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POR QUE A AGUA APAGA O FOGO?

Posted by o nerd da quimica on September 14, 2012 at 8:05 PM

Por que a água apaga o fogo?

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Todo mundo já conhece este fato desde que a humanidade surgiu: a água consegue apagar o fogo. Para extinguir um fogo, a solução é simplesmente jogar água que ele já era. Isso é uma coisa tão comum que não nos apercebemos de sua importância, e diante de um fenômeno assim tão comum ninguém ousa questionar este fato. Mas a pergunta é: o que faz com que a água consiga fazer parar o fogo? Qual é o magnífico mecanismo oculto neste fenômeno tão trivial? Só um nerd mesmo pra perguntar isso, não é? Pois bem. Lá vai um outro nerd responder a esta pergunta, explicar cada detalhe...

Pois é. Apesar de tão simples, poucos entendem os princípios por trás desse fenômeno. Muitas teorias (várias das quais esdrúxulas) foram elaboradas neste sentido desde a antiguidade. Para os gregos dos tempos de Aristóteles, a água e o fogo eram "elementos" opostos que se anulavam. Como? Ninguém sabia. Muitos levavam as explicações para o lado místico: diziam ser "coisa dos deuses", um fenômeno sobrenatural e blá blá blá. Até o surgimento da ciência tal como a conhecemos, nenhuma explicação plausível era conhecida para este fato.

Apagar o fogo com água não é um fenômeno assim tão simples: envolve vários princípios químicos importantes, aqueles que muita gente odeia ter de estudar (por que, será?!), tais como o calor específico, o efeito da superfície de contato, reações de óxido-redução, ligações intermoleculares, termoquímica, etc. Algo tão simples e fácil que poderia ser uma pauta interessante e bem prática nas aulas de Química.

Bem, agora vamos parar com toda esta conversa e ir logo aonde interessa.

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Para que uma reação de combustão ocorra, é necessária a presença obrigatória dos componentes acima. Se apenas um deles for removido, a combustão se torna inviável.

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Todos devem saber que a combustão comum só ocorre na presença de oxigênio. E para o processo começar precisa de um pontapé inicial: um pequeno investimento de calor necessário para se alcançar a energia de ativação, que é a energia necessária para se iniciar a reação. A reação de combustão é uma reação de óxido-redução onde o O2 é o agente oxidante e o combustível, seja ele qual for, é o agente redutor. Também é uma reação espontânea e fortemente exotérmica. E o mais importante: o calor gerado na primeira reação é mais que o suficiente para iniciar uma segunda, já que fornece a ela uma parte do calor liberado que a faz atingir a energia de ativação. Como mais e mais calor é liberado, inicia-se uma reação em cadeia auto-sustentada que pode continuar indefinidamente caso haja combustível e oxigênio suficiente. Além disso, quanto maior a superfície de contato, mais intensa será a reação. Por causa disso que os combustíveis gasosos queimam muito mais facilmente que os líquidos, que queimam mais fácil que os sólidos. A água afeta todos estes processos.

A água consegue apagar o fogo pelos seguintes motivos:

1- Inércia à combustão

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A água não sofre reação de combustão.

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A água não pega fogo. Por isso, ao ser jogada sobre uma fogueira, ela não o alimenta. Na verdade ela acaba atrapalhando a queima: ela fica no meio do material combustível ocupando o espaço de modo que as moléculas de O2 e combustível fiquem mais distantes entre si. Com isso o oxigênio do ar "demora mais" para achar o material combustível no meio da água e combinar com ele, diminuindo o rendimento da reação, o que acaba diminuindo a velocidade da combustão. Isso leva aos acontecimentos do item n° 2 abaixo, devido à redução do contato entre o combustível e o comburente.

