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137Capítulo 3 • TERMOQUÍMICA
LEITURA
A PRODUÇÃO E O CONSUMO DE ENERGIA
A energia é vital para o ser humano — a começar pela energia reti-
rada dos alimentos, para sua nutrição. Desde os primórdios, quando
aprendeu a manipular o fogo para cozinhar seus alimentos e se aquecer,
o ser humano foi aumentando cada vez mais seu consumo de energia.
Durante muitos séculos, contou apenas com a energia de sua força
física, dos animais que foram sendo domesticados e da queima de le-
nha. A queima da madeira foi a principal fonte de energia, na Europa,
até o século XVIII, quando o aumento do consumo de energia trouxe a
preocupação com a devastação das florestas européias.
Atualmente, as principais fontes de energia são: o carvão mineral, o
petróleo e o gás natural.
Além do grande consumo de petróleo, o Brasil deve boa parte da
energia às suas usinas hidroelétricas. Períodos de seca prolongada, po-
rém, reduzem a quantidade de água nas represas, o que pode provocar
o racionamento de energia elétrica ou os apagões. Apressadamente, e
sem muito sucesso, procurou-se a alternativa das usinas termoelétricas.
Estas, no entanto, consomem grandes quantidades de combustível —
derivados do petróleo ou gás natural — e ocasionam poluição.
É bom lembrar que o carvão, o petróleo e o gás natural são fontes de energia:
• não-renováveis; portanto, mais cedo ou mais tarde, irão esgotar-se;
• poluidoras, pois os gases produzidos em suas combustões comprometem a atmosfera terrestre.
Considerando o aumento da população terrestre e o aumento de consumo de energia por habitante,
concluímos que a manutenção do desenvolvimento humano só será possível se houver:
• produção de mais energia, por meio de novos processos que sejam econômicos e não poluidores;
• economia de energia, com o uso de máquinas e aparelhos mais eficientes e com a reeducação de
pessoas e nações.
Vejamos então algumas fontes alternativas de energia.
a) Energia nuclear: As usinas atômicas atuais produzem energia pela fissão do urânio (combustível
não-renovável). A quantidade de energia produzida é grande (1 g de urânio-235 equivale a 13,7
barris de petróleo); o processo, porém, é caro e oferece o perigo de a radioatividade escapar em
caso de acidente. No futuro, outro caminho será a fusão de deutério e trítio, que poderá vir a se
tornar uma fonte de energia praticamente inesgotável.
Fontes: Agência Internacional de
Energia; Organização para Cooperação
e Desenvolvimento Econômico.
Carvão
36%
Óleo
9,5%
Energia renovável
(eólica, solar, etc.): 1,5%
Gás
natural
18%
Hidroelétrica
18%
Nuclear
17%
Oferta atual
Produção mundial de eletricidade, por
fonte
b) Biomassa: É o aproveitamento da energia acumulada nos vegetais (energia renovável). Há muitas
alternativas: pode-se usar cana-de-açúcar (ou outro material) para produzir álcool etílico; pode-se
queimar lenha mas também queimar resíduos, como cavacos de madeira, bagaço de cana, lixo,
etc.; pode-se fermentar o lixo orgânico, em biodigestores, para produzir metano.
Central nuclear de
Almaraz, Cáceres,
Espanha.
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c) Energia solar: Para a Terra, o Sol é a fonte de energia mais abundante, mais potente, gratuita e
praticamente infindável. Podemos dizer que praticamente todas as outras formas de energia deri-
vam ou derivaram da energia solar. Por isso, a humanidade está fazendo grandes esforços para
utilizar a energia solar por vários processos: o aquecimento solar de casas e edifícios; os coletores
solares de espelhos, que podem aquecer a água para gerar vapor e com ele acionar geradores de
energia elétrica; as células solares ou fotoelétricas, que permitem a conversão direta da energia
solar em eletricidade, como as que existem em máquinas de calcular, postos telefônicos em locais
isolados, automóveis de teste, satélites artificiais, etc.
d) Energia eólica (do vento): O velho moinho de
vento está sendo aperfeiçoado para produzir ener-
gia elétrica (a energia eólica é renovável). Nos Esta-
dos Unidos, principalmente no Estado da Califórnia,
existem campos recobertos desses modernos moi-
nhos de vento; no Brasil, o processo começa a ser
mais utilizado nos estados do Norte e do Nordeste.
Como dissemos no início, outra questão fundamental
é a da economia de energia.
