Hidrocarbonetos, petróleo e biocombustíveis
Você abastece o carro no posto e escolhe entre gasolina e etanol. Na cozinha, o botijão de gás alimenta o fogão. No aeroporto, os aviões usam querosene. De onde vêm todos esses combustíveis e por que todos liberam CO₂ ao queimar, mas nem todos pesam do mesmo jeito no aquecimento global? É isso que vamos descobrir.
O que são hidrocarbonetos
Os hidrocarbonetos são compostos formados somente por dois elementos: carbono (C) e hidrogênio (H). O carbono faz sempre 4 ligações, e os átomos de carbono podem se ligar entre si formando cadeias.
O tipo de ligação entre os carbonos define a família:
| Família | Ligação entre carbonos | Exemplo | Fórmula |
|---|---|---|---|
| Alcano | apenas simples | etano | $\text{C}_2\text{H}_6$ |
| Alceno | pelo menos uma dupla | eteno | $\text{C}_2\text{H}_4$ |
| Alcino | pelo menos uma tripla | etino | $\text{C}_2\text{H}_2$ |
O alcano mais simples é o metano, $\text{CH}_4$, principal componente do gás natural (GNV). Seguem o etano ($\text{C}_2\text{H}_6$), o propano ($\text{C}_3\text{H}_8$), o butano ($\text{C}_4\text{H}_{10}$) e o octano ($\text{C}_8\text{H}_{18}$). Os nomes têm um prefixo que indica o número de carbonos (met-, et-, prop-, but-, pent-, hex-, hept-, oct-) e a terminação indica a família: -ano, -eno, -ino.
Os hidrocarbonetos são compostos formados por apenas dois elementos químicos. Indique quais são esses elementos e dê a fórmula molecular do metano, principal componente…
Os hidrocarbonetos são compostos formados por apenas dois elementos químicos. Indique quais são esses elementos e dê a fórmula molecular do metano, principal componente do gás natural, que possui um átomo de carbono.
Observe as fórmulas moleculares a seguir: $\text{C}2\text{H}6$, $\text{C}2\text{H}4$ e $\text{C}2\text{H}2$. Classifique cada uma delas como alcano, alceno ou alcino e…
Observe as fórmulas moleculares a seguir: $\text{C}_2\text{H}_6$, $\text{C}_2\text{H}_4$ e $\text{C}_2\text{H}_2$. Classifique cada uma delas como alcano, alceno ou alcino e justifique a classificação pelo tipo de ligação entre os átomos de carbono.
Petróleo e destilação fracionada
O petróleo é uma mistura de centenas de compostos, principalmente hidrocarbonetos de tamanhos muito diferentes. No Brasil, boa parte vem do pré-sal, camada de rocha sob o fundo do mar. Cru, ele quase não serve para nada: precisa ser separado na refinaria.
A separação usa a destilação fracionada. O petróleo é aquecido e entra numa torre; os componentes vaporizam e sobem. Quanto mais alta na torre, mais fria ela é, então cada fração condensa em uma altura diferente.
O que decide isso é a temperatura de ebulição. Moléculas pequenas têm poucas forças de atração entre si e ebulem em temperaturas baixas, saindo no topo. Moléculas grandes atraem-se mais, ebulem em temperaturas altas e saem na base.
| Derivado | Uso principal |
|---|---|
| GLP | gás de cozinha (botijão) |
| Gasolina | carros e motos |
| Querosene de aviação | aviões a jato |
| Óleo diesel | ônibus, caminhões, máquinas |
| Asfalto | pavimentação de ruas |
O petróleo é uma mistura de vários compostos, formada principalmente por hidrocarbonetos. Cite três derivados do petróleo usados no dia a dia, como gasolina, diesel e…
O petróleo é uma mistura de vários compostos, formada principalmente por hidrocarbonetos. Cite três derivados do petróleo usados no dia a dia, como gasolina, diesel e querosene de aviação, e indique o uso principal de cada um.
Na refinaria, o petróleo passa por uma destilação fracionada. Explique por que esse processo consegue separar os componentes do petróleo e qual propriedade física dos…
Na refinaria, o petróleo passa por uma destilação fracionada. Explique por que esse processo consegue separar os componentes do petróleo e qual propriedade física dos hidrocarbonetos é aproveitada. Em seguida, diga se o GLP, que sai no topo da torre, tem moléculas maiores ou menores que as do óleo diesel, e justifique.
Combustão de hidrocarbonetos
Um combustível libera energia ao reagir com o gás oxigênio. A reação é exotérmica: libera calor (aqui sem calcular $\Delta H$).
Combustão completa (oxigênio em quantidade suficiente): os produtos são $\text{CO}_2$ e $\text{H}_2\text{O}$.
Combustão incompleta (pouco oxigênio): formam-se monóxido de carbono (CO) e/ou fuligem (carbono, C), além de água. O CO é um gás incolor e inodoro, muito tóxico, pois impede o transporte de oxigênio no sangue. Por isso, aquecedores e fogões a gás exigem ambiente ventilado.