Por que a água não queima? A resposta é simples: porque ela já é um produto de combustão (ela é gerada na queima do gás hidrogênio e de combustíveis orgânicos, como álcool, hidrocarbonetos, etc). Os hidrogênios do H2O já estão completamente oxidados, enquanto o oxigênio está totalmente reduzido. Neste caso o oxigênio da água teria de ser oxidado do estado -2 (no H2O) para o -1 (no H2O2), o que é um processo extremamente difícil nas condições normais, já que este estado é menos estável. "Oxidar o oxigênio" não soa estranho para você? É algo que vai contra a própria natureza do elemento, que busca sempre ser reduzido para o nox -2. A oxidação da água (formando água oxigenada, H2O2) é um processo altamente endotérmico (portanto não espontâneo) que leva à formação de um produto bem menos estável que tende a reverter aos reagentes iniciais. Todos os oxigênios envolvidos (o da água e os do ar), após reagir, ficariam em um estado "menos confortável" do que o presente antes da reação, pois o nox -1 do oxigênio é termodinamicamente instável. O calor da combustão do combustível não é suficiente para induzir esta reação e uma vez iniciada, ela não se perpetua. Portanto, a queima da água é um processo inviável e totalmente fora de cogitação. Vale o ditado: "quem não ajuda, só atrapalha!"

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2- Diminuição da superfície de contato

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A água ocupa espaço reduzindo o contato entre as moléculas de combustível e O2.

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A água, por ser líquida, acaba se espalhando sobre o material combustível encharcando-o. O combustível sólido geralmente fica recoberto por um filme de água que impede o contato entre ele e o oxigênio do ar. Como a água não queima e recobre o combustível reduzindo enormemente sua superfície de contato, acaba bloqueando o acesso do O2 e, por isso, a reação pode deixar de ocorrer.

No caso de combustíveis líquidos solúveis em água, como o álcool e a acetona por exemplo, a água acaba diluindo o material, o que também dificulta o acesso do oxigênio. Devido à maior distância entre as moléculas do combustível e oxigênio, muito do calor liberado se perde, dificultando a reação em cadeia. Com menos calor liberado, mais difícil é sustentar e manter o fogo. A combustão fica prejudicada e ocorre tão lentamente que pode parar. Isso geralmente ocorre com combustíveis sólidos ou líquidos solúveis, mas não muito com líquidos insolúveis e gases, que permanecem separados da água.

Além disso, o vapor de água liberado acaba ocupando o espaço em volta da chama, diminuindo a concentração relativa de oxigênio no ar do local. Deste modo ele também impede o contato entre comburente e combustível. E há ainda o negócio do calor específico...

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3- Calor específico alto

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A água é uma das substâncias que possui o calor específico mais alto.

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A água tem um elevado calor específico: para evaporar, ela absorve uma quantidade absurda de calor. Isso acontece porque as moléculas de H2O estão bem presas umas às outras por fortes ligações de hidrogênio. Para passarem ao estado gasoso, as moléculas de água precisam se desvencilhar umas das outras rompendo as ligações de hidrogênio, o que requer uma grande quantidade de energia térmica. Este é o principal motivo pelo qual a água extingue o fogo: ela drena todo o calor necessário para perpetuar o processo de combustão. Como a combustão é uma reação em cadeia e parte do calor liberado é necessário para induzir um novo processo, a água absorve todo esse calor e acaba, por isso, "matando" o fogo. Com a água presente, a combustão entra num beco sem saída. Xeque-mate! O fogo já era. E o interessante é que a H2O absorve uma quantidade imensa de calor sem alterar muito sua temperatura, o que acaba sendo uma vantagem a mais para torná-la tão eficiente.

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Para se vaporizar, a água líquida deve romper todas as suas ligações de hidrogênio, o que requer muita energia térmica.

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Só para lembrar: o calor específico da água é igual a 1. Isso significa que 1g de água absorve 1 caloria (1 cal) para elevar sua temperatura em 1°C. Para atingir seu ponto de ebulição (100°C) partindo da temperatura ambiente (cerca de 25°C), a mesma quantidade de H2O precisa absorver 75 cal de energia térmica. 1 litro de água (equivale a 1 quilo) absorve 1000 calorias  para aumentar sua temperatura em apenas um grau! É muita coisa, não é mesmo? Poucas substâncias têm um calor específico tão elevado quanto a água.

