Por exemplo, quando esfregamos as mãos uma na outra, a energia mecânica associada ao movimento das mãos (energia cinética) transforma-se em energia térmica (as mãos se aquecem) e em energia sonora (som característico de esfregar as mãos).

O tema "energia" tem sido frequente nos últimos vestibulares, principalmente no que se relaciona à geração de energia elétrica. Vale lembrar que o colapso de energia elétrica que o país atravessou recentemente obrigou o governo, as indústrias e a comunidade científica a rediscutirem fontes alternativas para a produção de energia.

No Brasil, a maior quantidade de energia elétrica produzida provém de usinas hidrelétricas, que têm como fonte principal a energia mecânica armazenada na água represada a uma certa altura (energia potencial). Essa energia é transformada, durante a queda da água, em energia cinética, que faz com que as pás das turbinas girem, acionando o eixo do gerador e produzindo, assim, eletricidade.

Nas regiões mais distantes das hidrelétricas centrais, a energia elétrica também pode ser obtida de outras fontes, como é o caso das usinas termoelétricas, em que a eletricidade é gerada pela queima de combustíveis, como carvão, óleo, derivados do petróleo e, atualmente, bagaço da cana-de-açúcar (biomassa).

Em algumas regiões do Nordeste, a energia elétrica é produzida pela transformação da energia cinética dos ventos (energia eólica). Nas usinas nucleares, a energia é obtida por meio da fissão nuclear, que é a quebra de núcleos grandes em núcleos menores pelo bombardeamento de nêutrons.

O material físsil ou fissionável (urânio enriquecido), que "explode" na reação nuclear, libera grande quantidade de energia, que aciona as pás da turbina que movimentarão o gerador elétrico.

Leis de Newton

No estudo do movimento, a cinemática, propõe-se descrevê-lo sem se preocupar com as suas causas. Quando nos preocupamos com as causas do movimento, estamos entrando em uma área da mecânica conhecida como dinâmica.

Da dinâmica, temos três leis em que todo o estudo do movimento pode ser resumido. Essas leis são conhecidas como as leis de Newton:

• Primeira lei de Newton - a lei da inércia

• Segunda lei de Newton - o princípio fundamental da dinâmica

• Terceira lei de Newton - a lei da ação e reação

A primeira lei de Newton descreve o que ocorre com os corpos que estão em equilíbrio. A segunda lei explica o que ocorre quando não há o equilíbrio, e a terceira lei mostra como é o comportamento das forças quando temos dois corpos interagindo entre si.

Para o entendimento dessas leis, é necessário conhecer alguns conceitos físicos muito importantes, como força e equilíbrio.

Observe a sua situação nesse exato momento: provavelmente você está sentado em uma cadeira lendo esse texto. Nesse momento existem forças agindo sobre você: elas vêm da cadeira, do chão e de algum outro objeto em que esteja encostado. Observe que, mesmo com a existência dessas forças, você continua parado. Isso ocorre porque elas estão se cancelando. Podemos dizer, portanto, que você se encontra em equilíbrio.

O repouso não é a única situação de equilíbrio possível. Imagine-se de pé em um ônibus em movimento: se ele acelerar, frear ou fizer uma curva, você pode acabar se desequilibrando e caindo. Mas existe um caso que, mesmo com o ônibus em movimento, não haverá perigo nenhum de você cair. Isso acontecerá caso o ônibus execute um movimento retilíneo e uniforme (em outras palavras, quando ele se movimenta em linha reta e com velocidade constante). Nessa situação, podemos dizer que o ônibus está em equilíbrio.

Os dois casos exemplificados anteriormente ilustram situações de corpos em equilíbrio. O primeiro mostra o equilíbrio dos corpos em repouso, que é conhecido como equilíbrio estático. O segundo mostra o equilíbrio dos corpos em movimento, que é conhecido como equilíbrio dinâmico. Nos dois casos temos algo em comum que define a situação de equilíbrio, e esse algo em comum é o fato de que todas as forças que estão atuando estarem se anulando. Portanto:

O equilíbrio ocorre em toda a situação em que as forças atuantes em determinado corpo se cancelam.

A primeira lei de Newton - a lei da inércia

Na natureza, todos os corpos apresentam certa resistência a alterações no seu estado de equilíbrio, seja ele estático ou dinâmico. Imagine que você tenha que chutar duas bolas no chão: uma de vôlei e uma de boliche. É claro que a bola de vôlei será chutada com mais facilidade que a de boliche, que apresenta uma maior resistência para sair do lugar. maior tendência em se manter em equilíbrio, ou ainda, apresenta uma maior inércia. Define-se inércia como uma resistência natural dos corpos a alterações no estado de equilíbrio.

A primeira lei de Newton trata dos corpos em equilíbrio e pode ser enunciada da seguinte forma:

Quando as forças atuantes em um corpo se anulam, ele permanecerá em repouso ou em movimento retilíneo uniforme.

Um objeto que repousa sobre sua mesa, por exemplo, está em equilíbrio estático, e tende a ficar permanecer nessa situação indefinidamente. No caso dos corpos em movimento, podemos imaginar um carro em movimento que freia bruscamente. Os passageiros serão lançado para frente porque tendem a continuar em movimento.