O propano, $\text{C}3\text{H}8$, é um dos componentes do gás de cozinha. Escreva a equação química balanceada da combustão completa do propano com gás oxigênio e indique…
O propano, $\text{C}_3\text{H}_8$, é um dos componentes do gás de cozinha. Escreva a equação química balanceada da combustão completa do propano com gás oxigênio e indique os produtos formados. Depois, diga qual produto passa a ser formado se o fornecimento de oxigênio for insuficiente e por que isso representa um risco dentro de casa.
Biocombustíveis e carbono
Os combustíveis fósseis (petróleo, gás natural, carvão) levaram milhões de anos para se formar a partir de restos de seres vivos. Na escala de uma vida humana, são não renováveis: usamos muito mais rápido do que a natureza produz.
Biocombustíveis vêm de matéria vegetal ou animal atual:
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Etanol ($\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$): obtido da fermentação do caldo da cana-de-açúcar; a gasolina vendida no Brasil já leva etanol anidro misturado.
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Biodiesel: feito de óleos vegetais (como soja) ou gordura animal, adicionado ao diesel.
São considerados renováveis porque a matéria-prima é replantada e cresce em meses ou poucos anos.
E o CO₂? O etanol também libera $\text{CO}_2$ ao queimar. Mas a cana, ao crescer, absorve CO₂ da atmosfera na fotossíntese. O carbono emitido na queima é, em grande parte, o que a planta tinha retirado do ar pouco antes: o ciclo é quase fechado. Já a gasolina devolve à atmosfera carbono que estava preso no subsolo havia milhões de anos, aumentando o total de $\text{CO}_2$ no ar.
O etanol, $\text{C}2\text{H}5\text{OH}$, é produzido no Brasil a partir da cana-de-açúcar e usado como biocombustível. Explique por que o etanol é considerado um…
O etanol, $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$, é produzido no Brasil a partir da cana-de-açúcar e usado como biocombustível. Explique por que o etanol é considerado um combustível renovável, enquanto a gasolina não é. Use em sua resposta a origem de cada um e o intervalo de tempo necessário para sua formação.
Comparando combustíveis e impactos
Vamos comparar a quantidade de $\text{CO}_2$ liberada por mol de combustível.
Por mol, o octano libera 4 vezes mais $\text{CO}_2$. Atenção: o etanol também tem menos energia por mol, então a comparação justa seria por energia liberada. Mesmo assim, como o carbono do etanol é reciclado pela cana, o saldo para o aquecimento global costuma ser menor.
Outros impactos dos combustíveis:
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Fósseis: $\text{CO}_2$ (efeito estufa); $\text{SO}_2$, vindo do enxofre presente no diesel e no petróleo (chuva ácida); material particulado (doenças respiratórias); risco de vazamentos.
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Biocombustíveis: uso de grandes áreas para plantio (risco de desmatamento ou de competir com alimentos), uso de água e fertilizantes, queimadas na colheita em alguns casos.
Considere a combustão completa de dois combustíveis: o octano, $\text{C}8\text{H}{18}$ (representando a gasolina), e o etanol, $\text{C}2\text{H}5\text{OH}$. Dados:…
Considere a combustão completa de dois combustíveis: o octano, $\text{C}_8\text{H}_{18}$ (representando a gasolina), e o etanol, $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$. Dados: massas molares em g/mol: C = 12, H = 1, O = 16. Escreva as duas equações balanceadas e calcule a massa de $\text{CO}_2$ liberada na queima de 1 mol de cada combustível. Em seguida, calcule a massa de $\text{CO}_2$ por mol de combustível e discuta por que, mesmo o etanol liberando $\text{CO}_2$ na queima, ele costuma ser apontado como menos impactante para o aquecimento global do que a gasolina.
Uma cidade como São Paulo tem grande frota de veículos movidos a gasolina, diesel e etanol. Um grupo de estudantes propõe substituir parte dos ônibus a diesel por ônibus…
Uma cidade como São Paulo tem grande frota de veículos movidos a gasolina, diesel e etanol. Um grupo de estudantes propõe substituir parte dos ônibus a diesel por ônibus que usam biodiesel ou etanol. Analise essa proposta apresentando duas vantagens e duas limitações ou riscos, considerando emissões de gases como $\text{CO}_2$, $\text{SO}_2$ e material particulado, o uso do solo para plantar a matéria-prima e o ciclo do carbono. Conclua indicando se você apoiaria a proposta e com que condições.
Resumo
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Hidrocarbonetos têm só C e H: alcanos (ligações simples), alcenos (dupla) e alcinos (tripla).
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O petróleo é uma mistura separada por destilação fracionada, que usa as diferentes temperaturas de ebulição; moléculas menores saem no topo (GLP), maiores na base (diesel, asfalto).
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Derivados: GLP, gasolina, querosene de aviação, diesel.
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Combustão completa: $\text{CO}_2$ + $\text{H}_2\text{O}$; incompleta: CO e fuligem, com risco de intoxicação.
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Biocombustíveis (etanol, biodiesel) são renováveis e têm ciclo do carbono quase fechado, mas exigem solo e energia.
De volta ao início: gasolina, etanol, GLP e querosene vêm de fontes diferentes, mas todos liberam $\text{CO}_2$; a diferença está em de onde vem o carbono e em quanto tempo ele volta ao ciclo.