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8/7/2019 A_Quimica_e_Energia

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Coleo Qumica no Cotidiano

Volume 2

Qumica e Energia: Transformando

Molculas em Desenvolvimento

Claudio J. A. Mota

Nilton Rosenbach Jr.Bianca Peres Pinto

So Paulo | Sociedade Brasileira de Qumica | 2010


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Sociedade Brasileira de Qumica

Projeto Comemorativo da Sociedade Brasileira de QumicaAno Internacional da Qumica-2011 (AIQ-2011)

Coordenadores do projetoClaudia Moraes de Rezende e Rodrigo Octavio Mendona Alves de Souza

Editora-chefeClaudia Moraes de Rezende

Revisores

Mara E.F.Braibante, Claudia M. Rezende, Rodrigo O. M. A. Souza e Maria Joana ZuccoArte grfica e editoraoCabea de Papel Projetos e Design LTDA (www.cabecadepapel.com)

IlustraesHenrique Persechini ([email protected])

Ficha Catalogrfica

Wanda Coelho e Silva (CRB/7 46) e Sandra Beatriz Goulart da Silveira (CRB/7 4168)Universidade do Estado do Rio de Janeiro

M917q Mota, Cludio J. A.Qumica e energia: transformando molculas em desenvolvimento. / Cludio J. A.

Mota, Nilton Rosenbach Jr., Bianca Peres Pinto. So Paulo: Sociedade Brasileira deQumica, 2010.

104p.il. - (Coleo Qumica no cotidiano, v. 2)

ISBN 978-85-64099-02-91. Qumica. 2. Combustveis. 3. Energia. I. Rosenbach Jr., Nilton. II. Pinto, Bianca Peres.

III. Ttulo. IV. Srie.

CDD: 541.361660.2961

CDU: 662541.126

Todos os direitos reservados proibida a reproduo total ou parcial, de qualquer forma ou por outro meio.A violao dos direitos de autor (Lei n 5.988/73) crime estabelecido pelo artigo 184 do Cdigo Penal.


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Agradecimentos

Os autores agradecem a Sociedade Brasileira

de Qumica (SBQ) pela oportunidade de escrever

este texto. Agradecimentos tambm so devidos aoCNPq, FAPERJ, FINEP, ao Programa de

Recursos Humanos da ANP e ao INCT de Energia e

Ambiente pelo auxlio financeiro para conduo de

pesquisas relacionadas com a rea-tema deste livro.


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Apresentao

A palavra energia tem origem no idioma grego (ergos) e

significa "trabalho". Ou seja, a energia est relacionada realizao de aes

no sentido o mais amplo possvel: de mover objetos quebra ou formao de

ligaes qumicas.

A Qumica o ramo da cincia dedicado OBSERVAO,

TRANSFORMAO e CONSTRUO. O trabalho do Qumico inclui a

observao e/ou determinao de estrutura ou composio de espcies

qumicas presentes nos seres vivos, no ambiente ou nos materiais, bem

como a transformao e a construo de novas molculas. A Qumica

envolve entender como a estrutura das substncias est relacionada com assuas propriedades; como as reaes qumicas ocorrem; que tomos se

movem, quando e para onde; como a energia utilizada para promover

transformaes; e como substncias catalisam reaes. Em resumo, todas as

atividades qumicas envolvem energia!

No sentido amplo, dentre os grandes desafios atuais e futuros da

humanidade, a energia e o ambiente ocupam posies de destaque. As

questes energtica e ambiental so os maiores desafios da humanidade

nesta primeira metade do sculo XXI. O crescimento atual da demanda

energtica significativo e no poder ser suprido apenas pelas atuais fontes,

em especial os combustveis fsseis (leo, carvo e gs natural) que


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representam mais de 75% da matriz energtica mundial. A queima de

petrleo, carvo e gs natural tem contribudo fortemente para o crescimento

das concentraes de dixido de carbono na atmosfera, refletindo de forma

danosa no clima global do planeta. Ou seja, muitos dos problemas ambientais

dependem diretamente da forma como a energia produzida e usada.

Nos prximos 50 anos, as necessidades de demanda de energia

atingiro cerca de 30 a 60 TW e a sustentabilidade ambiental requer que as

fontes sejam limpas e de baixo custo. No caso das economias emergentes,como Brasil, ndia e China, a demanda de energia est aumentando to

rapidamente que pode dobrar nos primeiros vinte anos deste sculo. Isto

coloca a questo energtica e ambiental como uma questo global, cujos

principais desafios incluem produzir, estocar e transportar combustveis

derivados de biomassa (e.g. etanol, biodiesel, biogs), hidrognio e metanol,de forma sustentvel, bem como captar, estocar e transportar energia solar.

Nesse sentido, o livro QUMICA E ENERGIA: TRANSFORMANDO

MOLCULAS EM DESENVOLVIMENTO, dos colegas Claudio J. A. Mota,

Nilton Rosenbach Jr. e Bianca Peres Pinto, proporciona aos leitores uma

viagem rica conceitualmente e cientificamente e agradvel, revelando

como as questes qumica e energtica esto totalmente entrelaadas.

Jailson B. de Andrade

Professor TitularUFBA


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Sobre os autores

Claudio J. A Mota

Natural do Rio de Janeiro. Formou-se em Engenharia Qumica pela UFRJ e possui Mestrado e

Doutorado em Qumica Orgnica tambm pela UFRJ. Trabalhou no Centro de Pesquisas da

Petrobras (CENPES) na rea de refino de petrleo. Em 1997 transferiu-se para o Instituto de

Qumica da UFRJ, onde atualmente Professor Associado. Esteve, tambm, como Professor

Convidado na Universidade Louis Pasteur, em Estrasburgo, Frana. Atualmente um dos

coordenadores da rea de co-produtos da Rede Brasileira de Tecnologia de Biodiesel do

Ministrio da Cincia e Tecnologia. pesquisador nvel 1 do CNPq e Cientista do Nosso

Estado junto a FAPERJ, alm de ser integrante do Instituto Nacional de Cincia e Tecnologia(INCT) em Energia e Ambiente. No ano 2000, ganhou o Prmio TWAS, outorgado pela

Academia Mexicana de Cincias ao melhor trabalho de colaborao cientfica entre o Mxico

e pases da Amrica Latina. Em 2007 foi o vencedor do Prmio de Tecnologia da Associao

Brasileira da Industria Qumica (ABIQUIM). O Prof. Claudio j orientou mais de 30 alunos de

graduao e ps-graduao, publicou cerca de 75 artigos em peridicos cientficos e co-

autor de 11 patentes. Seus interesses de pesquisa esto relacionados energia e meio

ambiente, sobretudo no desenvolvimento de processos de refino de petrleo, transformao

do gs natural, biocombustveis e converso qumica do CO2.

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Instituto de Qumica,

Av. Athos da Silveira Ramos 149, CT Bloco A,

21941-909, Rio de Janeiro, Brasil [email protected]


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Nilton Rosenbach Jr

Engenheiro Qumico formado pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ).

Mestre e Doutor em Qumica Orgnica pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

No perodo 2007-2008 realizou um estgio de ps-doutoramento em Fsico-Qumica de

materiais no Institut Charles Gerhardt da Universidade de Montpellier 2, Frana. Atualmente professor Adjunto do Centro Universitrio Estadual da Zona Oeste (UEZO), onde ensina

Qumica Orgnica, Fsico-Qumica e Petroqumica. Suas atividades de pesquisa incluem

temas relacionados Modelagem Molecular aplicada ao estudo de materiais porosos, tendo-

se em vista as mais diversas aplicaes.

Bianca Peres PintoDoutoranda em Qumica da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). formada em

Licenciatura em Qumica pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) e Mestre em

Qumica pelo IQ-UFRJ. Foi Professora Substituta do Departamento de Qumica Analtica da

Universidade Federal do Rio de Janeiro e possui experincia em ensino de Qumica. Seu

trabalho de tese envolve reaes de transformao qumica da glicerina oriunda da produo

do biodiesel.


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Prefcio

A Qumica considerada uma cincia central, localizada entre a Fsica que estuda o Universo como um todo, desde partculas subatmicas at

estrelas e a Biologia que se preocupa com os seres vivos. A Qumica no

estuda diretamente nem o cosmo nem o mundo biolgico, mas seus

conceitos, sobretudo as leis que governam a transformao da matria, so

importantes para o entendimento de como se formou e funciona o Universo e

a prpria vida. A Qumica possui muitas faces, e contribui enormemente para

o progresso e o bem-estar da populao. Nesta publicao, iremos mostrar

como a Qumica est ligada energia que utilizamos para ouvir uma msica

em um aparelho de MP3, para nos deslocarmos num veculo movido agasolina ou a lcool e para obtermos eletricidade que faz funcionar diversos

aparelhos da nossa residncia.

A energia tem um papel preponderante para o homem. Sem ela, no

existiramos e nem tampouco construiramos nossas sociedades. O homem

foi capaz de mudar o ambiente para criar cidades, estradas e interligar pases,graas ao controle e uso da energia, sobretudo dos combustveis. At a Idade

Mdia, a lenha foi o principal combustvel utilizado pelo homem. Com a

Revoluo Industrial, inicialmente o carvo se tornou a fonte de energia mais

importante, sendo posteriormente superado pelo petrleo, que at hoje

responde por grande parte das necessidades energticas do mundo. Mas


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para onde vamos? O petrleo ir mesmo acabar? Quais as novas fontes de

energia para o futuro? Os biocombustveis competem com a produo de

alimentos? A energia nuclear pode ser a soluo para o aquecimento global?

Estas e outras questes so abordadas de forma simples e direta no livro

"Qumica e Energia: Transformando Molculas em Desenvolvimento".

