Combustão

1. Introdução: O Que é a Combustão?

A combustão é uma reação química de oxidação rápida que libera energia na forma de calor e luz.

Ela está presente no nosso dia a dia, seja no motor do carro, no fogão a gás, em velas ou até mesmo na queima de combustíveis em usinas termelétricas.

Para que a combustão ocorra, você precisa ter um combustível e um comburente.

O combustível é o que queima e o comburente é o que permite que o combustível queime.

O comburente mais comum é o gás oxigênio e ele será o comburente de (praticamente) todas as questões que você verá desse assunto.

Não existe "fogo" sem a presença de um combustível e de um comburente. Se um faltar, a chama se apaga.

Isso é o que justifica um mágico conseguir engolir fogo, por exemplo.

Quando o mágico coloca uma tocha dentro da boca e fecha os lábios, ele não deixa mais oxigênio entrar. 

Passa um tempo muito rápido e o oxigênio disponível dentro da boca é rapidamente consumido pela combustão.

💡 Moral da história: como oxigênio acaba rápido e não tem como repor mais, o fogo simplesmente não tem como continuar queimando. 

2. Reagentes e Produtos da Combustão

Você já aprendeu que uma reação precisa de um combustível e um comburente, sendo que o comburente em sua grande maioria será o oxigênio (O₂).

Já o combustível costuma ser um composto orgânico.

Na maioria esmagadora das questões, esse combustível será um hidrocarboneto, ou seja, uma substância formada apenas por carbono e hidrogênio.

Quando o composto não se encaixa na maioria esmagadora, ele será uma função oxigenada, ou seja, uma substância formada por carbono, hidrogênio e oxigênio.

Dificilmente, para não dizer nunca, você fará uma questão em que seu combustível será algo que fuja disso.

E os produtos?

Os produtos dependem se a combustão é completa ou incompleta.

3. Tipos de Combustão

3.1 Combustão Completa

A combustão completa ocorre quando há excesso de oxigênio.

Toda vez que uma combustão for completa, os seus produtos serão gás carbônico e água (CO₂ e H₂O).

Considerando que a maioria das combustões que você verá em questões será com hidrocarbonetos, essa é a reação não balanceada que você mais verá:

CxHy + O₂ → CO₂ + H₂O

A maioria das questões aborda combustões completas, então esses são os produtos mais comuns. Tenha eles tatuados na sua alma!

Inclusive, quando a questão não especificar que tipo de combustão ocorreu, considere sempre que a combustão foi completa!

E aqui vai uma segunda observação! A combustão libera seus produtos em forma gasosa! Portanto, a reação correta é assim:

CxHy + O₂ (g) → CO₂ (g) + H₂O (g)

Porém, contudo, todavia, existem informações que o enunciado pode fornecer que farão com que alguns produtos não sejam formados no estado gasoso.

Uma informação que costuma aparecer bastante é a de que os produtos foram formados e observados na CNTP (condições normais de temperatura e pressão).

Traduzindo, na CNTP, com 1 atm de pressão e 0 °C de temperatura, a água não estará gasosa! Ela estará líquida! 

(Ok, pode ser que ela esteja sólida, em fusão, em solidificação, torna-se mais convenção ser líquida. O que importa de verdade é que ela não é vapor!)

Com todas essas observações em mente, vamos falar da combustão incompleta.

3.2 Combustão Incompleta

A combustão incompleta ocorre quando não há oxigênio disponível para que toda a reação ocorra.

Na combustão incompleta, seus produtos podem ser CO (g) + H₂O (g) ou até mesmo apenas o carbono na forma de fuligem, ou seja, C + H₂O (g).

CxHy + O₂ (g) → CO (g) + H₂O (g)

CxHy + O₂ (g) → C + H₂O (g)

Um aquecedor a gás, por exemplo, em um ambiente fechado, pode realizar uma combustão incompleta, liberando monóxido de carbono e vapor d'água.

Já um escapamento de motor, ao queimar o combustível e liberar uma fumaça preta, pode liberar fuligem e vapor d'água ao invés do gás CO.

Agora, as perguntas que não querem calar são:

• Como saber que a combustão é incompleta?
• Como saber qual das duas combustões incompletas foi a que aconteceu na reação abordada pela questão?

Vamos para o próximo tópico então, tenha forças!

4. Como Diferenciar CO e C na Combustão Incompleta?

Para a combustão ser completa, a questão precisa dizer que ela foi completa ou a questão não nos informa nada. 

Ora, se quando a questão não informa nada, consideramos que ela é completa, para a combustão ser incompleta, a questão precisa deixar isso claro!!!

Você não vai precisar ficar adivinhando quando vai acontecer, isso tudo é muito claro.

Agora se uma questão menciona a liberação de uma fumaça preta ou depósito de carbono, então é porque a reação está formando C (fuligem).

Já se a questão fala sobre a formação de um gás inodoro e tóxico, a formação foi de CO (monóxido de carbono).

A questão, se já não der a reação direta, lhe dará dicas para você saber qual das duas está acontecendo, então fique atento.

5. Balanceamento das Reações de Combustão

As questões de combustão são questões de puro cálculo. 

Quando elas não são de estequiometria pura, elas são de termoquímica para encontrarmos a energia liberada com a queima de certo combustível.

Em qualquer uma das duas situações, você precisa saber balancear corretamente. 