Do ponto de vista tecnológico, a economia de ener-
gia deve resultar da pesquisa, visando à obtenção de no-
vos materiais e processos que proporcionem:
• melhor isolamento térmico de casas e edifícios em
países frios, para economizar aquecimento;
• melhor ventilação de casas e edifícios em países quen-
tes, para economizar ar-condicionado;
• aparelhos domésticos (fogões, geladeiras, etc.) mais
eficientes;
• melhor transmissão de energia elétrica através dos
fios condutores;
• automóveis com motores mais econômicos;
• motores a jato mais eficientes para os aviões; e assim
por diante.
Do ponto de vista social e político, esse problema é mais complicado. A economia de energia,
encarada como meta, exige das pessoas:
• renúncia de parte de seu conforto (uso de carros menores, eletrodomésticos menos potentes, etc.);
• maior comprometimento ecológico (não deixar lâmpadas e aparelhos elétricos ligados desnecessa-
riamente, tomar banhos quentes mais rápidos, etc.); e assim por diante.
E, de modo geral, requer das nações:
• melhor planejamento na produção e distribuição da energia elétrica;
• transportes coletivos (trens, metrôs, ônibus, etc.) mais eficientes; e assim por diante.
Tudo isso é muito complicado, pois exige uma reeducação total — tanto das pessoas, individualmen-
te, como das nações, por inteiro.
Central eólica de Tarifa, Cádiz, Espanha.
Painéis de aquecimento solar no telhado de uma casa.Máquina de calcular alimentada
por célula solar.
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139Capítulo 3 • TERMOQUÍMICA
Na comparação das eficiências, em termos globais, entre esses dois processos (direto e indireto), verifica-se que:
a) a menor eficiência de P2 deve-se, sobretudo, ao baixo rendimento da termoelétrica.
b) a menor eficiência de P2 deve-se, sobretudo, ao baixo rendimento na distribuição.
c) a maior eficiência de P2 deve-se ao alto rendimento do aquecedor elétrico.
d) a menor eficiência de P1 deve-se, sobretudo, ao baixo rendimento da fornalha.
e) a menor eficiência de P1 deve-se, sobretudo, ao alto rendimento de sua distribuição.
109 (Enem-MEC) No Brasil, o sistema de transporte depende do uso de combustíveis fósseis e de biomassa, cuja energia é
convertida em movimento de veículos. Para esses combustíveis, a transformação de energia química em energia mecâ-
nica acontece:
a) na combustão, que gera gases quentes para mover os pistões no motor.
b) nos eixos, que transferem torque às rodas e impulsionam o veículo.
c) na ignição, quando a energia elétrica é convertida em trabalho.
d) na exaustão, quando gases quentes são expelidos para trás.
e) na carburação, com a difusão do combustível no ar.
110 (Enem-MEC) Nos últimos anos, o gás natural (GNV: Gás Natural Veicular) vem sendo utilizado pela frota de veículos
nacional, por ser viável economicamente e menos agressivo do ponto de vista ambiental.
O quadro compara algumas características do gás natural e da gasolina em condições ambientes.
106 (Enem-MEC) Em usinas hidrelétricas, a queda da água move turbinas que acionam geradores. Em usinas eólicas, os
geradores são acionados por hélices movidas pelo vento. Na conversão direta solar-elétrica são células fotovoltaicas que
produzem tensão elétrica. Além de todos produziremeletricidade, esses processos têm em comum o fato de:
a) não provocarem impacto ambiental.
b) independerem de condições climáticas.
c) a energia gerada poder ser armazenada.
d) utilizarem fontes de energia renováveis.
e) dependerem das reservas de combustíveis fósseis.
107 (Enem-MEC) Os números e cifras envolvidos, quando lidamos com dados sobre produção e consumo de energia em nosso
país, são sempre muito grandes. Apenas no setor residencial, em um único dia, o consumo de energia elétrica é da ordem
de 200 mil MWh. Para avaliar esse consumo, imagine uma situação em que o Brasil não dispusesse de hidrelétricas e
tivesse de depender somente de termoelétricas, onde cada kg de carvão, ao ser queimado, permite obter uma quantidade
de energia da ordem de 10 kWh. Considerando que um caminhão transporta, em média, 10 toneladas de carvão, a
quantidade de caminhões de carvão necessária para abastecer as termoelétricas, a cada dia, seria de ordem de:
a) 20 b) 200 c) 1.000 d) 2.000 e) 10.000
108 (Enem-MEC) Na comparação entre diferentes processos de geração de energia, devem ser considerados aspectos econô-
micos, sociais e ambientais. Um fator economicamente relevante nessa comparação é a eficiência do processo. Eis um
exemplo: a utilização do gás natural como fonte de aquecimento pode ser feita pela simples queima num fogão (uso
direto) ou pela produção de eletricidade em uma termoelétrica e uso de aquecimento elétrico (uso indireto). Os rendi-
mentos correspondentes a cada etapa de dois desses processos estão indicados entre parênteses no esquema.