O livro comea com uma sesso introdutria onde discutida a

importncia da energia para o homem, e como a Qumica est ligada

produo de combustveis, baterias e pilhas. Na sesso seguinte, h umabreve introduo ao conceito de energia e reaes qumicas, utilizando-se

exemplos do quotidiano. As duas prximas sesses falam sobre a utilizao

de combustveis fsseis, como petrleo, carvo e o gs natural. dada

particular nfase aos tipos de compostos qumicos encontrados no petrleo e

como ele pode ser transformado nas refinarias, em combustveis como agasolina, o querosene e o leo diesel. A produo de plsticos a partir de

derivados do petrleo, ou petroqumica, tambm destacada nesta sesso.

Os plsticos podem ser considerados os materiais do sculo XX e

revolucionaram usos e costumes da sociedade moderna.

Os biocombustveis e sua relao com a produo de alimentos so

discutidos nas cinco sesses seguintes. O biodiesel, obtido a partir de leos

vegetais, gordura animal e at mesmo leo de fritura, e o etanol, obtido a

partir da cana-de-acar so os destaques destas sesses. Os processos de

produo destes dois biocombustveis so discutidos de forma bem simples,para no-especialistas na rea. Comentam-se, ainda, os chamados


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biocombustveis de 2a gerao, como o etanol obtido a partir de material

celulsico e o biodiesel de algas. A questo da produo de alimentos e

biocombustveis abordada de forma clara, desvendando os mitos e as

verdades. Por fim, o biogs ou gs do lixo tambm discutido nessas

sesses, sendo mostrado de forma simples seu processo de obteno.

As pilhas e baterias so estudadas nas cinco sesses subsequentes. Sabe-

se que esses dispositivos so muito utilizados no mundo atual em diversos

aparelhos eletrnicos, como telefones celulares, aparelhos de MP3, computadoresportteis, dentre outros. Alm do princpio de funcionamento de uma pilha,

abordam-se, tambm, os tipos mais comuns, como a pilha alcalina e a pilha seca,

bastante utilizadas no dia a dia. O texto tambm trata das clulas a combustvel,

dispositivos usados nos vos espaciais para a Lua na dcada de 1970, e que

podem se tornar uma opo energtica mais limpa e vivel no futuro.Por fim, a questo da energia nuclear colocada de forma bem

simples, mostrando-se os princpios bsicos que regem uma reao nuclear

e como grandes quantidades de energia so geradas neste processo. Os

perigos da utilizao sem controle da energia nuclear, relacionada

disposio do chamado lixo atmico, bem como os benefcios que ela traz

por no afetar o clima do planeta so tambm enfocados. A ltima sesso

traz um resumo de tudo que foi abordado e discutido anteriormente, fazendo

um convite a voc, cientista do futuro, a despertar a paixo para o

conhecimento e pelas novas descobertas.Os autores


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ndice

1. Introduo ........................................................................................ 172. Energia e reaes qumicas .............................................................. 20

3. Os combustveis fsseis: petrleo, gs natural e carvo .................. 28

4. Petroqumica: o petrleo a servio da sociedade moderna .............. 45

5. Biocombustveis: a energia que se renova ........................................ 49

5.1. Biodiesel: a energia que vem das plantas ............................. 54

5.2. Etanol: combustvel para veculo, no para o motorista ....... 62

5.3. Biogs: lixo virando energia ................................................. 70

5.4. Alimentos biocombustveis: verdades e mitos ..................... 72

6. Pilhas e baterias: a energia porttil ................................................... 746.1. O funcionamento de uma pilha ............................................ 78

6.2 Tipos de pilhas ...................................................................... 84

7. Clulas a combustvel: o futuro o hidrognio ................................ 87

8. Impacto ambiental do uso de pilhas e baterias ................................. 91

9. Energia Nuclear: perigo para o ambiente ou soluo parao aquecimento global? ......................................................................... 94

10. Consideraes finais ...................................................................... 99

11. Referncias .................................................................................... 101


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Introduo

A energia a mola propulsora do Universo. Sem ela no existiriam

estrelas, planetas, vida e civilizaes. Vivemos num mundo dinmico, onde a

energia est sendo sempre transformada. Alis, esta uma das leis

fundamentais do Universo: a energia no pode ser criada nem destruda, apenas

transformada. Assim, a energia do Sol, que chega a ns todos os dias, produto

da transformao da energia contida no ncleo dos tomos em luz e calor,

seguindo a famosa frmula de Einstein, onde E = mc2. Ou seja, a energia igual

massa multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz (Figura 1).

Figura 1- Einstein e a equivalncia de energia e massa.


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A energia eltrica utilizada para ligar o computador ou ver televiso

pode vir da transformao da energia potencial de uma queda dgua ou

mesmo de uma reao qumica, quando utilizamos pilhas e baterias. A

respirao dos seres vivos nada mais que o transporte de oxignio para as

clulas, o qual utilizado na queima de acares para gerao de energia

para o corpo. Esse processo , fundamentalmente, o mesmo que ocorre nos

motores dos automveis. A gasolina reage com o oxignio do ar dentro do

motor dos veculos, formando gs carbnico e gua como produtos, eliberando uma grande quantidade de energia que propulsiona o veculo. Esse

processo se chama combusto e converte a energia qumica, contida nas

ligaes que os tomos fazem na molcula, em calor e luz.

O conceito de energia transcende a Fsica, permeando pela Qumica e

pela Biologia. Os processos qumicos, em muitos casos, so utilizados para agerao de energia. Assim como a vida, que nada mais do que uma

diversidade de reaes ocorrendo de forma sistemtica e organizada no

interior das clulas, utilizando e gerando energia.

A evoluo da espcie humana est muito ligada ao uso da energia. O

fogo permitiu que nossos ancestrais pudessem cozinhar os alimentos,

facilitando a ingesto e a digesto. Isto levou a uma mudana na dieta, que

passou a incluir a carne como um alimento dirio. A maior ingesto de carne

permitiu o melhor desenvolvimento do crebro, j que esse alimento rico

em protenas essenciais para os processos celulares. Dessa forma, o macaco

primitivo foi evoluindo, incorporando a arte e as cincias a sua vida. Isto


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tambm s foi possvel graas luz gerada por tochas e fogueiras, que

permitiram a iluminao das cavernas para que o artista primitivo pudesse

retratar o seu mundo na forma de pinturas rupestres.

O homem atual um grande consumidor de energia. Hoje, a energia

no utilizada apenas para satisfazer as necessidades vitais do ser humano,

mas tambm para propiciar-lhe conforto. As grandes cidades se valem de

sistemas de transportes bem organizados e integrados. Os automveis, trens

e nibus utilizam grandes quantidades de energia para se moverem e levaremo ser humano ao seu destino. A energia eltrica essencial para o

funcionamento de mquinas e aparelhos utilizados no dia a dia da sociedade.

Sem ela, no seria possvel utilizarmos o computador e termos acesso,

atravs da internet, a uma infinidade de informaes teis para nossa vida e

conhecimento.Para ler o contedo das prximas pginas, de modo a entender

melhor o que est por trs da energia que consumimos ao queimar gasolina

em um automvel, ou quando utilizamos o MP3 para ouvir msica, preciso

gastar um pouco da energia acumulada em nossos corpos. Convidamos

todos a faz-lo. importante tambm compreender que algumas fontes de

energia so limitadas, e que devemos preparar o planeta para utilizar outras

fontes de energia, sobretudo quelas que podem ser consideradas

renovveis.

O convite est feito, e esperamos que esse pequeno gasto de energia

na leitura do texto seja compensado pelo melhor entendimento do assunto.


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Acreditamos que alguns leitores possam, no futuro, se interessar por esta

rea da Qumica, quando, ento, precisaro empenhar um pouco mais de

energia para estud-la em mais detalhes.

2

Energia e reaes qumicas

H uma lei fundamental do Universo, a lei da conservao de energia,

que diz que a energia no pode ser criada nem destruda, apenastransformada. Isto quer dizer que, quando nos divertimos andando de

montanha russa, transformamos a energia potencial adquirida pelo carrinho

ao ser colocado no ponto mais alto do brinquedo, em energia cintica (Figura

2). Essa, por sua vez, responsvel pelo ganho de velocidade que descarrega

tanta adrenalina e emoo ao longo das curvas e descidas da montanha

russa.

Quando utilizamos um aparelho eltrico, como a torradeira, a

televiso, ou mesmo o computador, estamos transformando a energia

potencial acumulada na queda d'gua de uma usina hidreltrica em energiaeltrica, que transportada at ns atravs de fios e condutores. Do mesmo


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modo, quando utilizamos a torradeira para fazer uma torrada, estamos

transformando a energia eltrica da tomada em calor, que esquenta o po at

o ponto desejado para obter uma torrada crocante. Esses exemplos mostram

como diferentes tipos de energia, potencial, cintica, eltrica, calorfica,

dentre outras, podem ser transformadas.

Figura 2- Montanha russa, transformando energia potencial em cintica.


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Do mesmo modo, quando utilizamos um aparelho de MP3, estamos

transformando a energia qumica contida na pilha em energia eltrica, que faz

funcionar os circuitos e os demais componentes eletrnicos do sistema. Um

veculo movido a gasolina, lcool ou diesel transforma a energia qumica,

contida nas molculas desses combustveis, em calor e energia mecnica,

responsveis pela movimentao do automvel. Portanto, a gerao de

energia a partir de compostos qumicos de extrema importncia para a

sociedade moderna. Sem os combustveis no poderamos nos locomover

com eficincia e rapidez; sem as pilhas e baterias, muito das facilidades e

conforto da vida moderna, como aparelhos de MP3 e telefone celular, no

estariam disponveis.

Mas como e por que a energia qumica convertida em outras formas

de energia?Compostos qumicos so formados por tomos que se ligam uns aos

outros. o que chamamos de ligao qumica. De modo bem simples,

podemos entender uma reao qumica como a quebra das ligaes entre os

tomos dos reagentes e a formao de novas ligaes qumicas nos tomos

que compem os produtos. Por exemplo, o gs natural utilizado nas

indstrias, residncias e automveis composto basicamente de metano,

uma molcula formada por um tomo de carbono e quatro tomos de

hidrognio. No metano, o tomo de carbono realiza quatro ligaes, uma com

cada tomo de hidrognio. Ao queim-lo, ocorre uma reao chamada de

combusto. Ou seja, o metano reage com a molcula de oxignio (O2) do ar


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para produzir dixido de carbono ou gs carbnico (CO2) e vapor d'gua

(Figura 3).

CH4(g)

+ 2 O2(g)

CO2(g)

+ 2 H2O

(l)+ CALOR

Figura 3- Reao de combusto do gs natural.

Do ponto de vista qumico, a combusto do metano envolve a

quebra de vrias ligaes, como as do carbono e do hidrognio e das

ligaes na molcula de oxignio. Formam-se, em seguida, ligaes

entre o carbono e o oxignio na molcula de CO 2, e ligaes entre

hidrognio e oxignio, gerando a gua.Acontece que a energia contida numa ligao qumica depende,

sobretudo, do tipo de tomos envolvidos. Ou seja, as ligaes qumicas entre

os tomos possuem energias diferentes e, dessa forma, reagentes e produtos

vo estar em patamares de energia distintos, sendo a diferena nesse caso

transformada em calor, que usamos para cozinhar, aquecer um ambiente ou

mesmo movimentar o automvel, quando queimamos o gs natural.

Sabemos que a energia no pode ser criada ou destruda, apenas

transformada. Faamos um paralelo entre uma viagem de automvel numa

estrada montanhosa com o caminho de uma reao qumica, dos reagentes

at os produtos.


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A Figura 4 mostra que o carro parte de um ponto mais alto da estrada

(A) e chega at um ponto de menor altitude (B). Em tese, se estivssemos em

uma estrada reta, sem curvas, poderamos deixar o carro descer livremente,

pois a energia potencial acumulada seria transformada em energia cintica,

fazendo o carro chegar ao seu destino. Da mesma forma, numa reao

qumica onde a energia dos reagentes maior (ponto A) que a energia dos

produtos (ponto B), a diferena pode aparecer na forma de calor. o que

chamamos de reao exotrmica.

Ao contrrio, se tivssemos uma situao como a mostrada na Figura

5, onde o ponto de partida (C) est mais baixo que o ponto de chegada (D) do

carro, precisaramos acelerar bastante o veculo para transformar energia

cintica, que d velocidade ao carro, em energia potencial, de forma a vencer

a diferena em altitude. O mesmo se aplicaria a uma reao qumica. Se osreagentes possuem energia menor (C) que os produtos (D), precisaramos

fornecer calor para vencer essa diferena. o que chamamos de reao

endotrmica. importante entender que a energia qumica a que estamos nos

referindo nesses exemplos est associada, fundamentalmente, energia das

ligaes qumicas que esto sendo quebradas e formadas. O estudo do fluxo

de calor que podemos ter numa reao qumica chamado de termodinmica

e importante para entender porque elas ocorrem.


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Figura 4- Representao de uma reao exotrmica (energia potencial

transformada em energia cintica ou liberao de calor).

Figura 5- Representao de uma reao endotrmica (energia cintica

transformada em energia potencial, ou fornecimento de calor).

O fato de saber que uma reao exotrmica (libera calor) no nos

diz nada sobre a facilidade ou rapidez com que ela ocorre. Por exemplo, a

gasolina s queima no interior do motor porque existe um dispositivo

eletrnico chamado vela, que solta uma fagulha eltrica no interior do cilindro


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fazendo com que a combusto acontea. A gasolina no queima em contato

direto com o ar na temperatura ambiente ou na ausncia de uma fagulha ou

fasca eltrica. Isto porque o caminho de uma reao entre reagentes e

produtos pode ser muito mais complexo.

A Figura 6 mostra uma situao em que o carro precisa ir de um

ponto mais alto (E) at um ponto mais baixo (G). Se tomarmos somente os

pontos de partida e chegada poderamos imaginar que a perda de energia

potencial seria compensada pelo ganho em energia cintica e no seria

necessrio nenhum gasto de energia adicional. Entretanto, entre a partida e a

chegada h o ponto (F), que se situa numa altura maior que a do ponto de

partida (E). Consequentemente, no seria possvel ultrapassar esse ponto a

partir do ponto (E) sem que alguma energia adicional fosse transferida para o

veculo. Ou seja, para que possamos chegar de (E) at (G), temos que vencera barreira imposta pelo ponto F gastando alguma energia.

Figura 6- Representao da energia de ativao (F) necessria para que uma

reao qumica ocorra.


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Se fizermos o mesmo paralelo para uma reao qumica vemos

que, apesar da energia dos reagentes (E) ser maior que a dos produtos

(G), a reao s ocorrer se conseguirmos ultrapassar o ponto (F), cuja

energia maior que a dos reagentes e produtos. Em termos qumicos, a

barreira de energia que precisa ser vencida pelos reagentes no caminho

at os produtos se chama energia de ativao, e est relacionada com a

facilidade ou a velocidade que uma reao ocorre. Em outras palavras, a

quebra de ligaes qumicas dos reagentes requer, muitas vezes, a

introduo de uma quantidade extra de energia, como uma fasca eltrica

no caso da queima da gasolina, de forma a iniciar a quebra das ligaes

qumicas entre os tomos, levando aos produtos. Vale ressaltar que essa

energia adicional devolvida ao sistema, e o calor final liberado funo

apenas das energias de reagentes e produtos.


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Os combustveis fsseis: petrleo, gs natural e

carvo

O petrleo usado pela humanidade h muitos anos. Na Babilnia,

onde hoje se localiza o Iraque, os povos utilizavam petrleo para calefao,

impermeabilizao de residncias e pavimentao de vias. O petrleo tambm

foi usado em mmias do Egito Antigo e h evidncias de que os chineses

perfuravam poos para achar petrleo.

O petrleo, o carvo e o gs natural so combustveis fsseis,

gerados h milhes de anos pela decomposio de seres vivos. A origem do

petrleo e do gs natural est associada decomposio dos animais; a do

carvo, dos vegetais. Contudo, todos eles se originaram de restos de seresvivos que habitaram o planeta h milhes de anos. Simplificadamente, pode-

se descrever o processo de formao do petrleo pela deposio de restos de

animais no fundo de lagos e mares, que com o passar do tempo foram

acumulando sedimentos e empurrando a matria orgnica para as camadas

mais profundas da crosta terrestre. L, pela ao do calor e da presso que


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as camadas superiores exerciam sobre essa matria orgnica, ela se

decomps, dando origem ao petrleo, que ficou armazenado em rochas

porosas no interior do solo.

errneo pensar que o petrleo forma uma camada nica na crosta.

Na verdade, ele est preso no interior de rochas que contm vazios, ou poros,

onde fica aprisionado. Essas rochas so usualmente chamadas de rochas

reservatrio, pois armazenam o leo at que o homem, com sua moderna

tecnologia, consiga extra-lo de seu interior (Figura 7).

Figura 7- Esquema de uma jazida de petrleo, mostrando as rochas

geradoras, reservatrio e capeadora. (Figura modificada de Decifrando a

Terra - W. Teixeira e cols. 2000)


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A indstria moderna do petrleo surgiu nos Estados Unidos, em

1859, quando William Drake perfurou um poo para produo do leo. Nesta

poca, o principal uso do petrleo era para a produo de querosene,

utilizado na iluminao. Seu uso proporcionou uma revoluo na iluminao

de casas, fbricas e estabelecimentos comerciais, ajudando a preservar as

baleias. Em meados do sculo XIX, o leo de baleia era o principal

combustvel para lamparinas e lampies, e a caa a esse formidvel mamfero

aqutico colocava em perigo sua sobrevivncia. A queima do querosene

obtido do petrleo proporcionava uma luz mais intensa e brilhante, gerando

muito menos odores desagradveis. A utilizao do querosene rapidamente

ganhou grandes propores em todo o mundo e incentivou a indstria do

petrleo, que foi crescendo em um ritmo alucinante.

A descoberta da eletricidade e o invento da lmpada eltrica, no finaldo sculo XIX, poderiam ter posto a nocaute a indstria do petrleo. Afinal, o

uso do querosene para iluminao estava perdendo importncia na Europa e

nos Estados Unidos. Entretanto, outra inveno ao final do sculo XIX iria

revolucionar a humanidade e estabelecer, de forma definitiva, a indstria do

petrleo na sociedade moderna. O motor a exploso interna, utilizado nos

automveis, permitiu uma melhor e mais rpida mobilidade ao ser humano,

aproximando cidades e pases. O combustvel para este motor a gasolina,

que obtida, tambm, a partir do petrleo. O rpido crescimento da indstria

automobilstica impulsionou ainda mais a indstria petrolfera, que no incio

do sculo XX j era muito forte economicamente.


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Do ponto de vista qumico, o petrleo uma mistura de

hidrocarbonetos, podendo conter, tambm, enxofre, nitrognio, oxignio e

alguns metais em sua composio. Hidrocarbonetos so molculas formadas

pela ligao de tomos de carbono e hidrognio. Uma caracterstica dos

hidrocarbonetos formar cadeias contendo tomos de carbono. Ou seja, nas

molculas de hidrocarbonetos o carbono pode ligar-se entre si para formar

cadeias contendo dois ou mais tomos. A forma e as propriedades dos

derivados do petrleo esto relacionadas quantidade de tomos que

formam essas cadeias. Assim, o gs natural contm hidrocarbonetos com

um e dois tomos de carbono. O gs liquefeito de petrleo (GLP), ou gs de

botijo, contm trs e quatro tomos de carbono na cadeia. A gasolina uma

mistura de hidrocarbonetos com cinco a at dez tomos de carbono na

cadeia. O leo diesel possui de dezesseis a vinte tomos de carbono,aproximadamente, e assim por diante. Quanto mais pesado e viscoso for o

derivado, mais tomos de carbono na cadeia ele ter. A cera de parafina pode

conter at quarenta tomos de carbono e j se apresenta em estado slido,

assim como o asfalto, que tambm possui alguns metais e tomos de

oxignio em sua composio.