Portanto, a partir de hoje, quando você for balancear uma reação de combustão, siga sempre essa ordem:

Passo a passo:

1️ Coloque 1 no combustível (se precisar ajustar no final, ajuste, mas facilite agora)

2️ Balanceie o carbono (em sua grande maioria CO₂)

3️ Balanceie o hidrogênio (H₂O)

4️ Finalize o balanceamento ajeitando o oxigênio do reagente (nesse caso, o O₂)

Exemplo 1

Não tem segredo. Se a questão fala que você tem a combustão completa do gás butano:

C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ + H₂O

1️1 C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ + H₂O

2️1 C₄H₁₀ + O₂ → 4 CO₂ + H₂O

3️1 C₄H₁₀ + O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

4️1 C₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O 

Ajustando os coeficientes: 2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O

Exemplo 2

Até quando a questão fala que é um simples hidrocarboneto, sem dizer a quantidade de carbonos e de hidrogênios, a estratégia é a mesma:

CxHy + O₂ → CO₂ + H₂O

1️ 1 CxHy + O₂ → CO₂ + H₂O

2️ 1 CxHy + O₂ → X CO₂ + H₂O (tínhamos X carbonos nos reagentes)

3️ 1 CxHy + O₂ → X CO₂ + Y/2 H₂O (tínhamos Y hidrogênios nos reagentes)

4️ 1 CxHy + (X + Y/4) O₂ → X CO₂ + Y/2 H₂O (tínhamos Y/2 + 2X oxigênios nos produtos)

Se quiser ajustar os coeficientes: 4 CxHy + (4X + Y) O₂ → 4X CO₂ + 2Y H₂O

Exemplo 3

Isso também funciona quando a questão lhe disser que temos uma combustão incompleta de um alcano, liberando um gás incolor:

(Você vai aprender mais para frente que um alcano é um hidrocarboneto específico que sempre possui a fórmula CₓH₂ₓ₊₂, portanto...)

Sem balancear: CₓH₂ₓ₊₂ + O₂ → CO + H₂O

Balanceando: 1 CₓH₂ₓ₊₂ + [X + (1/2)] O₂ → X CO + (X + 1) H₂O

Exemplo 4

E até mesmo quando o balanceamento envolve outros elementos químicos, como quando temos oxigênio nos nossos combustíveis:

Combustão completa de um diol: CₓH₂ₓ₊₂O₂ + O₂ → CO + H₂O

Balanceando: 1 CₓH₂ₓ₊₂ + [X + (1/2)] O₂ → X CO + (X + 1) H₂O

6. Resfriamento após uma Combustão

Existem questões que falam que, após a combustão, o sistema sofre um resfriamento e, por conta desse resfriamento, o volume gasoso sofre alteração.

Toda vez que uma questão falar isso, você precisa lembrar que o resfriamento diminui o volume gasoso porque a ÁGUA $H_2O$ deixa de ser gás!

Pare pra pensar:

Após a combustão, você só pode ter 3 gases: $O_2$ em excesso, $CO_2$ ou $H_2O$.

Com esses três gases, se você começa a resfriar o lugar, quem que vira líquido primeiro?

Tu já viu alguma vez na tua vida gás carbônico líquido???

Então é lógico que esse resfriamento é da água.

Então se o volume gasoso pós combustão na questão era de 500 mL e passou a ser de 400 mL após o resfriamento,

você afirma com 100% de certeza que $V_{H2O}$ = 100 mL e segue.

7. E se a questão acrescentar uma base pra reagir?

Aqui é diferente, mas é um padrão que sempre se repete, então não precisa ter medo.

Primeiro, você tem que lembrar da reação mais importante da Química: uma base sempre vai querer reagir com um ácido!

Se após uma combustão completa você só pode ter $O_2$ em excesso, $CO_2$ e $H_2O$, quem dos três será atacado pela base?

O oxigênio e a água são neutros, mas o gás carbônico é ácido (se coloca água nele, ele vira $H_2O + CO_2 = H_2CO_3$).

Portanto, se uma questão fala que o volume gasoso reduziu em 50 mL após a adição de uma base (como o NaOH, por exemplo),

você pode ter 100% de certeza que $V_{CO2} = 50 mL$ e você segue a questão.

8. Energia Envolvida na Combustão

As reações de combustão liberam calor, sendo classificadas como exotérmicas.

Quanto maior a quantidade de energia liberada, maior é o poder calorífico do combustível utilizado, mas a gente se aprofunda nisso em Termoquímica.

9. Impactos Ambientais da Combustão

A combustão tem um impacto direto no meio ambiente, principalmente devido aos gases liberados durante o processo.

O dióxido de carbono (CO₂) é um dos principais responsáveis pelo efeito estufa, contribuindo para o aumento da temperatura global.

Além disso, a queima incompleta gera CO, que é um gás tóxico que reduz a capacidade do sangue de transportar oxigênio ao ser inalado.

Outro problema gerado pela combustão é a liberação de fuligem e partículas sólidas, que poluem o ar e podem causar problemas respiratórios.

Por fim, quando a queima envolve enxofre, ocorre a formação de SO₂ que, quando reage com H₂O na atmosfera, gera a chuva ácida que ataca solos, rios e estruturas.

8. Aplicações da Combustão no Cotidiano

Mas calma lá, a combustão não é totalmente ruim, ela é essencial para diversas atividades do dia a dia e processos industriais.

Ela está presente nos motores a combustão (de carros e motos),

em usinas, que conseguem eletricidade pela queima de combustíveis fósseis, apesar de existirem alternativas bem mais sustentáveis (como os biocombustíveis),

na produção de cimento, de aço, de vidro, dentre diversas outras utilidades em nosso cotidiano.

Conclusão

Combustão só se aprende fazendo questão. É a prática que vai te levar à perfeição.

Não tenha pressa, isso será acumulativo até o fim da sua vida escolar. 

Portanto, veja, reveja, revise, treine, treine mais. Com o tempo, tudo se torna natural.