Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

Sob a tampa do motor: a química dos automóveis - Cynthia Chubbuck

Tradutor: Ruy Lopes Pereira Revisor: Leonardo Silva

There are over one billion cars in the world today,

Há hoje cerca de um bilhão de automóveis no mundo

getting people where they need to go,

levando pessoas aonde precisam ir.

but cars aren't just a mode of transportation,

Os automóveis não são apenas meios de transporte motorizado.

they're also a chemistry lesson waiting to be taught.

São também uma lição que se deve aprender.

The process of starting your car begins in the engine cylinders,

O processo de dar a partida começa nos cilindros do motor.

where a spritz of gasoline from the fuel injector

Jatos de gasolina do injetor de combustível

and a gulp of air from the intake valve

misturam-se com o ar da válvula de admissão,

mix together before being ignited by a spark,

antes de sofrerem a ignição provocada por uma faísca,

forming gases that expand and push the piston.

produzindo gases que se expandem e empurram o pistão.

But combustion is an exothermic reaction, meaning it releases heat.

A combustão é uma reação exotérmica, que libera calor. No caso, muito calor.

Lots of it.

And while much of this heat escapes through the tail pipe,

Embora muito desse calor seja liberado pelo escapamento,

aquele que permanece no bloco do motor

the heat that remains in the engine block needs to be absorbed, transported, and dissipated

precisa ser absorvido, transportado e dissipado

para evitar que os componentes metálicos se deformem ou até se derretam.

to protect the metal components from deforming or even melting.

This is where the cooling system comes in.

Aqui entra o sistema de arrefecimento.

A liquid gets circulated throughout the engine,

Um líquido circula pelo motor.

but what kind of liquid can absorb all that heat?

Que tipo de líquido pode absorver todo esse calor?

Water may seem like an obvious first choice.

A água parece ser a escolha óbvia.

After all, its specific heat,

Afinal, seu calor específico, a quantidade de energia

the amount of energy required to raise the temperature

necessária para aumentar em 1ºC a temperatura de 1 grama de água,

of a given amount by one degree Celsius,

is higher than that of any other common substance.

é maior do que o de qualquer substância comum.

And we have a lot of heat energy to absorb.

e há muita energia térmica para ser absorvida.

But using water can get us into deep trouble.

Porém, usar água pode nos trazer grandes problemas.

For one thing, its freezing point is zero degrees Celsius.

Motivo: seu ponto de congelamento é 0 ºC.

Since water expands as it freezes,

Como a água se expande ao congelar,

uma noite fria de inverno pode significar um radiador rachado

a cold winter night could mean a cracked radiator and a damaged engine block,

e um bloco de motor danificado, um cenário de arrepiar.

a chilling prospect.

And considering how hot car engines can get,

Como os motores de automóvel podem ficar muito aquecidos,

the relatively low boiling point of 100 degrees Celsius

o ponto de ebulição de 100 ºC, relativamente baixo,

pode fazer ferver a cabeça de qualquer um.

can lead to a situation that would get anyone steamed.

So, instead of water, we use a solution,

Assim, em vez de água, usa-se uma solução,

a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

uma mistura homogênea, formada por um soluto e um solvente.

Some of the solution's properties will differ depending on the proportion of solute present.

Algumas das propriedades da solução serão diferentes

dependendo da proporção do soluto presente.

These are called colligative properties, and as luck would have it,

São as chamadas propriedades coligativas.

Por sorte, elas incluem o abaixamento do ponto de congelamento

they include freezing point depression and boiling point elevation.

e a elevação do ponto de ebulição.

So, solutions have both a lower freezing point and a higher boiling point than pure solvent,

As soluções têm um ponto de congelamento mais baixo

e maior ponto de ebulição do que o solvente puro.

and the more solute is present, the bigger the difference.

E quanto mais soluto houver, maior será a diferença.

So, why do these properties change?

E por que essas propriedades mudam?

First of all, we need to understand that temperature is a measure

Antes, precisamos compreender que a temperatura é uma medida

of the particle's average kinetic energy.

da energia cinética média das partículas.

The colder the liquid, the less of this energy there is,

Quanto mais frio o líquido, menor a quantidade dessa energia

and the slower the molecules move.

e mais lentamente as moléculas se movem.

