Romeu e Julieta - O Garrafão da combustão

 Esse experimento faz parte da Coleção "Romeu e Julieta: uma paixão científica". Ele é o terceiro da cena “Duelo” e consiste em um garrafão de água mineral vazio e sem tampa, onde é colocada uma pequena quantidade de álcool liquido que se vaporiza após se agitar bastante o garrafão. Em seguida é jogado um palito de fósforos em chamas dentro do garrafão e surge um grande jato de chamas.

  Materiais necessários

• Um garrafão de água mineral vazio e sem defeitos;
• Uma caixa de fósforos;
• 40 mL de álcool 96ºGL;
• Um béquer de 50 mL

O que observamos?

     A formação de um grande jato de fogo de fogo que muda de cor e um grande barulho.

Por que isso acontece?

     A pressão de vapor do álcool etílico (etanol) é alta e por isso ele é um líquido muito volátil. Os líquidos voláteis mudam de estado físico – do líquido para o gasoso – com grande facilidade. É isso o que acontece com o álcool etílico quando ele é colocado dentro do garrafão. Em outras palavras, o álcool evapora quando se sacode o garrafão. Apesar de parecer não haver mais nada lá dentro, ao colocarmos o palito de fósforo aceso o vapor imediatamente entra em combustão. Semelhante com o que acontece no interior da lata explosiva, o vapor invisível de álcool se mistura com o ar presente dentro do garrafão e, por isso, se queima rapidamente, criando um jato de fogo. A combustão do etanol pode ser representada pela equação a seguir:

                                 C2H60(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g) + calor

     O jato de fogo é formado porque a pressão dentro da garrafa aumenta muito rapidamente.

     Segundo a primeira lei da termodinâmica, que pode ser representada pela equação de Van der Walls para um gás ideal (PV = nRT), a variação da temperatura e/ou do número de mols são diretamente proporcionais à variação da pressão de um sistemas com volume constante. No nosso experimento houve variação, tanto do número de mols como da temperatura do sistema:

     1) Pela estequiometria da equação podemos observar que 1 mol de etanol reage com 3 mols de gás oxigênio produzindo 2 mols de gás carbônico e 3 mols de vapor de água, ou seja, 4 mols de reagentes se transformam e 5 mols de produtos. Como 1 mol de qualquer gás a 25ºC ocupa o mesmo volume ( 22,4 L), percebemos facilmente que a pressão no interior do garrafão de fato aumentou. Uma vez que o número de mols de gases no seu interior aumentou após a combustão. Então, a reação química (um fenômeno químico) produziu certa variação na pressão interna do garrafão (um fenômeno físico).

     2) Além disso, a combustão é uma reação química altamente exotérmica, ou seja, libera calor. Pois bem, esse calor produzido foi absorvido imediatamente pelos gases. Segundo o modelo cinético dos gases, quanto mais energia eles absorvem mais agitadas ficam as suas moléculas e, conseqüentemente, os gases se expandem. Uma vez em expansão eles passam a ocupar mais espaço em sistemas abertos ou aumentam a pressão interna em sistemas fechados, como ocorreu no nosso garrafão.

Créditos: Ramon Sena Vasconcelos