Existem cinco classificaes para os hidrocarbonetos: alcanos,

alquenos ou alcenos, alquinos ou alcinos, cicloalcanos e aromticos. O tomo

de carbono realiza quatro ligaes qumicas simultneas. Nos alcanos, cada

tomo de carbono da cadeia est sempre ligado a quatro outros tomos

atravs de ligaes simples. A Figura 8 mostra a estrutura qumica do n-


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octano, um hidrocarboneto que pode estar presente no petrleo e que possui

oito tomos de carbono ligados uns aos outros, formando uma cadeia. Os

tomos de carbono que esto no fim da cadeia se ligam tambm a trs

tomos de hidrognio, enquanto os tomos de carbono do interior da cadeia

esto ligados a dois tomos de hidrognio, para completar as quatro ligaes

que eles fazem. Portanto, os tomos de carbono nos alcanos formam apenas

ligaes simples com outros tomos de carbono e com tomos de

hidrognio. Sabendo esta regra, podemos deduzir uma frmula molecular

geral para os alcanos, que CnH(2n+2), onde n o nmero de tomos de

carbono na molcula.

Figura 8- Estrutura qumica do n-octano.

Os alquenos ou alcenos, tambm chamados de olefinas, possuem aomenos uma ligao dupla entre os tomos de carbono. A Figura 9 mostra a

estrutura do propeno, componente do gs liquefeito do petrleo, ou gs de

botijo, utilizado em diversas residncias brasileiras. Nota-se a formao de

uma ligao dupla entre o tomo de carbono central e um dos tomos de

carbono do fim da cadeia. Hipoteticamente, os alquenos so formados a

ti d l l d d i t d hid i i i h


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partir dos alcanos pela remoo de dois tomos de hidrognio vizinhos, e

formao da ligao dupla. Desta maneira, a frmula molecular geral para os

alquenos com uma dupla ligao CnH2n.

Figura 9- Estrutura qumica do propeno.

Os alquinos ou alcinos possuem ao menos uma ligao tripla entre os

tomos de carbono. O etino, ou usualmente conhecido como acetileno,

possui a estrutura mostrada na Figura 10. Nela, os tomos de carbono fazem

trs ligaes entre si, restando, ainda, uma ligao com um tomo de

hidrognio para cada um deles. A frmula geral para alquinos com uma tripla

ligao CnH(2n-2).Os alquinos so menos comuns no petrleo, mas podem ser

produzidos por processamento qumico, ou tambm obtidos a partir do

carvo mineral. O acetileno o gs utilizado em soldas e maaricos, pois

quando queima d uma chama bastante quente, capaz de fundir e unir

determinados metais.


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Figura 10- Estrutura qumica do acetileno (etino).

Os cicloalcanos so hidrocarbonetos cclicos, onde cada tomo de

carbono que forma o ciclo se liga a pelo menos outros dois tomos do

mesmo elemento. A Figura 11 mostra a estrutura do ciclo-hexano,hidrocarboneto que pode estar presente na gasolina. Os cicloalcanos

possuem a mesma frmula molecular geral que os alquenos, CnH2n. Isto

muito comum nos hidrocarbonetos e chamamos este fenmeno de isomeria;

ou seja, mais de um composto contendo a mesma composio qumica, mas

com propriedades fsicas diferentes.

Figura 11- Estrutura qumica do ciclo-hexano.

Por fim os hidrocarbonetos aromticos so uma classe especial de


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Por fim, os hidrocarbonetos aromticos so uma classe especial de

compostos. Caracterizam-se por apresentarem um anel com seis tomos de

carbono e trs ligaes duplas que se alternam de posio. A Figura 12

representa a estrutura do benzeno, o menor representante dessa categoria de

hidrocarbonetos. As linhas pontilhadas entre os tomos de carbono do anel

representam a alternncia de posio das ligaes duplas.

Figura 12- Estrutura qumica do benzeno.

O petrleo raramente utilizado na forma bruta. Ele inicialmente

processado em refinarias, onde passa por processos de separao fsica e

processamento qumico. Uma mistura lquida pode ser separada por meio de um

processo de destilao, que consiste na fervura e posterior condensao dos

vapores para retorno forma lquida. Industrialmente, isto feito em uma coluna

contendo nveis ou pratos para recolhimento das fraes lquidas. O petrleo entra

na base da coluna e pela ao do calor as molculas de hidrocarboneto so


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na base da coluna e, pela ao do calor, as molculas de hidrocarboneto so

vaporizadas, ascendendo atravs da coluna. Como o ponto de ebulio, ou seja, a

temperatura em que elas fervem, depende do tamanho da cadeia hidrocarbnica,

os produtos mais pesados, como o leo diesel e leo combustvel, se condensam

em pratos ou nveis mais baixo da coluna, sendo removidos atravs de vlvulas

laterais. A gasolina, o querosene e o gs liquefeito do petrleo so mais leves e se

condensam em pratos ou nveis superiores da coluna. Resta ainda o material mais

pesado, contendo cadeias com muitos tomos de carbono, que sai pelo fundo da

coluna e vai dar origem, primordialmente, ao asfalto (Figura 13).

Figura 13- Esquema de uma coluna para destilao do petrleo. (Adaptado)

At o comeo do sculo XX toda a gasolina consumida no mundo era


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At o comeo do sculo XX, toda a gasolina consumida no mundo era

obtida do processo de destilao do petrleo. Porm, a quantidade obtida de cada

derivado por destilao depende da natureza do petrleo extrado do subsolo.

Alguns tipos de petrleo so considerados mais leves, e rendem uma maior

quantidade de gasolina e querosene. Outros petrleos so considerados pesados e

tendem a produzir maiores quantidades de leo combustvel, que atualmente

utilizado para produo de lubrificantes e queima em indstrias. Assim, a oferta de

gasolina dependia unicamente do petrleo extrado, que se tornava cada vez mais

pesado, limitando a produo desse derivado. Dessa forma, foi preciso

desenvolver processos de transformao qumica do petrleo, utilizando fraes

de menor demanda, como o leo combustvel, para produo dos derivados mais

nobres, como a gasolina.

A principal diferena entre os derivados do petrleo est relacionada com aquantidade de tomos de carbono na molcula. Assim, para transformarmos as

molculas de hidrocarbonetos do leo combustvel em molculas na faixa da

gasolina temos que quebrar as cadeias. Ou seja, uma molcula tpica do leo

combustvel pode conter de vinte a trinta tomos de carbono e, para que

obtenhamos gasolina, precisamos quebr-la em pedaos menores, contendo decinco a dez tomos desse elemento. Esse processo chamado de craqueamento

cataltico (do ingls to crack= quebrar) e ocorre pela ao da temperatura e de

catalisadores, substncias que aceleram a velocidade de uma reao qumica. Os

catalisadores atuam na diminuio da energia de ativao ou barreira de energia

necessria para quebrar as ligaes qumicas dos reagentes (veja outra vez a

Figura 6). Muitos processos industriais, e at mesmo biolgicos, utilizam


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Figura 6). Muitos processos industriais, e at mesmo biolgicos, utilizam

catalisadores. As enzimas so catalisadores biolgicos que regulam o

metabolismo dos seres vivos.

O catalisador usado na quebra das molculas de hidrocarbonetos um

material slido constitudo basicamente de alumnio, silcio e oxignio. Ele possui,

ainda, poros e canais por onde as molculas do hidrocarboneto entram e se

quebram ao contato com a superfcie, obtendo-se molculas menores, com

menos tomos de carbono na cadeia (Figura 14). Praticamente toda a gasolina

produzida no mundo, atualmente, vem desse processo qumico e no diretamente

da destilao do petrleo. O ajuste na composio do catalisador permite,

tambm, obter outros derivados importantes, como o gs liquefeito do petrleo,

ou GLP, utilizado em botijes para uso domstico, e o leo diesel, utilizado em

veculos de passageiros e de carga, como nibus e caminhes.

Figura 14- Viso artstica do craqueamento de hidrocarbonetos no interior

dos poros do catalisador.

A qualidade da gasolina est diretamente relacionada com a sua


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q g

composio qumica. O motor a gasolina, tambm conhecido como motor a

exploso interna, possui em geral quatro cilindros, onde ocorre a queima do

combustvel. conhecido tambm como motor de quatro tempos. Dentrodesses cilindros h um pisto mvel, que fica ligado indiretamente s rodas

do veculo e o faz tracionar, bem como uma vlvula de admisso de

combustvel e outra de exausto de gases de combusto, alm de um

dispositivo eletrnico chamado vela. No primeiro tempo, o pisto mvel

encontra-se no seu curso mximo e se movimenta para baixo, abrindo a

vlvula de admisso para aspirar a mistura gasosa de ar e gasolina. No

segundo tempo, o pisto mvel comprime a mistura de ar e gasolina at um

determinado ponto, ajustado pelo fabricante do automvel, onde ento ocorre

uma fasca eltrica pela vela, fazendo com que a mistura queime e entre emignio. Essa rpida liberao de gases de combusto (CO2 e H2O), associada

ao calor liberado na queima da gasolina, empurra o pisto para baixo,

fazendo o carro se movimentar (terceiro tempo). No quarto e ltimo tempo, o

pisto se movimenta para cima novamente, expulsando os gases de

combusto pela vlvula de descarga e o sistema est pronto para comearum novo ciclo. Alguns hidrocarbonetos, como os alquenos e os aromticos,

possuem melhores propriedades para queima no interior de motores e

melhoram a qualidade da gasolina.

