Em um churrasco, o carvão vegetal é utilizado como combustível. A combustão do carbono (C) libera energia na forma de calor:
\mathrm{C}_{(\mathrm{s})}+\mathrm{O}_{2(\mathrm{~g})} \rightarrow \mathrm{CO}_{2(\mathrm{~g})} \quad \Delta \mathrm{H}=-394 \mathrm{~kJ}
Explique como essa liberação de energia ocorre e relacione com a sensação de calor percebida ao se aproximar da churrasqueira.

Passo 1

O enunciado nos dá a reação de combustão do carbono sólido, com entalpia de reação negativa:
\mathrm{C}_{(s)} + \mathrm{O}_{2(g)} \longrightarrow \mathrm{CO}_{2(g)},\quad \Delta H = -394\,\mathrm{kJ}
O conteúdo envolvido é termodinâmica química, em particular entalpia de reação e energia de ligação, e também mecanismos de transferência de calor para o ambiente.

Passo 2

A liberação de energia ocorre porque, no processo, algumas ligações químicas são quebradas e outras são formadas:
  1. É preciso fornecer energia para quebrar a ligação \mathrm{O}\!-\!\mathrm{O} da molécula de \mathrm{O}_{2} e também arrancar átomos de carbono do carvão.
  2. Ao formar a molécula de \mathrm{CO}_{2}, criam-se duas ligações \mathrm{C}=\mathrm{O}, que são ligações mais fortes (e portanto de menor energia) do que aquelas quebradas.
    Como a energia liberada na formação das ligações \mathrm{C}=\mathrm{O} é maior do que a energia consumida na quebra da ligação \mathrm{O}\!-\!\mathrm{O}, o balanço global resulta em energia liberada ao meio, caracterizando \Delta H<0.

Passo 3

A energia liberada pela reação exoterma aquece imediatamente os gases e as brasas, elevando sua temperatura. Esse calor chega até nós por dois mecanismos principais:
— Radiação: as brasas emitem radiação infravermelha, que atinge a nossa pele diretamente.
— Convecção: o ar aquecido junto às brasas sobe e se espalha, transportando energia térmica até o nosso corpo.

Passo 4

Quando nos aproximamos da churrasqueira, nossos sensores de calor na pele captam esse infravermelho e o fluxo de ar quente. Essa estimulação faz com que percebamos uma sensação de calor mais intensa quanto mais próximo estivermos, pois tanto a intensidade da radiação quanto a temperatura do ar convectivo aumentam.

Resposta

A combustão do carbono é exotérmica porque forma ligações \mathrm{C}=\mathrm{O} mais fortes do que as quebradas, liberando 394\,\mathrm{kJ} por mol de \mathrm{C}. Essa energia aquece as brasas e o ar, que transmitem calor por radiação infravermelha e convecção, gerando a sensação de calor ao chegar perto da churrasqueira.

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