(UFSCar-SP) Não se observa reação química visível com a simples mistura de vapor de gasolina e ar atmosférico, à pressão e temperatura ambientes, porquê:
a) a gasolina não reage com o oxigênio à pressão ambiente.
b) para que a reação seja iniciada, é necessário o fornecimento de energia adicional aos reagentes.
c) a reação só ocorre na presença de catalisadores heterogêneos.
d) o nitrogênio do ar, por estar presente em maior quantidade no ar e ser pouco reativo, inibe a reação.
a) a gasolina não reage com o oxigênio à pressão ambiente.
b) para que a reação seja iniciada, é necessário o fornecimento de energia adicional aos reagentes.
c) a reação só ocorre na presença de catalisadores heterogêneos.
d) o nitrogênio do ar, por estar presente em maior quantidade no ar e ser pouco reativo, inibe a reação.
Passo 1
O enunciado diz que a simples mistura de vapor de gasolina com ar, à pressão e temperatura ambientes, não apresenta reação química visível. Pede-se escolher a razão correta entre as alternativas (a), (b), (c) e (d). Informação relevante dada pelo enunciado: mistura de vapor de gasolina + ar, condições ambientes (pressão e temperatura ambiente), e ausência de reação visível quando só se mistura os gases.
Passo 2
O que é a “reação” que esperamos aqui? Quando falamos de gasolina reagindo com o oxigênio do ar estamos falando de combustão: uma reação química entre hidrocarbonetos (componentes da gasolina) e O
que libera energia e forma, principalmente, CO
e H
O. Escrevendo de forma geral:
Essa reação é fortemente exotérmica (libera calor) — ou seja, depois que começa ela libera energia. Mas atenção: “exotérmica” não quer dizer que ela começa sozinha em qualquer condição.
Passo 3
Conceito crucial: energia de ativação. Para que moléculas reajam, é necessário que elas adquiram uma certa quantidade mínima de energia para que as ligações se rearranjem; essa quantidade chama-se energia de ativação, denotada por
. O efeito prático é que, mesmo que a reação seja energeticamente favorável (exotérmica), ela não ocorre até que um evento forneça essa energia inicial (uma faísca, chama, aquecimento). A dependência da velocidade de reação com a temperatura é dada pela equação de Arrhenius:
onde
é a constante de velocidade,
é um fator pré-exponencial,
é a constante dos gases e
a temperatura absoluta. Se
é baixa (condições ambientes), o exponencial é pequeno e a taxa de reação praticamente nula sem uma fonte de energia adicional.
Passo 4
Outros conceitos úteis para entender por que não vemos reação na simples mistura:
- Limites de inflamabilidade: uma mistura ar/combustível só queima se a concentração do vapor estiver entre os limites inferior e superior de inflamabilidade (LEL e UEL). Fora dessa faixa a mistura é muito pobre ou muito rica para propagar chama.
- Temperatura de autoignição: mesmo estando na faixa LEL–UEL, a mistura precisa atingir a temperatura de autoignição para iniciar combustão sem chama externa; para gasolina essa temperatura está na faixa de centenas de graus Celsius.
- Portanto, para que a combustão se inicie precisamos ou de uma fonte de ignição (faísca, chama) ou aquecer muito a mistura. Só “misturar” à temperatura ambiente normalmente não fornece energia suficiente nem garante concentração ideal.
Passo 5
Agora aplicando isso às alternativas:
- (a) “a gasolina não reage com o oxigênio à pressão ambiente.” — incorreto. A gasolina pode reagir com O
à pressão ambiente; motores de combustão interna fazem exatamente isso: vapor de gasolina mistura-se com ar e, quando ocorre a ignição (faísca), há combustão. Então não é a pressão ambiente que impede intrinsecamente a reação. - (b) “para que a reação seja iniciada, é necessário o fornecimento de energia adicional aos reagentes.” — essa explica que há uma barreira de energia (energia de ativação) que precisa ser superada por uma faísca ou calor; é exatamente o motivo físico/quinético pelo qual a simples mistura não entra em combustão visível. Esta alternativa está correta.
- (c) “a reação só ocorre na presença de catalisadores heterogêneos.” — incorreto. Catalisadores podem afetar certas reações, mas a combustão da gasolina não precisa de catalisador heterogêneo para ocorrer; precisa de ignição/energia. Catalisadores não são a condição típica para iniciar combustão de vapores inflamáveis.
- (d) “o nitrogênio do ar, por estar presente em maior quantidade no ar e ser pouco reativo, inibe a reação.” — incorreto como explicação principal. O nitrogênio dilui o oxigênio (o ar tem aproximadamente
de O e de N ), o que influencia os limites de inflamabilidade e a taxa de propagação, mas não “inibe” quimicamente a combustão de forma que explique a impossibilidade de reação à temperatura ambiente. A razão principal é a falta de energia inicial, não a presença de N .
Passo 6
Resumo didático e incentivo: o ponto-chave é imaginar as moléculas como tendo de “subir um morro” de energia para reagir (energia de ativação). Sem uma faísca ou aquecimento, elas ficam no vale e não reagirão, embora a reação seja liberadora de energia depois de iniciada. Isso explica por que, por exemplo, enchemos um carro com gasolina e não explodimos ao abrir uma lata: é necessário um foco de ignição para começar a combustão. Você está indo bem — pensa na ignição como o empurrão inicial que falta quando só misturamos gases à temperatura ambiente.
Resposta
b)