O catalisador um ingrediente essencial no processamento qumico

do petrleo e o domnio de sua fabricao e correta utilizao constitui

privilgio de poucos pases no mundo. O Brasil est includo nesse seleto


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grupo, pois produz e desenvolve catalisadores para o refino do petrleo,

dominando assim todo o ciclo de produo de combustveis fsseis, desde a

explorao e produo de petrleo at o seu refino e a produo decombustveis de alto padro.

Alguns combustveis, sobretudo o querosene, atualmente utilizado em

avies a jato, e o leo diesel, utilizado em veculos de carga e transporte,

necessitam de tratamento adicional, para a remoo de impurezas. Como

mencionado anteriormente, o petrleo possui pequenas quantidades de

enxofre e nitrognio, derivados da matria orgnica de animais que viveram

h milhares de anos. Assim, natural que tais elementos se encontrem em

menor quantidade no petrleo extrado atualmente.

O principal problema associado presena de compostos de enxofree nitrognio a poluio atmosfrica causada pela emisso de gases txicos,

como os seus xidos. A queima de combustvel contendo enxofre e

nitrognio produz quantidades considerveis desses xidos, as quais, em

contato com a umidade da alta atmosfera, voltam superfcie na forma de

chuva cida. Ou seja, o xido de enxofre reage com a gua presente nasnuvens formando cido sulfrico, que ao cair juntamente com a chuva, corri

construes, destruindo plantaes e afetando os seres vivos. Os xidos de

nitrognio tambm contribuem para a chuva cida e causam problemas

respiratrios nos seres humanos.

Para minimizar o problema, comum o tratamento de derivados,


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como o diesel e o querosene, com hidrognio. Este processo chama-se

hidrotratamento e tem a finalidade de remover do combustvel o enxofre e o

nitrognio, tornando-o mais adequado para uso em grandes metrpolesurbanas. O processo utiliza catalisadores especficos, que conseguem

combinar o hidrognio com as molculas que contm enxofre e nitrognio,

quebrando suas ligaes qumicas e formando gs sulfdrico (H2S) e amnia

(NH3) como subprodutos (Figura 15). O gs sulfdrico sofre outra reao

qumica, na qual convertido em enxofre elementar para ser utilizado, por

exemplo, no processo de vulcanizao da borracha para torn-la mais rgida e

menos pegajosa. A amnia neutralizada com uma soluo cida e pode ser

aproveitada como fertilizante para a produo de alimentos. Assim, nada

desperdiado ou jogado de forma irresponsvel na natureza.

SH H

H H SH

SH

Superfcie do catalisador Superfcie do catalisadormostrando os reagentesadsorvidos (ligados superfcie)

Superfcie do catalisadormostrando os produtosformados

Figura 15- Representao esquemtica da remoo de enxofre em fraes de

petrleo. Os anis representam a classe de hidrocarbonetos aromticos.

O hidrognio utilizado no tratamento desses combustveis tambm


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precisa ser obtido atravs de processamento qumico. Apesar de ser a

matria mais abundante no Universo, presente em grande quantidade nas

estrelas, como o prprio Sol, planetas e material interestelar, o hidrogniono se encontra na forma elementar (H2) na Terra, mas associado a outros

tomos, sobretudo ao oxignio, para formar gua e ao carbono, para formar

hidrocarbonetos. Dessa forma, preciso transformar quimicamente essas

substncias para se obter hidrognio gasoso (H2). H muitas formas de

realizar a transformao, sendo a mais barata e eficiente, nos dias atuais, a

reao da gua com o gs natural, num processo chamado de reforma.

O gs natural composto majoritariamente por metano, o

hidrocarboneto mais simples que existe, formado pela ligao de um tomo

de carbono com quatro tomos de hidrognio (CH4). Ao combinarmosmetano e gua na presena de um catalisador, a altas temperaturas,

conseguiremos obter trs molculas de hidrognio (H2), saindo tambm uma

molcula de monxido de carbono (CO) (Figura 16). Contudo, o processo no

pode parar neste estgio, pois o monxido de carbono um gs

extremamente venenoso e que no pode ser emitido para a atmosfera. Ele ento direcionado para outro processo qumico, onde ir reagir com a gua,

mais uma vez na presena de um catalisador especfico, para produzir gs

carbnico (CO2) e mais uma molcula de hidrognio.

O gs carbnico tem inmeras aplicaes industriais. Uma dela na

carbonatao ou gaseificao de bebidas. Na prxima vez que for beber um

refrigerante ou uma gua mineral gasosa, pense que o gs contido no lquido


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pode ter vindo do processo de produo de hidrognio para melhorar a

qualidade dos combustveis que utilizamos no nosso dia a dia. A indstria do

petrleo, assim como a natureza, no desperdia nada e todos os produtostm uma destinao final.

CH4

+ H2O CO + 3 H

2

CO + H2O CO

2+ H

2

CH4

+ 2 H2O CO

2+ 4H

2

Figura 16- Reaes para produo de H2 a partir do gs natural e gua.

Os combustveis fsseis vm sendo utilizados em grande escala

desde meados do sculo XVIII, com o advento da Revoluo Industrial.

Inicialmente, o carvo ocupou lugar de destaque, sendo o calor gerado na

sua queima utilizado para produo de vapor que movimentava mquinas,

locomotivas e navios. Porm, a queima do carvo deixava cinzas comosubprodutos, alm de ser altamente poluente, por apresentar um maior teor

de enxofre, liberando os xidos causadores da chuva cida. Ademais, por ser

um material slido, mais difcil de ser transportado e ocupa grandes

espaos em navios e trens. Atualmente, ainda se usa o carvo para gerao

de energia eltrica, sobretudo na Amrica do Norte e Europa. Porm, h de se


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tomar cuidado para no emitir xidos de enxofre para a atmosfera.

O gs natural um combustvel que cresce em utilizao a cada dia.

Seu uso na indstria, para gerao de calor, tem sido muito incentivado pelogoverno, em substituio ao leo combustvel, que muito mais poluente. O

grande problema no uso macio do gs natural diz respeito ao seu transporte

e estocagem. Por ser um gs, tem limitaes quanto compresso, o que

restringe a estocagem em cilindros e vasos industriais. O transporte a partir

de regies remotas, como a Amaznia, onde h grandes reservas de gs

natural, outro grande problema, exigindo gasodutos imensos, que podem

causar impactos ao meio ambiente. O gs natural extrado da Bacia de

Campos, prximo a cidade do Rio de Janeiro, tem utilizao mais ampla, pois

sai praticamente direto do poo para o consumo, no requerendo grandesinstalaes para transporte e armazenamento. Assim, comum vermos

automveis na cidade do Rio de Janeiro que so movidos a gs natural,

acarretando uma menor poluio ambiental e diversificando a matriz de

combustveis automotores do pas.

O sculo XXI ainda ter uma grande participao dos combustveisfsseis no total da energia consumida no mundo. O petrleo a principal

fonte de energia do planeta e continuar sendo pelos prximos anos, apesar

das discusses a respeito do esgotamento de suas reservas. Devido sua

origem fssil, e tendo sido formado h milhes de anos a partir de restos de

seres vivos, o petrleo finito e um dia veremos o fim da sua era na Terra.

Estima-se que a tecnologia atual s consegue extrair de 25 a 30% da


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quantidade de petrleo dos reservatrios. Ou seja, a maior parte ainda

continua no subsolo, esperando que novas tecnologias de produo sejam

desenvolvidas.

4

Petroqumica: o petrleo a servio da

sociedade moderna

A indstria do petrleo modificou o modo de vida da sociedade

moderna, trazendo bem-estar, conforto e novos materiais, como os plsticos.

A chamada petroqumica originou-se a partir do aproveitamento de fraesdo petrleo com pouca qualidade para uso como combustvel. A nafta, uma

gasolina de pior qualidade para queima em motores, a matria-prima

principal para produo de plsticos. O processamento qumico da nafta gera

molculas pequenas, contendo entre dois e oito tomos de carbono em

mdia, a partir da qual so gerados inmeros produtos. Entre eles esto os

polmeros (macromolculas), popularmente conhecidos como plsticos, que


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so moldados para se tornarem utenslios domsticos, fibras para confeco

de roupas, peas para automveis, materiais de construo, espumas e

inmeros artigos utilizados no dia a dia (Figura 17). Os plsticosrevolucionaram o sculo XX, permitindo que um maior nmero de pessoas

tivesse acesso a roupas, mveis, automveis e utenslios diversos.

Figura 17- Alguns utenslios feitos de material plstico.

A indstria petroqumica pode ser dividida em trs segmentos ou

estgios (Figura 18). O primeiro onde a nafta derivada do petrleo

transformada quimicamente em molculas como eteno, propeno, benzeno e

tolueno, entre outros produtos. Estes compostos so a base para formao de

diversas substncias produzidas no segundo estgio, ou segunda gerao da

petroqumica. Assim, o eteno sofre uma reao onde suas molculas combinam-

se entre si para formar o polietileno (o outro nome como o eteno conhecido

il d d l li il ) O b d f


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etileno, da o uso da palavra polietileno). O propeno tambm pode sofrer o

mesmo tipo de reao para formar o polipropileno (propileno outro nome do

propeno). Esses plsticos so transformados em utenslios e materiais diversosno terceiro segmento ou terceira gerao da indstria petroqumica. O

polipropileno, por exemplo, pode ser moldado na forma de potes que so

utilizados diariamente por inmeras famlias para armazenamento de alimentos,

podendo ir diretamente do freezer ao forno de micro-ondas. Ele tambm muito

utilizado na indstria automobilstica para a confeco de partes do automvel,

em substituio ao metal. O polietileno utilizado na confeco de sacolas

plsticas usadas em inmeras situaes do dia a dia.

Figura 18- A cadeia petroqumica.

