Conversão de Energia e as Reações Químicas

Para que nós e o Universo continuemos a existir é necessário que haja energia. Além disso, sem energia o desenvolvimento de nossa sociedade seria inviável. Nosso corpo precisa de energia para realizar as atividades do cotidiano, o carro que andamos precisa da energia dos combustíveis, os equipamentos eletrônicos, que hoje “não vivemos sem”, precisam da energia vinda das pilhas ou baterias, os eletrodomésticos em casa, como geladeira, cafeteira, torradeira, televisão, entre outros, precisam da energia elétrica para funcionar.

Enfim, estamos cercados de diferentes tipos de energia, usando-a e referindo-nos a ela todos os dias. Mas, isso levanta várias perguntas interessantes:

• O que é energia?
• De onde ela vem?
• Quais são os diferentes tipos de energia?
• Como ocorre a conversão entre os diferentes tipos de energia?
• De que forma um combustível, como o a gasolina, o etanol e o óleo diesel, pode gerar energia?

Vejamos se conseguimos esclarecer essas questões.

O termo energia vem do grego energéia, que significa “força” ou “trabalho”. Assim, um conceito que é bem aceito atualmente para definir “energia” é “a capacidade para realizar trabalho”.

No final do século XVIII, Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) enunciou uma lei fundamental ao Universo, chamada de Lei de Conservação da Massa, que dizia:

“Em uma reação química feita em recipiente fechado, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos.”

Atualmente, essa lei é mais conhecida da seguinte forma:

“Na natureza nada se cria, nada se perde; tudo se transforma.”

É exatamente isso o que ocorre com a energia, ela não pode ser criada nem destruída; mas apenas transformada. Portanto, todos os tipos de energia são transformações de outros tipos de energia. Veja algumas dessas conversões:

• Energia Potencial em Energia Cinética: Um arco possui energia potencial elástica (ao ser esticado) e essa energia é convertida em energia cinética, quando a flecha é atirada;

• Energia Potencial em Energia elétrica: Nas usinas hidrelétricas, a energia potencial acumulada da queda d’água é transmitida até as casas, comércios e indústrias na forma de energia elétrica;

• Energia Elétrica em Energia Térmica: Numa torradeira ou num chuveiro elétrico, ou mesmo num ferro de passar roupas, estamos transformando a energia elétrica da tomada em calor;

• Energia Térmica em Energia Cinética: Num sistema formado por um cilindro provido de êmbolo móvel, se ele for aquecido por meio de uma lamparina, o ar no interior do cilindro será expandido e elevará o êmbolo;
• “Energia Química” em Energia Mecânica: A energia química contida nas moléculas dos combustíveis, como a gasolina, o etanol ou o diesel, é transformada por meio de reações em energia térmica e mecânica, o que faz o carro se movimentar.

• “Energia Química” em Energia Elétrica: Numa pilha ou bateria, a energia química contida nas moléculas das substâncias presentes nelas é transformada em energia elétrica, fazendo os equipamentos eletrônicos funcionarem.

Para entendermos como as energias envolvidas nos processos químicos podem ser transformadas em outros tipos de energia, temos de entender alguns aspectos relacionados às reações químicas.

Por exemplo, na queima dos combustíveis dos automóveis ocorre a quebra das ligações químicas dos reagentes e a formação de novas ligações químicas, que originam os produtos. Um caso é mostrado abaixo, que é a combustão do etanol. O etanol é o combustível e o oxigênio do ar é o comburente. As ligações desses dois compostos são desfeitas e são formadas as ligações do gás carbônico e da água. Além disso, é liberado calor para o meio, ou seja, energia química foi transformada em energia térmica e, posteriormente, será transformada em energia mecânica para fazer o carro andar.

CH₃CH₂OH_(l) + 3 O_2(g) → 2 CO_2(g) + 3 H₂O_(g)+ energia térmica
     ^{combustível      comburente           produtos}

Então, vamos entender de onde veio essa energia térmica que foi liberada ou transformada. O etanol e o gás oxigênio são formados por átomos ligados entre si, as atrações e repulsões entre essas partículas subatômicas originam uma energia potencial nessas substâncias, que é denominada de “energia química”. Mas, para cada tipo de ligação química existe um conteúdo energético diferente, o que significa que as energias químicas dos produtos são diferentes das dos reagentes.

Assim, no momento das reações químicas, quando as ligações dos reagentes são quebradas e as ligações dos produtos são formadas, há perca e ganho de energia. Se a energia das ligações dos reagentes for maior que a dos produtos, a energia excedente será liberada para o meio, como ocorreu no caso do etanol, na forma de calor. Essa reação é denominada exotérmica (que libera calor).

No entanto, se a energia das ligações dos reagentes for menor que a energia das ligações dos produtos, então precisaríamos fornecer calor para vencer essa diferença e a reação ocorrer. Quando há essa absorção de calor, dizemos que a reação é endotérmica.

Toda reação de combustão é exotérmica, libera calor. É por isso que na queima dos combustíveis conseguimos a energia necessária para fazer funcionar determinado objeto que queremos.

Existe, porém, outro fator que influencia nessas reações. Trata-se da energia de ativação, que é a energia mínima necessária para que uma reação ocorra.

Essa energia precisa ser primeiro fornecida ao sistema para que a reação ocorra. Isso acontece, por exemplo, no caso da combustão da gasolina. Não basta que ela esteja em contato com o oxigênio do ar para poder reagir, é preciso o fornecimento de energia, que é realizado no motor a explosão por meio de uma fagulha elétrica proporcionada pela vela, que é um dispositivo eletrônico que fica no interior do cilindro.

Com a energia da fagulha elétrica, atinge-se a energia de ativação e a gasolina reage com o oxigênio. No final, essa energia fornecida é devolvida ao sistema e o calor final liberado é em função apenas das energias de reagentes e produtos.

Videoaula relacionada: