Conhecimento

A maior parte do que sabemos,

é a menor do que ignoramos

Padre António Vieira
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Os Frutos Dourados do Sol

O livro com o título acima, da autoria de Ray Bradbury, nº 55 da extinta Colecção Argonauta, vem naturalmente à memória no dia de hoje, em que a sonda Parker, enviada pela NASA, saiu da Terra para uma viagem de 7 anos em que tentará descobrir parte do que ainda não sabemos sobre a estrela em torno da qual giramos.

E pensar que o meu nome VIP_Pass vai nessa viagem!

O Triângulo do Fogo (2)

Antes de passar aos exemplos de utilização do triângulo do fogo, algumas palavras sobre a energia de activação.

Se apenas houvesse necessidade do combustível e do comburente para se dar a combustão, tudo o que pode arder já teria ardido. Desde as florestas ao recheio das nossas casas, vemos materiais combustíveis rodeados de ar (que contém oxigénio).

Numa perspectiva microscópica, que é o nível onde as coisas acontecem, as reacções químicas ocorrem na sequência de choques entre moléculas. Se tivermos uma mistura de combustível e ar dentro de um reservatório, podemos visualizar as moléculas como partículas em movimento incessante, chocando entre si e com as paredes do reservatório. As moléculas possuem energia sob diversas formas: translacção, rotação, vibração e electrónica. Podemos considerar que a temperatura do gás é uma medida da energia cinética (média) de translacção das moléculas.

Para que no choque entre duas (ou mais) moléculas tenha origem uma reacção química é necessário, entre outros factores, que a energia cinética das moléculas reagentes esteja acima de um certo limiar.

A energia de activação é a energia que se fornece a um conjunto inicial de moléculas, suficiente para iniciar uma reacção em cadeia, na qual as moléculas dos produtos da primeira geração são suficientemente energéticas para provocar a reacção de uma segunda geração e assim sucessivamente. Esta energia de activação é em geral concretizada através de um aumento localizado da temperatura (faísca eléctrica, chama piloto, etc.)

EnergiaActivacao
Ilustração do conceito de energia de activação

A energia de activação corresponde desta forma a uma espécie de barreira de potencial (A) que os reagentes têm que ultrapassar para atingirem um nivel de energia mais elevado (estado activado X); este estado activado é instável e dá-se a reacção química, com a libertação de energia (B) característica da combustão.

Esta energia de activação é, no inicio, fornecida ao sistema a partir do exterior: o fósforo com que acendemos a lareira, a faísca que fazemos saltar no isqueiro. Quando o material começa a arder é uma parte da energia libertada na combustão que vai servir de energia de activação, para o combustível ainda não queimado. Note-se que o valor da energia de activação (A) é muito menor do que a energia libertada na combustão (B). Picture4

Regressando ao triãngulo do fogo, para que haja combustão é necessária a presença simultânea dos 3 lados do triângulo. A figura ao lado representa essa situação.

Vamos supor que retiramos o lado do combustível. Isto acontece quando rodamos o botão de um fogão a gás que está aceso, cortando o acesso do gás ao queimador, ou se numa fogueira acesa dispersarmos os pedaços de madeira incandescente e em chamas. Retirar o lado “combustível” ao triângulo [1] provoca a extinção do fogo [2].

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[2]
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[1]
Podemos também visualizar a retirada do comburente (na grande maioria dos casos oxigénio do ar). É o que acontece quando colocamos uma tampa numa frigideira cujo conteúdo pegou fogo, ou quando lançamos areia ou terra sobre uma fogueira acesa. É o que designamos por asfixia ou abafamento.

A terceira hipótese, retirar a energia de activação, verifica-se quando utilizamos a água como agente extintor: a água tem um calor latente de vaporização muito elevado (necessita muita energia para passar de líquido a vapor) e esta energia é “roubada” ao fogo, retirando-lhe assim a energia de activação necessária para dar continuidade à combustão.

O triângulo do fogo é também útil para visualizar as diversas formas de ignição, ou de inicío da combustão.

Consideremos um automóvel no qual o tubo que traz a gasolina do depósito para o motor desenvolve uma fissura, dando origem a um derrame de combustível sobre o motor. Temos 2 lados do triângulo: a energia, materializada no bloco do motor quente, e o ar à volta do motor [1]. Juntamos o terceiro – o combustível – e tem início um incêndio [2].