Atualmente, muitas pessoas condenam o uso macio de plsticos

l d t l it d l


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alegando que a natureza leva muitos anos para decomp-los, o que causa um

grande problema ambiental. Certamente, a grande utilizao dos plsticos em

diversos setores da sociedade moderna se deve, justamente, a suadurabilidade e estabilidade qumica. Porm, os principais plsticos utilizados

atualmente podem ser reciclados, minimizando os efeitos danosos para o

meio ambiente. Talvez falte um pouco mais de esclarecimento e

conscientizao da necessidade de reciclagem de produtos plsticos.

Da prxima vez que utilizar uma garrafa PET (sigla de um polmero

chamado polietileno-tereftalato) ou utilizar uma sacola plstica pense nisto e

procure um posto de reciclagem. Se no houver em seu bairro ou cidade,

cobre das autoridades locais alguma providncia nesse sentido. A Qumica

no foi feita para poluir o ambiente, mas para criar solues e melhorar a

qualidade de vida da populao.

5


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5

Biocombustveis: a energia que se renova

A demanda por energia vem aumentando rapidamente em funo do

crescimento da populao e suas necessidades tecnolgicas. No sculo

passado os combustveis fsseis, entre o carvo, o petrleo e o gs natural,

dominaram o cenrio energtico e devem continuar a ter papel fundamental,

pelo menos nesta primeira metade de sculo XXI. A Figura 19 mostra a oferta

de energia primria no Brasil em 2007.

Figura 19- Oferta de energia primria no Brasil em 2007 (adaptado de

Qumica Nova, v.32, p.757-767, 2009).

A categoria de renovveis composta por biomassa, geotrmica,

elica (ventos) solar e hidreltrica A composio qumica da biomassa


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elica (ventos), solar e hidreltrica. A composio qumica da biomassa

tem, primordialmente, elementos como carbono, hidrognio, oxignio e

nitrognio, estando o enxofre em menores propores. Esses elementosesto ligados para formarem acares ou carboidratos, lipdeos ou

gorduras e protenas, os trs principais ingredientes da vida. So fontes

de biomassa os restos de madeira, colheita, plantas, alimentos, animais

e algas. Essa matria pode ser transformada em combustveis slidos,

lquidos e gasosos.

No Brasil, a energia proveniente da biomassa j ocupa uma

parcela considervel da matriz energtica. Quando comparada com os

dados mundiais para utilizao de energia, nota-se uma participao

expressiva de nosso pas em relao aos demais pases do mundo, no

que tange ao uso de energias renovveis.

O uso primordial de combustveis fsseis (petrleo, carvo e gs

natural), desde o sculo XIX, colocou inmeras toneladas de gs

carbnico, ou CO2, na atmosfera. Ao longo dos anos, a concentrao

desse gs na atmosfera vem aumentando gradativamente, associada industrializao e ao consumo energtico.

O CO2 o gs que causa o chamado efeito estufa. Ou seja, a radiao

solar que chega Terra entra na atmosfera, absorvida pelo CO 2 e provoca

o aumento da temperatura (Figura 20). A Figura 21 mostra como os nveis

de CO2 na atmosfera e a temperatura esto relacionados. Nota-se que,

desde o advento da revoluo industrial no sculo XVIII e o crescente

consumo de carvo petrleo e gs natural os nveis de gs carbnico na


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consumo de carvo, petrleo e gs natural, os nveis de gs carbnico na

atmosfera no pararam de crescer, afetando a temperatura mdia que j se

elevou em quase 1 C. Pode parecer pouco, mas isso j provoca mudanasclimticas considerveis, com chuvas mais intensas e frequentes em

determinadas regies e o aumento do nvel dos mares. Percebe-se, ainda,

que o aumento tem sido mais acentuado a partir da dcada de 1950, com o

ps-guerra, quando o mundo vivenciou uma era de progresso e

desenvolvimento que se estende aos dias atuais. Hoje, muitos cientistas e

polticos admitem um aumento de at 2 C na temperatura mdia da

atmosfera at o final deste sculo. Um aumento mais acentuado poder

trazer consequncias devastadoras para o planeta.


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Figura 20- Viso esquemtica do efeito estufa.


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Figura 21- Relao entre nveis de CO2 e temperatura da atmosfera.

Essas questes tm dominado os debates sobre o futuro do planeta e

certo que no poderemos continuar aumentando indiscriminadamente a

concentrao de CO2 na atmosfera. O aquecimento global pode ocasionar a

elevao do nvel do mar, inundando regies e cidades costeiras. O Brasilseria bastante afetado, pois possui um vasto litoral, com inmeras praias e

cidades. No existe apenas uma soluo para o problema, mas inmeras.

Nesse contexto, os biocombustveis aparecem como uma soluo de curto

prazo para minimizar os efeitos da emisso de gs carbnico na atmosfera.

Do ponto de vista estratgico, a produo dos biocombustveis uma

alternativa interessante, pois podem ser fabricados em diferentes regies e a


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, p p g

partir de diferentes matrias-primas. Do ponto de vista ambiental positivo,

pois as emisses de CO2 so praticamente anuladas quando a biomassa voltaa crescer realizando a fotossntese. O etanol, o biodiesel, o biogs e o carvo

vegetal so exemplos de biocombustveis.

5.1. Biodiesel: A energia que vem das plantas

O uso do biodiesel se fundamenta no trip: energia, ambiente e

sociedade (Figura 22).

Figura 22- O trip fundamental do biodiesel.

Energia

AmbienteSociedade

(produo da prpria energia)

(reduo de emisso de gases)(gerao de empregos)

O inventor do motor diesel, o engenheiro Rudolph Diesel, utilizou

inicialmente leo de amendoim para mostrar o desempenho do seu


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invento. Naquela poca, ao final do sculo XIX, o leo de amendoim era

escasso e o motor s se tornou popular devido ao uso de uma fraooleosa obtida do petrleo, ento em franca expanso. Esta frao ficou

conhecida como leo diesel.

Atualmente, com as modificaes realizadas no motor diesel e nos

sistemas de alimentao, no mais possvel utilizar leo vegetal in naturano

motor. Porm, os leos vegetais podem ser utilizados de forma indireta,

como substncias com menor nmero de tomos, mas que so muito

semelhantes, em sua estrutura e constituio, ao leo diesel de petrleo.

Os leos vegetais e as gorduras animais so triglicerdeos. Nessas

molculas, uma parte central, formada por uma estrutura de glicerina, se liga

a trs estruturas de cidos graxos (Figura 23). O modelo similar a uma pipa

ou papagaio, com as rabiolas ou rabos ligados a ela (Figura 24). A parte

central de glicerina corresponde ao corpo da pipa em si, e as cadeias de

cidos graxos s rabiolas. Na produo de biodiesel ocorre um desligamento

de cada uma das trs rabiolas da parte central da pipa. Ou seja, cada cadeiade cido graxo ir dar origem a uma molcula de biodiesel, sobrando tambm

glicerina como subproduto.


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Figura 23- Estrutura de uma molcula de triglicerdeo usado na produo de

biodiesel. Note a semelhana com a pipa (parte central = glicerina e rabiolas =

cadeias de cidos graxos).

Figura 24- Representao simulada de um triglicerdeo, tendo a parte central

da pipa como a glicerina e as rabiolas como cadeias de cidos graxos.

A produo do biodiesel envolve a reao dos leos e gorduras com

um lcool, como metanol ou etanol, na presena de um catalisador, que


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acelera a reao. De forma geral, a produo de biodiesel assemelha-se

produo de sabo, sendo a principal diferena a utilizao de gua ao invsde metanol ou etanol, quando se quer produzir sabo. Assim, da prxima vez

que for utilizar um sabonete para lavar as mos e o rosto, lembre-se que a

composio qumica do sabo tem semelhana com a composio qumica

do biodiesel, apesar das grandes diferenas de consistncia e utilizao. Isto

no quer dizer que podemos colocar sabo no motor diesel, porque no ir

funcionar. Este ponto serve mais para mostrar que pequenas diferenas na

composio e estrutura qumica das molculas podem levar a grandes

diferenas de propriedades fsicas, aspecto e utilizao desses produtos.

A fonte para a produo de biodiesel pode ser escolhida de acordo

com a disponibilidade de cada regio ou pas. Algumas matrias-primas

usadas na sua produo so: algodo, amendoim, dend, girassol, milho,

soja, mamona, e at gorduras animais e resduos gordurosos de fritura e

esgoto sanitrio (Figura 25).


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Figura 25- Oleaginosas com potencial para produo de biodiesel.

A maior parte do biodiesel produzido no Brasil, atualmente, provm

da soja. Esta cultura, juntamente com o algodo, possui um dos menores

teores de leo por peso. Se isso realmente verdade, por que a soja a

principal matria-prima para obteno do biodiesel? O objetivo principal do

plantio da soja obter o farelo, que usado como rao animal. Assim, a

soja oferece um rpido retorno de investimento, possui a vantagem de ser

armazenada por longos perodos de tempo, tem crescimento relativamenterpido, alm de servir para a produo de biodiesel. O Brasil um grande

produtor desta oleaginosa e seu uso no restrito a climas quentes ou frios.

O uso do dend ou palma como matria-prima para a produo do

biodiesel ainda precisa de alguns ajustes. Por exemplo, o processamento

precisa ser feito logo aps a colheita, pois o leo pode se tornar ranoso; o

biodiesel produzido a partir do leo de dend solidifica-se a temperaturas

relativamente baixas e tem que ser utilizado com cautela, ou em misturas


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com outros tipos de biodiesel, sobretudo no inverno, nas regies sul e

sudeste do pas.Uma caracterstica interessante do biodiesel que ele pode ser

produzido a partir de leos residuais. Por exemplo, o leo que usamos para

fazer batata frita pode ser empregado para produo de biodiesel. Essa

prtica j vem sendo utilizada em algumas grandes cidades brasileiras, onde

h maior disponibilidade e j existe uma logstica estruturada para sua coleta.

Algumas cadeias de comida rpida, os chamados fast food, que tm como

base sanduches e batatas fritas, j mantm convnios com universidades e

empresas de produo de biodiesel para reutilizao do leo de fritura. O

meio ambiente agradece, pois, de outra forma, esse leo poderia parar no

esgoto domstico causando poluio.