When a liquid freezes, the molecules slow down,

Quando o líquido congela,

as moléculas ficam suficientemente lentas

enough for their attractive forces to act on each other,

para as forças de atração agirem entre si,

arranging themselves into a crystal structure.

prendendo-se em uma estrutura cristalina.

But the presence of solute particles gets in the way of these attractions,

A presença de partículas de soluto perturba essas atrações

requiring a solution to be cooled down further before the arrangement can occur.

e a solução deve ser resfriada ainda mais

até que as partículas possam se organizar.

As for the boiling point, when a liquid boils,

No ponto de ebulição, quando um líquido ferve,

it produces bubbles filled with its vapor,

produz bolhas preenchidas com seu vapor.

but for a bubble to form, the vapor pressure must become as strong

Para uma bolha ser formada,

a pressão de vapor deve se igualar à atmosférica,

as the atmosphere constantly pushing down on the surface of the liquid.

que atua sobre a superfície do líquido, continuamente.

As the liquid is heated, the vapor pressure increases,

Quando o líquido é aquecido, sua pressão de vapor aumenta

and when it becomes equal to the atmospheric pressure,

e quando ela se iguala à pressão atmosférica,

the bubbles form and boiling occurs.

as bolhas se formam e acontece a ebulição.

A solution's vapor pressure is lower than that of pure solvent,

A pressão de vapor da solução é menor do que a de um solvente puro.

so it must be heated to an even higher temperature

Então ela precisa ser aquecida a uma temperatura ainda maior

before it can match the strength of the atmosphere.

para igualar sua pressão de vapor à da atmosfera.

As an added bonus, the pressure in the radiator

Como medida adicional, a pressão dentro do radiador

is kept above atmospheric pressure,

é mantida acima da pressão atmosférica

raising the boiling point by another 25 degrees Celsius.

o que eleva o ponto de ebulição em mais 25 ºC.

The solution commonly used for a car's cooling system

A solução mais usada num sistema de arrefecimento de carros

is a 50/50 mixture of ethylene glycol and water,

é uma mistura de 50% de etilenoglicol e 50% de água,

which freezes at -37 degrees Celsius and boils at 106 degrees Celsius.

que congela a -37 ºC e ferve a 106 ºC.

At the highest recommended proportion of 70 to 30,

Na maior proporção recomendada, 70%-30%,

o ponto de congelamento é ainda menor, -55ºC,

the freezing point is even lower at -55 degrees Celsius,

e o ponto de ebulição sobe para 113 ºC.

and the boiling point rises to 113 degrees Celsius.

Como se vê, quanto mais etilenoglicol for adicionado

As you can see, the more ethylene glycol you add,

the more protection you get, so why not go even higher?

maior será a proteção que se consegue. Dá para aumentá-la ainda mais?

Well, it turns out you can have too much of a good thing

Ocorre que não se pode ter muito mais benefício com isso,

because at higher proportions,

porque em proporções mais elevadas, o ponto de congelamento começa a aumentar.

the freezing point actually starts to go back up.

The properties of the solution head towards the properties of ethylene glycol,

As propriedades da solução

tendem a ser as propriedades do etilenoglicol,

which freezes at -12.9 degrees Celsius,

que congela a -12ºC, uma temperatura maior

a higher temperature than we attained with the solution.

do que aquela obtida com a solução.

The solution flows through the engine, absorbing heat along the way.

A solução circula pelo motor

e absorve calor em seu percurso.

When it reaches the radiator, it's cooled by a fan,

Quando ela chega ao radiador, é resfriada por uma ventoinha

as well as air rushing through the front of the car

bem como pelo ar que penetra pela frente do automóvel,

before returning to the hot engine compartment.

antes de retornar ao compartimento quente do motor.

So, an effective and safe engine coolant

Um líquido de arrefecimento, eficiente e seguro,

must have a high specific heat, a low freezing point, and a high boiling point.

deve ter calor específico elevado, um baixo ponto de congelamento

e um alto ponto de ebulição.

But instead of searching all over the world for the perfect liquid to solve our problem,

Em vez de procurar no mundo todo

o líquido perfeito que resolva nosso problema,

we can create our own solution.

podemos criar nossa própria solução.