Qual é a diferença entre a combustão completa e incompleta de alcanos em relação aos produtos formados? (2,5)

Passo 1

O enunciado pede para explicar a diferença, em relação aos produtos formados, entre combustão completa e combustão incompleta de alcanos. As informações relevantes que temos:
  • Um alcano genérico tem fórmula \mathrm{C_nH_{2n+2}} (onde n é um inteiro positivo).
  • A diferença prática entre os dois tipos de combustão costuma ser a quantidade de oxigênio disponível (isso não é pedido explicitamente, mas é a causa que leva aos produtos diferentes).
    Não vou resolver ainda — só listei o que o problema pede e os dados que vamos usar.

Passo 2

Vamos entender o que ocorre na combustão completa e montar a equação geral. Ideia simples: na combustão completa todo o carbono do alcano vira dióxido de carbono e todo o hidrogênio vira água.
  • Cada átomo de carbono gera uma molécula de \mathrm{CO_2}.
  • O número de átomos de hidrogênio no alcano é 2n+2; cada molécula de \mathrm{H_2O} tem 2 hidrogênios, logo o número de moléculas de água formadas é n+1.
    Agora balanceamos oxigênio: no produto há n moléculas de \mathrm{CO_2} (cada uma com 2 átomos de O = 2n átomos de O) e n+1 moléculas de \mathrm{H_2O} (cada uma com 1 átomo de O = n+1 átomos de O). Total de átomos de oxigênio necessários: 2n+(n+1)=3n+1. Como cada \mathrm{O_2} tem 2 átomos de oxigênio, o número de moléculas de \mathrm{O_2} é \dfrac{3n+1}{2}.
    Portanto a equação geral da combustão completa é:
\mathrm{C_nH_{2n+2}} + \frac{3n+1}{2}\,\mathrm{O_2} \longrightarrow n\,\mathrm{CO_2} + (n+1)\,\mathrm{H_2O}.
Expliquei passo a passo como contei átomos de C, H e O para balancear.

Passo 3

Exemplo concreto (útil para a prova): para n=1 (metano \mathrm{CH_4}):
\mathrm{CH_4} + 2\,\mathrm{O_2} \longrightarrow \mathrm{CO_2} + 2\,\mathrm{H_2O}.
Verificação rápida: carbono (1 → 1), hidrogênio (4 → 2·2), oxigênio (4 átomos em \mathrm{O_2} → 2 na \mathrm{CO_2} + 2 em 2\mathrm{H_2O}). Tudo balanceado.

Passo 4

Agora a combustão incompleta. Quando o oxigênio é insuficiente (ou a chama é fria, mistura mal feita), nem todo o carbono é oxidado até \mathrm{CO_2}. Os produtos típicos são:
  • Monóxido de carbono \mathrm{CO} (gás tóxico),
  • Carbono elementar (fuligem/soot, \mathrm{C(s)}),
  • Água \mathrm{H_2O},
  • Às vezes uma mistura com \mathrm{CO_2} residual e hidrocarbonetos não queimados.
    Podemos escrever fórmulas gerais para dois casos simples de combustão incompleta (assumindo que todo o carbono forme apenas \mathrm{CO} ou apenas \mathrm{C}, respectivamente), balanceando átomos como antes.
Se todo o carbono virar \mathrm{CO} (nenhum \mathrm{CO_2} nem \mathrm{C}):
  • Produtos: n\,\mathrm{CO} e (n+1)\,\mathrm{H_2O}.
  • Átomos de oxigênio necessários: n (para os \mathrm{CO}) + n+1 (para as águas) = 2n+1.
  • Moléculas de \mathrm{O_2} = \dfrac{2n+1}{2}.
    Equação:
\mathrm{C_nH_{2n+2}} + \frac{2n+1}{2}\,\mathrm{O_2} \longrightarrow n\,\mathrm{CO} + (n+1)\,\mathrm{H_2O}.
Se o carbono formar fuligem ( \mathrm{C(s)}):
  • Produtos: n\,\mathrm{C} e (n+1)\,\mathrm{H_2O}.
  • Átomos de oxigênio necessários: n+1.
  • Moléculas de \mathrm{O_2} = \dfrac{n+1}{2}.
    Equação:
\mathrm{C_nH_{2n+2}} + \frac{n+1}{2}\,\mathrm{O_2} \longrightarrow n\,\mathrm{C} + (n+1)\,\mathrm{H_2O}.

Passo 5

Exemplos com metano ( n=1) para ilustrar (útil na hora da prova):
  • Combustão incompleta formando \mathrm{CO}:
\mathrm{CH_4} + \tfrac{3}{2}\,\mathrm{O_2} \longrightarrow \mathrm{CO} + 2\,\mathrm{H_2O}
(ou multiplicando por 2: 2\mathrm{CH_4}+3\mathrm{O_2}\to2\mathrm{CO}+4\mathrm{H_2O}).
  • Combustão formando carbono (fuligem):
\mathrm{CH_4} + \mathrm{O_2} \longrightarrow \mathrm{C} + 2\,\mathrm{H_2O}.
Esses exemplos mostram como a falta de oxigênio altera os produtos principais.

Passo 6

Resumo conceitual e consequências (foco nos produtos, como o enunciado pediu):
  • Combustão completa: produto(s) principais são \mathrm{CO_2} e \mathrm{H_2O}.
  • Combustão incompleta: produtos principais podem incluir \mathrm{CO} (monóxido de carbono), \mathrm{C} (fuligem), \mathrm{H_2O}, e frequentemente uma mistura com \mathrm{CO_2} e hidrocarbonetos não queimados.
    Observação rápida (útil na prova): além da diferença de produtos, a combustão incompleta libera menos energia útil e gera poluentes (CO e fuligem), sendo perigosa e indesejável.

Resposta

Combustão completa: produtos \mathrm{CO_2} e \mathrm{H_2O}; equação geral:
\mathrm{C_nH_{2n+2}} + \frac{3n+1}{2}\,\mathrm{O_2} \longrightarrow n\,\mathrm{CO_2} + (n+1)\,\mathrm{H_2O}.
Combustão incompleta: produtos típicos \mathrm{CO}, \mathrm{C(s)} (fuligem) e \mathrm{H_2O} (às vezes misturados com \mathrm{CO_2} e hidrocarbonetos não queimados); equações gerais (casos extremos):
\mathrm{C_nH_{2n+2}} + \frac{2n+1}{2}\,\mathrm{O_2} \longrightarrow n\,\mathrm{CO} + (n+1)\,\mathrm{H_2O},
\mathrm{C_nH_{2n+2}} + \frac{n+1}{2}\,\mathrm{O_2} \longrightarrow n\,\mathrm{C} + (n+1)\,\mathrm{H_2O}.

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