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1g de H2O absorve 1 cal por grau.

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Resumindo: a água não é afetada pela combustão, ocupa espaço atrapalhando a aproximação entre oxigênio e combustível reduzindo a superfície de contato entre eles e rouba o calor necessário para se chegar à energia de ativação que mantém vivo o fogo. E tudo isso ao mesmo tempo!

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Exceções

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1)  2)  

3)  4)

Certos fogos, como o da queima do magnésio (1), de metais alcalinos como o sódio (2), do fósforo branco (3) e a combustão do gás acetileno liberado na hidrólise da "pedra de carbureto" (4) não são extinguidos eficientemente pela água.

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Há, contudo, certas reações de combustão que não podem ser apagadas com água: a queima do magnésio e outros metais alcalinoterrosos, dos metais alcalinos, fósforo branco, titânio, zircônio e lantanídeos, além de hidretos metálicos e agentes redutores muito fortes. Nestes casos, o material aquecido reage com a água liberando gás hidrogênio (H2), que é um combustível poderoso. A adição de água, nestes casos, reforça o fogo e pode até mesmo causar uma explosão. Isso porque o calor liberado na reação do material em questão com a água compensa o calor roubado por ela.

O magnésio tem a notável propriedade de queimar até debaixo d'água, pois arranca dela o oxigênio e o gás hidrogênio liberado queima sobre a superfície da água. Por isso não adianta nada tentar apagar o fogo de uma peça de magnésio jogando água sobre ela, pois ela continua queimando intensamente e pode até mesmo causar uma explosão. Uma pedra de carbureto (carbeto de cálcio, CaC2) libera gás acetileno (C2H2) quando reage com a água. Este gás queima violentamente produzindo uma chama brilhante e muita fuligem. Se uma pedra de carbureto em chamas for molhada, ela libera mais gás e queima ainda mais (sei disso por experiência própria!), podendo gerar uma chama muito quente e difícil de ser apagada que pode causar incêndios. Metais alcalinos reagem violentamente com a água mesmo a frio, podendo explodir quando são molhados durante sua queima, espalhando material corrosivo e quente para todos os lados. E o fósforo branco (P4) queima espontaneamente quando em contato com o ar. Se for mergulhado em água ele para de pegar fogo, mas volta a queimar tão logo é retirado da água. Por causa disso é usado em muitas bombas incendiárias. Nestes casos deve-se usar extintores alternativos para extinguir estes fogos, tais como gás carbônico, nitrogênio, argônio, etc, respeitando neste caso o tipo de material incendiado.

Entenderam?

Química é uma coisa incrível, né? Só não entendo porque tanta gente a detesta. E assim vou me despedindo. Espero que vocês tenham gostado deste artigo tão legal e também o aproveitem bem para os trabalhos de escola. E também que vocês aprendam a ver a Química com outros olhos...

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O NERD DA QUÍMICA, Montanha - ES

http//nerdaquimica.webs.com/

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3 Comments

Reply was
9:36 PM on April 2, 2014 
o nitrato de prata, reage com o cloreto de ferro (III), dando cloreto de prata e nitrato de ferro (III). Uma solução contendo 18,0 g de nitrato de prata foi misturada com uma solução de 32,4g de cloreto de ferro (III). Quantos gramas de qual reagente restam após a reação concluída?
Reply Orlando Schindler Junior
4:06 AM on May 28, 2014 
Cara, grande postagem! Além da explicação precisa e organizada da questão explicitada no título, você ainda complementou com uma seção de "exceções", que é um acompanhamento imprescindível em uma disciplina complexa e cheia de detalhes como a química. Parabéns!
Reply Iara Prado
12:33 PM on April 25, 2015 
Olá, eu não entendi a formação da água oxigenada a partir da oxidação do oxigênio. Alguém pode explicar?