Apesar das vantagens no uso de GNV, sua utilização implica algumas adaptações técnicas, pois, em condições ambientes,
o volume de combustível necessário, em relação ao de gasolina, para produzir a mesma energia, seria:
a) muito maior, o que requer um motor muito mais potente.
b) muito maior, o que requer que ele seja armazenado a alta pressão.
c) igual, mas sua potência será muito menor.
d) muito menor, o que torna o veículo menos eficiente.
e) muito menor, o que facilita sua dispersão para a atmosfera.
Densidade (kg/m3) Poder calorífico (kJ/kg)
GNV 0,8 50.200
Gasolina 738 46.900
P1
(uso direto)
Calor liberadoFornalha de gás (0,70)Gás
gasoduto (0,95)
Distribuição por
P2
(uso indireto) Gás liberado Calor
Aquecedor elétrico
(0,85)
Termoelétrica
(0,40) elétrica (0,90)
Distribuição
Responda em
seu cadernoQuestões sobre a leitura
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111 (UFMG) Combustíveis orgânicos liberam CO2 em sua combustão. O aumento da concentração de CO2 na atmosfera
provoca um aumento do efeito estufa, que contribui para o aquecimento do planeta. A tabela abaixo informa o valor
aproximado da energia liberada na queima de alguns combustíveis orgânicos, a 25 °C.
Combustível Fórmula Energia liberada (kJ " mol#1)
Etanol C2H5OH 1.400
Metano CH4 900
Metanol CH3OH 730
n-octano C8H18 5.600
O combustível que apresenta o maior quociente energia liberada/quantidade de CO2 produzido é o:
a) metanol b) n-octano c) etanol d) metano
112 (Fatec-SP) A escolha de um combustível para determinado tipo de veículo depende de vários fatores. Em foguetes, por
exemplo, é importante que a massa de combustível a bordo seja a menor possível; em automóveis, é conveniente que o
combustível não ocupe muito espaço.
Considerando esses aspectos, analise a tabela a seguir:
Hidrogênio (H2) 142 13
Octano (C8H18) 48 3,8 " 104
Metanol (CH3OH) 23 1,8 " 104
Combustível
Energia liberada por
litro de combustível
queimado (kJ/L)
Energia liberada por
grama de combustível
queimado (kJ/g)
Levando-se em conta apenas esses critérios, os combustíveis mais adequados para propulsionar um foguete e um automó-
vel seriam, respectivamente:
a) metanol e hidrogênio. c) hidrogênio e octano. e) octano e hidrogênio.
b) metanol e octano. d) hidrogênio e hidrogênio.
113 (PUC-MG) Quando gorduras e óleos se inflamam produzindo grandes chamas, geralmente causam às donas de casa sérios
problemas. Por isso, muitas cozinheiras cuidadosas têm sempre à mão bicarbonato de sódio (NaHCO3), pois os produtos
obtidos de sua decomposição ajudam a apagar as chamas. Sabe-se que as entalpias padrão de formação do bicarbonato de
sódio, carbonato de sódio, gás carbônico e vapor de água são, respectivamente, #947 kJ/mol, #1.131 kJ/mol, #394 kJ/mol,
#242 kJ/mol. A variação de entalpia (∆H) da reação de decomposição do bicarbonato de sódio, em kJ/mol, é igual a:
2 NaHCO3 (s) Na2CO3 (s) " H2O (v) " CO2 (g)
a) "127 c) "254,0 e) #127
b) "63,5 d) #63,5
114 (UFRJ) 350 g de uma solução aquosa de hidróxido de sódio, a 20 °C, e 350 g de uma solução aquosa de ácido perclórico,
também a 20 °C, foram misturados em um recipiente termicamente isolado, produzindo uma solução neutra.
Esse processo fez com que a temperatura final dos 700 g de solução atingisse 30 °C, devido à liberação de calor da reação
de neutralização.
a) Admitindo que 1 caloria aumenta em 1 °C a temperatura de 1,0 grama da solução final e que
H" (aq) " OH# (aq) H2O (l) ∆H % #14.000 cal
calcule a massa de hidróxido de sódio contida na solução básica original.
b) Escreva a fórmula química do sal formado por essa reação.
115 (Cesgranrio-RJ) As reações de combustão parcial e total do metano são, respectivamente:
CH4 (g) "
3
2
O2 (g) CO (g) " 2 H2O (l) ∆H (nas condições padrão) % #607,2 kJ/mol
CH4 (g) " 2 O2 (g) CO2 (g) " 2 H2O (l) ∆H % x
São os seguintes os valores aproximados dos calores de formação padrão:
H2O (l): ∆H0
f % #285,8 kJ/mol; CO (g): ∆H 0
f % –110,5 kJ/mol; CO2 (g): ∆H0
f % #393,5 kJ/mol.
