A QUÍMICA DA COMBUSTÃO
O fogo foi uma das conquistas mais importantes para a Humanidade e ainda hoje causa admiração e espanto. Como a Química explica essa quase mágica?
Por Carlos Vinícius Pinto dos Santos
Figura 1 - Apesar de já ser bem descrito cientificamente, o fogo continua provocando fascínio até hoje
O fogo é uma reação de oxidação em cadeia iniciada por uma fonte de calor e sustentada por combustível e comburente. Genericamente, o combustível reage com o comburente para gerar água e óxidos. O combustível é o material sólido, líquido e/ou gasoso que alimenta a chama, sendo muitas vezes possível observar seu consumo. O comburente é a substância, geralmente gasosa (o mais comum é o oxigênio do ar), capaz de manter a chama acesa.
Para que haja fogo, além de combustível e comburente, é necessária a ignição (ou fonte de calor). Em condições normais, se gás de cozinha escapar para a atmosfera não haverá fogo, a menos que haja a proporção mínima de combustível/comburente e uma faísca que inicie a reação.
Tanto o calor quanto a luz do fogo, tem origem nos intermediários químicos ali presentes. A partir da ignição, que fornece a energia necessária para iniciar a reação, os intermediários químicos alcançam elevadas energias. À medida que a reação evolui, essa energia extra é liberada como emissões de calor e luz, que além de serem irradiadas no ambiente, permitem iniciar a combustão de mais combustível. Assim, enquanto houver combustível e comburente, a reação é autossustentada.
O fogo é uma reação em fase gasosa, por isso o combustível deve ser um gás ou vapor para entrar em combustão. Se o combustível for líquido ele deve vaporizar, como ocorre com a gasolina e o etanol. Se for sólido deve fundir e vaporizar (como a cera da vela); sublimar, ou seja, passar direto de sólido a gás (como no carvão e borracha); ou se decompor em moléculas menores que então possam vaporizar (como madeira, carvão e plásticos). Dessa forma, diferentes materiais podem exigir diferentes temperaturas para entrar em combustão. Por isso, gases são mais inflamáveis que líquidos, que são mais inflamáveis que sólidos.
O comburente mais comum é o oxigênio do ar, por estar disponível prontamente, mas pode ser qualquer substância oxidante. Na pólvora, o comburente é o nitrato de potássio (KNO3), que é um sólido. Outro comburente sólido é o perclorato de amônio (NH4ClO4), usado no propelente sólido em foguetes, como no VSB-30. Ácido nítrico (HNO3), que é líquido, sob aquecimento ou misturado a ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado, pode se comportar como comburente em contato com certas substâncias.
Porém, é possível manter o fogo com carência parcial de comburente. Dessa forma se dá o que se chama combustão incompleta, em que a pouca quantidade de comburente induz a produtos parcialmente oxidados, sendo observada pela chama amarela e eventual formação de fuligem. A chama azul representa a combustão completa, onde o combustível foi totalmente convertido em seus produtos e o desprendimento de calor e luz é maior.
Figura 2 - Zonas de combustão encontradas no fogo
O fogo pode possuir diversas temperaturas dependendo do combustível, do comburente e da zona da chama aferida. Numa vela acesa, é possível perceber chama azulada na base e amarelada no topo. Isso ocorre porque, na base, a oferta de oxigênio é maior, fazendo com que a combustão seja completa e gere maiores temperaturas. Nesse ponto há plasma1, o que leva a temperatura a até 1500ºC. Ao longo da chama, os produtos gasosos que estão subindo impedem a entrada de mais oxigênio. Isso faz com que a combustão passe a ser incompleta, evidenciada pela coloração amarela. Nesse ponto não há plasma e a temperatura chega ao redor dos 1000ºC2.
Apesar de muitos avanços científicos terem sido feitos para desmistificar o fogo, ainda há muito o que descobrir sobre esse fenômeno tão comum e tão complexo.
Referências