Em 2004, o governo brasileiro instituiu o Programa de Produo e

Uso de Biodiesel (PNPB), no qual era prevista a adio obrigatria de 2% de

biodiesel, o chamado B2, ao diesel de petrleo, a partir de 2008. Atualmente,

o percentual de 5% (B5) e h metas para aument-lo gradativamente at20%. Essas aes tm o intuito de fortalecer a indstria nacional e diminuir a

dependncia ao diesel de petrleo, que ainda importado em uma pequena

parte. Desde janeiro de 2006 circula, nas ruas da cidade do Rio de Janeiro, o

primeiro nibus urbano brasileiro movido a biodiesel (Figura 26). Esse nibus

foi monitorado durante um ano para que os cientistas avaliassem seu

desempenho. Devido aos bons resultados obtidos, o governo brasileiro

autorizou a insero do biodiesel no diesel de petrleo, sem que fosse


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necessrio fazer nenhuma adaptao nos veculos j em circulao.

Figura 26- nibus movidos a biodiesel circulando na cidade do

Rio de Janeiro.

A indstria do biodiesel no somente a produo e o uso desse

biocombustvel. Os gros esmagados para a gerao do leo fornecem umatorta de biomassa que precisa ter uma destinao. Como rica em

nutrientes, grande parte desta torta utilizada como adubo, reinserindo-se

novamente na cadeia de produo. J no processo de fabricao do biodiesel

formada a glicerina (Figura 27). Esse composto possui utilizao nas

indstrias de cosmticos, sabes, alimentos e frmacos, dentre outras.

Entretanto, a quantidade gerada pela produo de biodiesel excede, em

muito, o que estes setores podem absorver. Assim, um dos pontos


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importantes do programa de produo de biodiesel encontrar aplicaes

econmicas, e de grande escala, para a glicerina formada. Algumasutilizaes j esto sendo postas em prticas, como o emprego na

alimentao animal e como matria-prima para a indstria qumica. A

propsito, possvel que em curto prazo tenhamos plsticos sendo

produzidos a partir da glicerina.

Figura 27- Estrutura qumica da glicerina. Os tomos vermelhos

representam oxignio.

Dentro do cenrio mundial, o Brasil apresenta-se com uma srie de

vantagens por estar localizado numa regio tropical e contar com uma boa

disponibilidade hdrica. H tambm a possibilidade de expanso para terras

que no so cultivadas, at mesmo terras inapropriadas para a plantao de

gneros alimentcios. Temos, ainda, uma grande diversidade de opes para

produo de biodiesel, tais como a palma e o babau no norte, a soja, o

i l d i i l d


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girassol e o amendoim nas regies sul, sudeste e centro-oeste, e a mamona,

que uma opo para o semirido nordestino.

5.2. Etanol: combustvel para o veculo, no para o motorista

O vinho e a cerveja so bebidas conhecidas desde a antiguidade. Os

povos antigos apreciavam seu sabor, mas no entendiam como o suco de

uva e uma sopa de cereais maltados adquiriam gosto e sabor dessas bebidas

alcolicas, respectivamente, apenas repousando por alguns dias ao ar livre.

Mesmo sem saber, os povos antigos praticavam Qumica ao fabricar o vinho

e a cerveja. Somente no sculo XIX, com os estudos do qumico francs

Louis Pasteur, os processos de fermentao do suco de uva e da sopa de

cereais maltados puderam ser melhor compreendidos. Pasteur identificou

que micro-organismos unicelulares, visveis apenas pelo microscpio, eram

os responsveis por inmeros processos qumicos e biolgicos, dentre eles a

produo do vinho e da cerveja. Alis, o processo de pasteurizao, queconsiste no tratamento trmico do produto por um breve perodo de tempo,

foi desenvolvido por Louis Pasteur como mtodo seguro para matar os

micro-organismos presentes no leite e em outros produtos alimentcios.

A fermentao um processo bioqumico no qual micro-organismos

transformam acares em lcool etlico ou etanol (Figura 28). Na verdade, o

lcool um subproduto desse processo, pois o objetivo do micro-organismo

obter energia a partir do processamento do acar no interior das clulas. O

t l t d l i i i l l


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etanol excretado pelo micro-organismo nesse processo, pois uma molcula

nociva para ele. De fato, acima de certa concentrao de etanol no meio, omicro-organismo no sobrevive e o processo fermentativo se encerra. por isso

que a maioria dos vinhos possui uma graduao alcolica similar.

Figura 28- Estrutura qumica do etanol, onde a esfera vermelha representa

um tomo de oxignio.

O processo fermentativo ocorre com a interveno de enzimas

presentes nos micro-organismos. Enzimas so catalisadores biolgicos

especficos, que atuam no metabolismo celular. por causa delas que

podemos transformar os alimentos que comemos em nutrientes e energia

para o nosso corpo.

Os acares so carboidratos com frmula geral CnH2nOn, onde n um

nmero inteiro que dita o tamanho da molcula. Um dos acares mais

importantes que existe a glicose. Ela obtida do acar comum a partir da

sacarose, que utilizamos no nosso dia a dia para adoar sucos, cafs e

confeccionar doces e bolos Sua fermentao produz etanol e gs carbnico


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confeccionar doces e bolos. Sua fermentao produz etanol e gs carbnico

(Figura 29). Assim, culturas ricas em carboidratos, como a cana, a mandioca,a beterraba e o milho, entre outras, so as melhores para a produo de

etanol por via fermentativa.

C6H

12O

6 (s) 2 C

2H

5OH

(l)+ 2 CO

2 (g)

Figura 29- Fermentao do acar para produo de etanol.

No Brasil, o etanol comeou a ser utilizado como combustvel

automotor na dcada de 1970, por ocasio da primeira grande crise do

petrleo, que elevou o preo do produto. Na poca, o Brasil importava mais

de 80% do petrleo que consumia e o aumento do preo causou enormes

problemas para a economia do pas. Assim, em 1973, foi lanado o pr-

lcool para diminuir a dependncia do pas da importao de petrleo.

Inicialmente, o programa consistia em adicionar o lcool (ou etanol) gasolina. Porm, com a segunda crise mundial do petrleo, em 1979, que

elevou ainda mais o seu preo, o pas passou a produzir veculos movidos

inteiramente a lcool. A substituio da gasolina pelo lcool relativamente

simples, bastando apenas alguns ajustes no motor, pois a queima do etanol

no ocorre de forma exatamente igual da gasolina. Antigamente, o motor

era ajustado de fbrica, de forma que o consumidor s poderia abastec-lo

com lcool ou gasolina. Na poca, havia no pas carros movidos a gasolina e

a lcool Atualmente os avanos tecnolgicos dos motores permitem a


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a lcool. Atualmente, os avanos tecnolgicos dos motores permitem a

utilizao dos dois combustveis, em quaisquer propores. So os carrosflex, que permitem ao consumidor escolher qual combustvel usar para

abastecer seu veculo.

O pr-lcool foi muito bem sucedido nos anos 70, mas perdeu flego

a partir do final da dcada de 1980, com o fim dos incentivos fiscais. Alm

disso, pelo fato de o pas ter descoberto imensas jazidas de petrleo na Baciade Campos, Estado do Rio de Janeiro, o pas diminuiu consideravelmente sua

dependncia do petrleo importado. O despertar do sculo XXI trouxe o

etanol novamente ao cenrio energtico brasileiro e mundial, em grande parte

devido aos problemas causados pelo aquecimento global. Hoje, o Brasil um

dos maiores produtores mundiais de lcool, com grande consumo interno e

exportaes crescentes.

No Brasil, o etanol produzido quase que exclusivamente da cana-de-

acar. No processo de produo, mostrado simplificadamente na Figura 30,

o caldo da cana parcialmente transformado em etanol e em acar comum,ou sacarose. O bagao queimado, gerando energia eltrica para as usinas e

cidades vizinhas, fechando o ciclo do biocombustvel. O resduo da destilao

do etanol, a vinhaa ou vinhoto, utilizado como adubo nas prprias

colheitas de cana.


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Figura 30- Processo de produo de etanol pela fermentao do caldo de

cana-de-acar.

Os Estados Unidos produzem o etanol a partir do milho; na Europa, a

beterraba a principal cultura utilizada para produzir lcool (Figura 31). O

etanol brasileiro se destaca do americano e do europeu pela eficincia

energtica, pois para cada unidade de energia utilizada na sua fabricao

possvel gerar at oito unidades. O etanol americano e europeu fica na faixa

de duas unidades para cada uma utilizada na sua produo. Essa diferena se

d pelo processo produtivo, com o aproveitamento energtico de

subprodutos, como o bagao, e pela eliminao do uso de fertilizantes. Istope nosso lcool em maior grau de competitividade no mundo.


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Figura 31- Cultura de cana-de-acar, utilizada no Brasil; milho, utilizado nos

Estados Unidos e beterraba, utilizada na Europa, para a produo do etanol.

A celulose est presente na membrana celular da maioria dos

vegetais, sendo um bioproduto bastante comum e abundante no mundo. Emtermos qumicos, a celulose composta de inmeras molculas de glicose

ligadas entre si, formando cadeias bastante grandes (Figura 32). Assim, seria

possvel imaginar que a produo de etanol a partir da celulose presente em

troncos de rvores, folhas, caules de diversas plantas, e no somente de

acares e materiais amilceos. Entretanto, a quebra da celulose em

molculas de glicose no to simples. Muitos pesquisadores esto tentando

viabilizar economicamente este processo, desenvolvendo enzimas especficas

para este fim. o chamado etanol celulsico, que pode abrir as portas para a

produo de biocombustveis em larga escala, podendo substituir grande

parte do petrleo produzido no mundo e diminuindo a presso pelo

suprimento de alimentos.


