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9.º ano · Ciências Físico-Químicas
Ligação química · Hidrocarbonetos

A combustão do metano

Numa cozinha de Coimbra, a Matilde liga o fogão a gás natural e aparece uma chama azul. Se a chama ficar amarela e as panelas ficarem negras, alguma coisa está mal. O que muda de uma chama para a outra? Vamos descobri-lo ao estudar a combustão do metano.

O que é uma combustão

Já viste no 8.º ano que uma combustão é uma reação química rápida, com libertação de energia sob a forma de calor e luz. Para que ocorra, são precisas duas substâncias:

O gás natural que chega às casas é sobretudo metano, $\text{CH}_4$, um hidrocarboneto: só tem átomos de carbono e de hidrogénio. O butano das botijas também é um hidrocarboneto.

Quando o metano arde, os reagentes são o metano e o oxigénio. Os produtos da combustão completa são o dióxido de carbono, $\text{CO}_2$, e a água, $\text{H}_2\text{O}$ (na forma de vapor, por causa do calor).

Pratica★★☆Por começar
Numa cozinha com fogão a gás natural, o metano, $\text{CH}4$, reage com o oxigénio do ar, $\text{O}2$, numa reação de combustão completa em que se formam dióxido de…

Numa cozinha com fogão a gás natural, o metano, $\text{CH}_4$, reage com o oxigénio do ar, $\text{O}_2$, numa reação de combustão completa em que se formam dióxido de carbono, $\text{CO}_2$, e vapor de água, $\text{H}_2\text{O}$, com libertação de muita energia.

  1. a) Identifica o combustível e o comburente nesta reação.
  2. b) Escreve a equação química que traduz a combustão completa do metano e acerta-a.
  3. c) Num dos pratos do fogão, a chama está amarela e o fundo das panelas fica negro de fuligem. Explica o que está a acontecer, relacionando-o com a quantidade de oxigénio disponível.
  4. d) Explica por que razão as cozinhas com fogão a gás devem estar bem ventiladas, referindo dois gases perigosos que nelas se podem acumular.
Resolver

A equação da combustão completa

Em palavras:

$$\text{metano} + \text{oxigénio} \longrightarrow \text{dióxido de carbono} + \text{água}$$

Em fórmulas químicas, ainda sem acertar:

$$\text{CH}_4 + \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$

Numa reação química, os átomos não desaparecem nem aparecem: apenas se reorganizam. Por isso, o número de átomos de cada elemento tem de ser igual nos reagentes e nos produtos. É isto que se chama acertar a equação, e faz-se alterando os coeficientes (os números à frente das fórmulas), nunca os índices.

Elemento Reagentes Produtos
C 1 1
H 4 $2 \times 2 = 4$
O $2 \times 2 = 4$ $2 + 2 = 4$

Lê-se assim: uma molécula de metano reage com duas moléculas de oxigénio e formam-se uma molécula de dióxido de carbono e duas de água.

Pratica★★☆Por começar
Numa cozinha com fogão a gás natural, o metano, $\text{CH}4$, reage com o oxigénio do ar, $\text{O}2$, numa reação de combustão completa em que se formam dióxido de…

Numa cozinha com fogão a gás natural, o metano, $\text{CH}_4$, reage com o oxigénio do ar, $\text{O}_2$, numa reação de combustão completa em que se formam dióxido de carbono, $\text{CO}_2$, e vapor de água, $\text{H}_2\text{O}$, com libertação de muita energia.

  1. a) Identifica o combustível e o comburente nesta reação.
  2. b) Escreve a equação química que traduz a combustão completa do metano e acerta-a.
  3. c) Num dos pratos do fogão, a chama está amarela e o fundo das panelas fica negro de fuligem. Explica o que está a acontecer, relacionando-o com a quantidade de oxigénio disponível.
  4. d) Explica por que razão as cozinhas com fogão a gás devem estar bem ventiladas, referindo dois gases perigosos que nelas se podem acumular.
Resolver

Combustão completa e incompleta

A chama de um fogão bem regulado é azul. Isso indica que o metano está a arder com oxigénio suficiente: a combustão é completa e os produtos são $\text{CO}_2$ e $\text{H}_2\text{O}$.

Se entrar pouco ar, a combustão é incompleta. O carbono do metano já não consegue formar só $\text{CO}_2$ e podem formar-se:

  • fuligem (carbono, $\text{C}$), que escurece o fundo das panelas e dá à chama a cor amarela;

  • monóxido de carbono, $\text{CO}$, um gás tóxico, incolor e sem cheiro.

Combustão completa Combustão incompleta
Oxigénio suficiente insuficiente
Chama azul amarela
Produtos $\text{CO}_2$ e $\text{H}_2\text{O}$ $\text{CO}$, $\text{C}$ (fuligem), $\text{H}_2\text{O}$...
Energia libertada máxima menor
Pratica★★☆Por começar
Numa cozinha com fogão a gás natural, o metano, $\text{CH}4$, reage com o oxigénio do ar, $\text{O}2$, numa reação de combustão completa em que se formam dióxido de…

Numa cozinha com fogão a gás natural, o metano, $\text{CH}_4$, reage com o oxigénio do ar, $\text{O}_2$, numa reação de combustão completa em que se formam dióxido de carbono, $\text{CO}_2$, e vapor de água, $\text{H}_2\text{O}$, com libertação de muita energia.

  1. a) Identifica o combustível e o comburente nesta reação.
  2. b) Escreve a equação química que traduz a combustão completa do metano e acerta-a.
  3. c) Num dos pratos do fogão, a chama está amarela e o fundo das panelas fica negro de fuligem. Explica o que está a acontecer, relacionando-o com a quantidade de oxigénio disponível.
  4. d) Explica por que razão as cozinhas com fogão a gás devem estar bem ventiladas, referindo dois gases perigosos que nelas se podem acumular.
Resolver

Combustão, energia e ambiente

Na combustão, a energia armazenada nas ligações do combustível é libertada, sobretudo como calor. É por isso que o gás natural serve para cozinhar, aquecer a água ou aquecer a casa.

Mas há um custo ambiental. O dióxido de carbono formado é um dos gases responsáveis pelo efeito de estufa, que contribui para o aquecimento global. Por cada molécula de metano queimada, forma-se uma molécula de $\text{CO}_2$. Para o reduzir, podemos poupar energia e usar mais fontes renováveis, como a hídrica, a eólica e a solar.

De volta ao início: a chama azul da Matilde significa combustão completa, com oxigénio suficiente; a amarela, com fuligem, indica combustão incompleta, e a solução passa por melhorar a entrada de ar.

Em resumo

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