Debaixo do capô: a química das viaturas — Cynthia Chubbuck

Vejam a lição completa em: http://ed.ted.com/lessons/under-the-hood-the-chemistry-of-cars-cynthia-chubbuck

Há mais de mil milhões de carros no mundo neste momento, para transportar pessoas do ponto A para o ponto B. Mas os carros não são apenas um meio de transporte; também nos dão uma excelente lição de química. Cynthia Chubbuck navega pela química complexa que os motores dos carros sofrem e que os protegem de demasiado calor e de demasiado frio.

Lição de Cynthia Chubbuck, animação de FOX Animation Domination High-Def.

Há hoje no mundo inteiro
mais de mil milhões de carros,

que levam as pessoas
onde elas precisam de ir,

mas os carros não são apenas
um meio de transporte,

também são uma lição de química
à espera de ser ensinada.

O processo de pôr o carro em marcha
começa nos cilindros do motor,

onde um jato de gasolina
do injetor de combustível

e um pouco de ar da válvula de admissão

misturados, antes da ignição
por uma faísca,

formam gases que se expandem
e empurram o pistão.

Mas a combustão é uma reação
exotérmica, ou seja, liberta calor.

Muito calor.

Embora grande parte deste calor
saia pelo tubo de escape,

o calor que resta no motor,

precisa de ser absorvido,
transportado e dissipado

para proteger os componentes de metal
contra a deformação ou mesmo a fusão.

É aqui que entra
o sistema de arrefecimento.

Há um líquido a circular
através do motor

mas que tipo de líquido
pode absorver todo esse calor?

A água pode parecer
a primeira escolha óbvia.

Afinal, o calor específico,

a quantidade de energia exigida
para aumentar a temperatura

de uma determinada quantidade
num grau Celsius

é mais alta do que qualquer
outra substância vulgar.

E temos muita energia calórica a absorver.

Mas o uso da água
pode meter-nos em grandes sarilhos,

porque o ponto de congelação
é de zero graus Celsius.

Como a água se dilata
quando congela,

um inverno frio pode significar

um radiador rachado
e um motor danificado,

uma perspetiva arrepiante.

Considerando o calor
que os motores dos carros atingem

o relativamente baixo ponto de ebulição
de 100 graus Celsius

pode levar a uma situação
que queimaria qualquer um.

Portanto, em vez de água,
usamos uma solução,

uma mistura homogénea
formada por um soluto e um solvente.

Algumas das propriedades das soluções
variam consoante a proporção do soluto.

Chamam-se propriedades coligativas
e, por sorte, incluem

a redução do ponto de congelação
e o aumento do ponto de ebulição.

Assim, as soluções têm um ponto
de congelação mais baixo

e um ponto de ebulição mais alto
do que um solvente puro.

Quanto maior for a quantidade do soluto,
maior será a diferença.

Porque é que estas propriedades mudam?

Primeiro, é preciso perceber
que a temperatura é uma medida

da energia cinética média da partícula.

Quanto mais frio estiver o líquido,
menos energia desta haverá

e mais devagar se movem as partículas.

Quando um líquido congela,
as moléculas abrandam

o suficiente para as forças
atrativas atuarem umas sobre as outras,

organizando-se numa estrutura de cristal.

Mas a presença de partículas do soluto
mete-se no meio destas atrações,

exigindo uma solução para serem
ainda mais arrefecidas,

antes de esses arranjos poderem ocorrer.

Quanto ao ponto de ebulição,
quando um líquido ferve

produz bolhas cheias de vapor,

mas, para se formar uma bolha,
a pressão do vapor tem que ser tão forte

como a da atmosfera que está sempre
a pressionar a superfície do líquido.

À medida que o líquido é aquecido,
a pressão do vapor aumenta

e, quando fica igual
à pressão atmosférica,

formam-se as bolhas e ocorre a ebulição.

A pressão do vapor de uma solução
é mais baixa do que a de um solvente puro,

por isso tem que ser aquecido
a uma temperatura mais alta,

antes de poder igualar
a força da atmosfera.

Como um bónus acrescido,
a pressão no radiador

mantém-se acima da pressão atmosférica,

aumentando o ponto de ebulição
com mais 25 graus Celsius.

A solução vulgarmente usada
para o sistema de arrefecimento dum carro

é uma mistura 50/50
de etilenoglicol e água.

que congela a -37 graus Celsius
e ferve a 106 graus Celsius.

Na proporção muito recomendada
de 70 para 30,

o pinto de congelação
ainda é mais baixo, a -55 graus Celsius

e o ponto de ebulição aumenta
para 113 graus Celsius.

Como veem, quanto mais
etilenoglicol juntarmos,

maior proteção obtemos.

Então, porque não aumentamos
ainda mais?

Acontece que não podemos ter
demasiado de uma coisa boa

porque em proporções mais altas,

o ponto de congelamento
começa a andar para trás.

As propriedades da solução

começam a aproximar-se
das propriedades do etilenoglicol,

que congela a -12,9 graus Celsius,

uma temperatura mais alta
do que atingida por aquela solução.

A solução flui através do motor,
absorvendo o calor pelo caminho.

Quando atinge o radiador,
é arrefecido por uma ventoinha,

assim como pelo ar que entra
pela frente do carro

antes de regressar ao compartimento
do motor quente.

Portanto, um líquido
de arrefecimento do motor

tem que ter um alto calor específico,

um ponto de congelação rápido
e um ponto de ebulição alto.

Mas, em vez de procurar
pelo mundo inteiro o líquido perfeito

para resolver esse problema,

podemos criar a nossa solução.