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Questão 38 da FUVEST 2027

1ª fase · Química: Forças intermoleculares

Antes da popularização da injeção eletrônica, automóveis que utilizavam exclusivamente etanol como combustível apresentavam maior dificuldade de funcionamento em dias frios do que aqueles movidos a gasolina, especialmente no momento da primeira partida do motor. Para que ocorresse a combustão nesses veículos, o combustível precisava evaporar e formar uma mistura adequada de vapor de combustível e ar.

Considerando que a dificuldade da partida ocorre na etapa de evaporação do combustível, a principal explicação para o problema descrito está relacionada ao fato de o etanol

  1. A
    possuir menor número de átomos de carbono que os principais componentes da gasolina, característica que explica a sua menor volatilidade.
  2. B
    apresentar ligações de hidrogênio intermoleculares, o que reduz sua pressão de vapor e dificulta sua evaporação em baixas temperaturas.
  3. C
    sofrer redução incompleta em baixas temperaturas, formando produtos que impedem o início da combustão.
  4. D
    apresentar menor poder calorífico que a gasolina, característica determinante para a evaporação e formação da mistura ar - combustível.
  5. E
    apresentar maior densidade que a gasolina, o que reduz sua pressão de vapor e dificulta sua evaporação.
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Resolução comentada

A partida a frio depende da volatilidade do combustível: só o vapor se mistura ao ar e queima. Quanto maior a pressão de vapor a uma dada temperatura, mais fácil é a evaporação.

A pressão de vapor de um líquido é determinada pela intensidade das forças intermoleculares:

  1. O etanol (\ce{CH3CH2OH}) tem o grupo \ce{-OH}, que faz ligações de hidrogênio entre suas moléculas, as mais fortes entre as interações intermoleculares comuns.
  2. A gasolina é uma mistura de hidrocarbonetos apolares (cerca de 5 a 10 carbonos), que só fazem forças de dispersão de London, mais fracas.
  3. Para vencer as ligações de hidrogênio é preciso mais energia. Em dia frio, há pouca energia térmica disponível, então o etanol tem pressão de vapor baixa e forma pouco vapor.
  4. Com pouco vapor, a mistura ar-combustível fica pobre e a combustão não começa com facilidade.

Análise das alternativas:

  • O etanol tem menos carbonos, mas isso não explica menor volatilidade. Cadeias menores tenderiam a ser mais voláteis; o que pesa aqui é a ligação de hidrogênio.
  • A combustão é oxidação, não redução.
  • O poder calorífico mede a energia liberada na queima, não a evaporação.
  • A densidade não determina a pressão de vapor.

Portanto, a explicação é a das ligações de hidrogênio reduzindo a pressão de vapor.

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AMenos carbonos tenderia a aumentar a volatilidade; a menor volatilidade do etanol vem das ligações de hidrogênio, não do tamanho da cadeia.
  • CA combustão é uma oxidação, e não uma redução; a dificuldade está na evaporação, não em produtos que impedem a queima.
  • DO poder calorífico mede a energia liberada na queima e não tem relação com a evaporação.
  • EA densidade não determina a pressão de vapor; a causa está nas forças intermoleculares.

Assunto: Forças intermoleculares.

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