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O

O

O

O

CH2OH

CH2OH

CH2OH

CH2OH

OO

O OO

OH

OH

OH

OHOH

OH

OH

OH

Figura 32- Representao da estrutura parcial da celulose, mostrando aligao entre quatro unidades de glicose (a estrutura se prolonga

infinitamente). Note a estrutura cclica da glicose, a unidade fundamental de

construo da celulose.

O lcool deve abastecer apenas o veculo, nunca o motorista. lcool edireo no combinam. Quando uma pessoa ingere bebidas alcolicas, o

lcool passa rapidamente para sua corrente sangunea e transportado para

todas as partes do corpo. Isso leva poucos minutos, mas varia de acordo

com o metabolismo da pessoa e com a bebida consumida. Dentre outros

efeitos, o lcool diminui, significativamente, a percepo e o reflexo do

motorista, pondo em risco a conduo do veculo, a vida dos seus ocupantes,

de pedestres e de ocupantes de outros veculos. Para evitar acidentes no

trnsito, o governo brasileiro estabeleceu um limite de 0,2 g de lcool por

litro de sangue do condutor do veculo. Um valor acima de 0,6 g/L, que

equivale a aproximadamente trs latas de cerveja, pode levar o motorista

cadeia. Essa lei ficou conhecida popularmente como Lei Seca e podemos

represent-la pela Figura 33.


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p p g

Figura 33- Se beber no dirija, se for dirigir no beba.

interessante entender como medimos a concentrao de lcool no

sangue e como a Qumica est envolvida.

O sangue que circula em nosso corpo passa pelos pulmes. Logo,

caso uma pessoa faa uso de bebidas alcolicas, parte do lcool ir para os

pulmes. Desta forma, a concentrao de lcool exalado por ela serproporcional concentrao de lcool no sangue. Quando uma pessoa ingere

quantidades elevadas de lcool fica com o chamado bafo de bbado. A

polcia rodoviria do Brasil utiliza equipamentos sofisticados para detectar se

uma pessoa encontra-se ou no embriagada. o teste do bafmetro. De

forma bem simples, este teste consiste em uma reao qumica do etanol

com o dicromato de potssio (K2Cr2O7). O dicromato possui colorao

alaranjada, mas quando reage com etanol muda gradativamente a colorao,

passando a esverdeado. Isto se deve transformao do Cr6+ (laranja) para


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Cr

3+

(verde). Esta mudana de colorao pode ser monitorada e informar aopolicial o teor alcolico no sangue do motorista.

Portanto, para garantir sua segurana e de toda a populao, siga

risca a campanha educativa: Se for dirigir no beba; se beber no dirija.

5.3. Biogs: lixo virando energia

Outro tipo de fermentao de acares, gorduras e materiais

orgnicos pode ocorrer em condies com pouco oxignio, na presena de

micro-organismos. a chamada fermentao anaerbica (sem ar ou

oxignio)que produz metano como principal produto. O metano tambm

chamado de gs dos pntanos, porque formado em regies alagadias,

com baixa oxigenao, pela decomposio do material orgnico depositado

nos lagos. O mesmo processo pode ser utilizado de forma controlada para

produzir metano, a partir da decomposio de material orgnico, gerando ochamado biogs.

Em todo mundo (e cada vez mais), a sociedade recicla e trata o lixo

domstico, evitando os chamados lixes, que trazem doenas e contaminam

o solo. O uso de aterros sanitrios cumpre dois propsitos: evita a

contaminao do solo e a proliferao de doenas, e gera energia para


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5.4. Alimentos e biocombustveis: verdades e mitos

A popularizao do uso de biocombustveis como o lcool e o biodiesel


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trouxe tona a discusso sobre seus efeitos na produo e no preo dosalimentos. O etanol est associado cultura da cana-de-acar e aos materiais

amilceos. J o biodiesel influencia a cultura de oleaginosas, como a soja. Mas

como produzir cada vez mais, de forma eficiente, os biocombustveis sem

afetar a produo e o preo dos alimentos? Essa uma pergunta importante,

que todas as pessoas preocupadas com os problemas ambientais e sociais tmfeito diariamente.

O desenvolvimento do etanol celulsico, produzido a partir de qualquer

biomassa, pode diminuir enormemente o impacto da produo do lcool no

preo do acar no Brasil, e do milho e seus derivados nos Estados Unidos.

Esse processo de produo de etanol, quando desenvolvido economicamente,

poder utilizar restos de processamento de alimentos, como cascas, troncos,

folhas, palhas, ou mesmo vegetais que no so utilizados para consumo

alimentar, como a grama e pequenos arbustos. Isto pode ser uma revoluo na

produo de biocombustveis e aliviar sua presso sobre os alimentos. certoque a produo de etanol a partir do milho, nos Estados Unidos, afetou o preo

dos alimentos produzidos a partir desta cultura, sobretudo os cereais matinais

e raes para aves. No Brasil, o preo do acar varia com a safra e a produo

do etanol. A aposta de todo o mundo que o etanol celulsico ir virar este

jogo. Os Estados Unidos saram na frente e j possuem processos de produo

do etanol celulsico em escala semicomercial. O Brasil tambm tem seu

programa para produo deste biocombustvel e em breve deveremos ver

plantas de etanol celulsico, a partir da palha e do bagao da cana, espalhadas


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pelo pas.Em relao ao biodiesel, as presses so um pouco menores, pois o

leo de soja, primordialmente usado para produo deste biocombustvel,

um subproduto da indstria da soja. Porm, ele tambm utilizado para

alimentao, sendo o preferido para uso em frituras, o que pode criar um

conflito entre seu uso para produo de biodiesel ou alimentcio. Por enquanto,o biodiesel ainda ocupa uma frao pequena da matriz energtica brasileira,

mas a tendncia ganhar cada vez mais espao. Da a necessidade de se

procurar outras culturas, sobretudo aquelas de menor importncia alimentar.

Nesse mbito, podemos destacar o algodo, que produz principalmente fibras

de celulose para fins txteis, e o pinho-manso, que uma cultura perene e

que no utilizada para fins alimentcios.

Entretanto, a grande vedete para produo de biodiesel no futuro sero

as algas. Esta cultura tem inmeras vantagens, pois no muito usada como

alimento, cresce muito rapidamente, podendo duplicar seu peso em apenas 24

horas, possui alto teor de leo, podendo em alguns casos chegar a 70%, e no

requer grandes extenses de espao para seu cultivo. As algas podero vir a

ser a soluo para o biodiesel, assim como a celulose ser a soluo para a

produo de etanol no futuro. Alguns pases j produzem biodiesel de algas em

pequena escala, mas esta prtica dever ser muito comum nos prximos anos.

6


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Pilhas e baterias: a energia porttil

No Brasil, a energia eltrica gerada, principalmente, em usinas

hidreltricas e transportada at ns por meio de linhas de transmisso. A

necessidade de um meio fsico condutor limita a utilizao direta dessa

energia eltrica, sobretudo em equipamentos eltricos e eletrnicos portteis.

A portabilidade da energia eltrica, ou seja, o transporte da energia eltrica de

um lugar para outro sem o auxlio de fios s se tornou possvel com o

advento das pilhas e baterias. Esses dispositivos se tornaram to essenciais

que esto por toda a parte. Voc os encontra em carros, computadores,laptops e notebooks, rdios e tocadores de MP3, relgios, telefones

celulares, cmeras fotogrficas, lanternas, marca-passos, etc.

Estima-se que o consumo de pilhas e baterias por habitante, em

pases em desenvolvimento como o Brasil, seja de cinco unidades por ano.

Em pases industrializados alcana quinze unidades por ano. Assim, o

consumo mundial da ordem de dez bilhes de pilhas por ano. Em um futuro

prximo, a importncia desses dispositivos se tornar ainda maior, na

medida em que os carros eltricos se tornarem mais comuns. Dessa forma,

as pilhas e baterias ajudaro a diminuir os efeitos climticos associados

queima de combustveis fsseis em veculos automotores.

Pilhas e baterias so dispositivos capazes de transformar a energia


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qumica contida nos materiais que formam seus componentes em energiaeltrica. Mas como ocorre essa transformao? As pilhas e baterias

convertem a energia qumica em energia eltrica por meio de uma reao

chamada oxidao-reduo ou oxirreduo, que envolve a transferncia de

eltrons do material que sofre oxidao (perde eltrons) para aquele que

sofre reduo (recebe eltrons). Para entender como isso possvel, vamosao pargrafo seguinte.

Voc deve se lembrar que a matria constituda por tomos (Figura

35), e que esses tomos se ligam uns aos outros para formar os inmeros

compostos qumicos que conhecemos, inclusive aqueles que constituem as

pilhas e baterias. Os tomos so constitudos por partculas ainda menores:

os prtons, nutrons e eltrons. Os prtons e nutrons localizam-se na regio

central do tomo, o ncleo. Os eltrons, por sua vez, localizam-se ao redor do

ncleo, em uma regio chamada eletrosfera. Prtons e eltrons apresentam a

mesma carga eltrica, porm com sinais contrrios; prtons so positivos e

eltrons negativos. No somos capazes de perceber essa carga eltrica, pois

o nmero de prtons de um tomo , quase sempre, igual ao seu nmero de

eltrons, de modo que os compostos qumicos so, em geral, neutros.


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Figura 35- Estrutura do tomo.

Nas reaes de oxidao-reduo, os tomos de um determinadomaterial transferem alguns de seus eltrons para os tomos de outro

material, como mostra a Figura 36. A espcie que doa seus eltrons

chamada de agente redutor e encontra-se oxidado (com menos eltrons) ao

final do processo. J a espcie que recebe os eltrons chamada de agente

oxidante e encontra-se reduzida (com mais eltrons) ao fim da reao.


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Figura 36- Esquema que mostra a oxidao e a reduo de espcies

qumicas.

Por exemplo, ao mergulharmos uma placa de zinco em uma so

a_quimica_e_energia

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