Força Resultante

No nosso cotidiano, é impossível encontrar um corpo sobre o qual não existam forças atuando - só o fato de vivermos na Terra já nos submete à força da gravidade. Muitas vezes essas forças se anulam, o que resulta em equilíbro. Em outros casos, a resultante das forças que atuam sobre um corpo é diferente de zero. Quando isso ocorre, o resultado dessas forças é definido como força resultante.

A determinação de uma força resultante não é algo simples, já que se trata de uma grandeza vetorial. Isso quer dizer que uma força é definida por uma intensidade, uma direção e um sentido. Como a força se trata de uma grandeza vetorial, não podemos determinar a força resultante utilizando a álgebra com que estamos acostumados. É preciso conhecer um processo matemático chamado de soma vetorial.

A Segunda lei de Newton

Quando diversas forças atuam em um corpo e elas não se anulam, é porque existe uma força resultante. E como se comporta um corpo que está sob a ação de uma força resultante? A resposta foi dada por Newton na sua segunda lei do movimento. Ele nos ensinou que, nessas situações, o corpo irá sofrer uma aceleração. Força resultante e aceleração são duas grandezas físicas intimamente ligadas.

A segunda lei de Newton também nos mostra como força e aceleração se relacionam: essas duas grandezas são diretamente proporcionais. Isso quer dizer que, se aumentarmos a força, a aceleração irá aumentar na mesma proporção. A relação de proporção entre força e aceleração é mostrada a seguir.

F→R∝a→

Onde é o símbolo de proporção. Para que possamos trocar a proporção por uma igualdade, precisamos inserir na equação acima uma constante de proporcionalidade. Essa constante é a massa do corpo em que é aplicada a força resultante. Por isso, a segunda lei de Newton é representada matematicamente pela fórmula.

F→R=m⋅a→

A segunda lei de Newton também nos ensina que força resultante e aceleração serão vetores sempre com a mesma direção e sentido.

A terceira Lei de Newton

A terceira lei de Newton nos mostra como é a troca de forças quando dois corpos interagem entre si, seja essa interação por contato ou por campo. Segundo a terceira lei, se um corpo faz uma força em outro, imediatamente ele receberá desse outro corpo uma força de igual intensidade, igual direção e sentido oposto à força aplicada.

Tabela Periódica

Histórico

Em 1829, Döbereiner reuniu os elementos semelhantes em grupos de três.

Cada grupo recebeu o nome de tríade. A massa atômica de um elemento era aproximadamente a média aritmética das massas atômicas dos dois outros elementos.

Exemplo:

Li = 7u

Na = 23u

K = 39u

Em 1863, Chancourtois dispôs os elementos os elementos numa espiral traçada nas paredes de um cilindro, em ordem crescente de massas atômicas. Tal classificação recebeu o nome de parafuso telúrico.

Já, em 1864, Newlands dispôs os elementos em colunas verticais de sete elementos, em ordem crescente de massas atômicas, observando que de sete em set elementos havia repetição das propriedades, fato que recebeu o nome de Lei das Oitavas.

Finalmente, em 1869, Mendeleev apresentou uma classificação, que é a base da classificação periódica moderna, colocando os elementos em ordem crescente de suas massas atômicas, distribuídos em oito faixas horizontais (períodos) e doze colunas verticais (famílias). Verificou que as propriedades variavam periodicamente à medida que aumentava a massa atômica.

Na tabela periódica moderna, os elementos são colocados em ordem crescente de número atômico.

Construção da Tabela Periódica

Os elementos são colocados em faixas horizontais (períodos) e faixas verticais (grupos ou famílias).

Em um grupo, os elementos têm propriedades semelhantes e, em um período, as propriedades são diferentes.

Na tabela há sete períodos.

Os grupos são numerados de 0 a 8. Com exceção dos grupos 0 e 8, cada grupo está subdividido em dois subgrupos, A e B. O grupo 8 é chamado de 8B e é constituído por três faixas verticais.

Modernamente, cada coluna é chamada de grupo. Há, portanto, 18 grupos numerados de 1 a 18.

Posição dos Elementos na Tabela Periódica

- Elementos representativos ou típicos (o último elétron é colocado em subnível s ou p): grupos A. Estão nos extremos da tabela.

- Elementos de transição (o último elétron é colocado em subnível d; apresentam subnível d incompleto): grupos 1B, 2B, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B e 8B. Estão localizados no centro da tabela periódica.

- Elementos de transição interna (o último elétron é colocado em subnível f; apresentam subnível f incompleto). Estão divididos em duas classes:

– Lantanídeos (metais terras raras): grupo 3B e 6º período. Elementos de Z = 57 a 71.

– Actinídeos: grupo 3B e 7º período. Elementos de Z = 89 a 103.

- Gases nobres: grupo zero ou 8A ou 18.

Os grupos mais conhecidos são:

1A: metais alcalinos

2A: metais alcalino-terrosos

6A: calcogênios

7A: halogênios