Assim, o valor do ∆H da reação de combustão total (x), em kJ/mol, é, aproximadamente:
a) zero c) #682,1 e) #965,1
b) #607,2 d) #890,2
∆
DESAFIOS Registre as respostas
em seu caderno
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141Capítulo 3 • TERMOQUÍMICA
116 (Unicamp-SP) A hidrazina (H2N k NH2) tem sido utilizada como
combustível em alguns motores de foguetes. A reação de com-
bustão que ocorre pode ser representada, simplificadamente, pela
seguinte equação:
H2N NH2 (g) " O2 (g) N2 (g) " 2 H2O (g)
A variação de entalpia dessa reação pode ser estimada a partir
dos dados de entalpia das ligações químicas envolvidas. Para
isso, considera-se uma absorção de energia quando a ligação
é rompida, e uma liberação de energia quando a ligação é
formada. A tabela ao lado apresenta dados de entalpia por
mol de ligações rompidas.
a) Calcule a variação de entalpia para a reação de combustão
de um mol de hidrazina.
b) Calcule a entalpia de formação da hidrazina sabendo-se que
a entalpia de formação da água no estado gasoso é de
#242 kJ " mol#1.
117 (UFRJ) Uma quantidade de x litros de gás hidrogênio é coloca-
da para reagir com y litros de gás cloro em um reator cilíndrico
de raio r, dotado de um êmbolo móvel localizado inicialmente
na altura h0, conforme indicado na figura ao lado.
a) Considerando que o líquido de refrigeração, que circula ex-
ternamente ao cilindro, mantém a temperatura constante,
determine o valor de h após o término da reação.
b) Sabendo-se que o calor de formação do HCl é de #92 kJ/mol,
explique por que, sem o processo de refrigeração, o valor de h
será maior que h0.
Ligação Entalpia (kJ " mol#1)
H H 436
H O 464
N N 163
N N 514
N N 946
C H 413
N H 389
O O 498
O O 134
C O 799
Líquido de
refrigeração
h0
118 (ITA-SP) Num cilindro, provido de um pistão móvel sem atrito, é realizada a combustão completa de carbono (grafita). A
temperatura no interior do cilindro é mantida constante desde a introdução dos reagentes até o final da reação.
Considere as seguintes afirmações:
I. A variação da energia interna do sistema é igual a zero.
II. O trabalho realizado pelo sistema é igual a zero.
III. A quantidade de calor trocada entre o sistema e a vizinhança é igual a zero.IV. A variação da entalpia do sistema é igual à variação da energia interna.
Dessas afirmações, está(ão) correta(s):
a) apenas I. c) apenas I, II e III. e) apenas III e IV.
b) apenas I e IV. d) apenas II e IV.
119 (Vunesp) Na fabricação de chapas para circuitos eletrônicos, uma superfície foi recoberta por uma camada de ouro, por
meio de deposição a vácuo.
a) Sabendo que para recobrir essa chapa foram necessários 2 $ 1020 átomos de ouro, determine o custo do ouro usado
nesta etapa do processo de fabricação. Dados: N0 % 6 $ 1023; massa molar do ouro % 197 g/mol; 1 g de ouro % R$ 17,00.
(Folha de S.Paulo, 20 ago. 2000).
b) No processo de deposição, ouro passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso. Sabendo que a entalpia de
sublimação do ouro é 370 kJ/mol, a 298 K, calcule a energia mínima necessária para vaporizar essa quantidade de ouro
depositada na chapa.
120 (Unicamp-SP) Os alimentos, além de nos fornecerem as substâncias constituintes do organismo, são também fontes de
energia necessária para nossas atividades.
Podemos comparar o balanço energético de um indivíduo após um dia de atividades da mesma forma que comparamos
os estados final e inicial de qualquer processo químico.
O gasto total de energia (em kJ) por um indivíduo pode ser considerado como a soma de três usos corporais de energia:
1. gasto metabólico de repouso (4,2 kJ/kg por hora);
2. gasto energético para digestão e absorção dos alimentos, correspondente a 10% da energia dos alimentos ingeridos;
3. atividade física, que para uma atividade moderada representa 40% do gasto metabólico de repouso.
a) Qual seria o gasto energético total de um indivíduo com massa corporal de 60 kg, com atividade moderada e que
ingere o equivalente a 7.600 kJ por dia?
b) Considerando-se que 450 g de massa corporal correspondem a aproximadamente 15.000 kJ, qual é o ganho (ou
perda) desse indivíduo por dia, em gramas?
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