Picture2
[1]
Picture3
[2]
 

 

 

 

A forma mais corrente de iniciar a combustão é quando juntamos a energia de activação a dois lados já existentes – combustível e comburente. O fósforo que usamos para acender a lareira, a faísca eléctrica que salta dentro do cilindro do motor e inflama a mistura são exemplos desta forma de ignição.

No contexto de incêndios urbanos, acontece por vezes a acumulação de voláteis combustíveis nas zonas altas do edifício, como sótãos. Temos portanto combustível, e energia de activação, porque esses gases estão a elevada temperatura. A entrada súbita de ar – uma porta que se abre, ou uma janela cujos vidros se partem – provoca o início súbito da combustão, que num espaço confinado assume muitas vezes as características de uma explosão, concretizada no aumento significativo da pressão.

O bosão de Higgs

Numa pausa antes da segunda parte do Triângulo do Fogo, um pequeno conto sobre o bosão de Higgs:

 

A PARTÍCULA DE DEUS

Meu querido neto

Sabes que nunca apreciei o facto de não teres estudado Direito como o teu avô e o teu pai e teres antes escolhido Física, actividade que sempre vi como um pouco estranha e sem utilidade.

Fiquei contente quando arranjaste esse trabalho no CERN, embora continuasse sem perceber a necessidade de construir máquinas tão caras para partir átomos.

Mas o que hoje li no jornal fez-me reconsiderar a minha atitude. Vem na primeira página, em letras garrafais: “No acelerador gigante, cientistas procuram a partícula de Deus”.

Como São Paulo, subitamente vi a luz!

Junto envio uma caixinha em madeira, com o interior forrado de veludo vermelho. Queria pedir-te para meteres lá dentro uma partícula de Deus e me enviares a caixinha de volta. Quero juntá-la às outras relíquias na capela da casa: o fragmento do Santo Lenho, o pedacinho da tíbia de São Francisco, a madeixa do cabelo de Maria Madalena, e o farrapo do hábito da mártir Santa Úrsula, trazidas pelo teu avô das suas andanças pelo mundo. Embora livre-pensador era um bom homem!

Faz esse favor à tua avó, que nunca se esquece de ti nas suas orações.

Um grande beijo.

O Triângulo do Fogo

O triângulo do fogo indica os três factores que devem estar presentes para que a combustão possa ocorrer. A reacção de combustão é uma reacção química, na qual um tipo particular de substância – a que chamamos combustível – se combina com um oxidante, que na maioria dos casos é o oxigénio do ar, resultando dessa combinação os produtos da combustão. E a principal característica da combustão é ser uma reacção exotérmica, isto é, libertar calor.

TriFogo
Triângulo do Fogo

Abrir parêntesis:

O que torna os combustíveis substâncias tão especiais? Podemos considerar que as moléculas de combustível contêm energia – denominada energia química – que, em condições apropriadas, é libertada.

E como adquirem as moléculas de combustível essa energia? Podemos exemplificar com o primeiro combustível usado pela humanidade, a madeira.

O principal constituinte da madeira é a celulose, que é um polímero [Polímero: cadeia de moléculas idênticas] formado por moléculas de glucose.

glucose
Molécula de glucose

A glucose é produzida na reacção de fotosíntese: a planta absorve CO2 (dióxido de carbono) da atmosfera, água (H2O) do solo, e energia solar; os produtos da reacção são glucose e oxigénio.

6CO2 + 6H2O + Energia C6H12O6 + 6O2

É desta forma que a planta cresce (aumenta a biomassa) e podemos dizer que a energia solar fica armazenada na biomassa criada.

fotosintese
A reacção de fotosíntese

A combustão é a reacção inversa da fotosíntese.

C6H12O6 6O2 6CO2 + 6H2O + Energia  Picture1

A glucose combina-se com oxigénio e os produtos da combustão são dióxido de carbono e vapor de água. E a reacção liberta energia, como já falámos.

A quantidade de energia absorvida do sol é igual à quantidade de energia libertada na combustão.

A diferença é que a absorção dá-se ao longo de anos enquanto a libertação na combustão ocorre em minutos!

Pensando noutros combustíveis, a formação do carvão (mineral) é o resultado da transformação, ao longo de milhões de anos, de plantas mortas que foram soterradas por camadas sedimentares.

Quanto ao petróleo e gás natural, eles derivam de uma lenta evolução de matéria orgânica que se foi acumulando e sobre a qual sucessivos sedimentos se foram depositando.

Fechar parêntesis

(continua…)