Under the hood: The chemistry of cars - Cynthia Chubbuck

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

There are over one billion cars in the world today,

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

getting people where they need to go,

que levam as pessoas onde elas precisam de ir,

but cars aren't just a mode of transportation,

mas os carros não são apenas um meio de transporte,

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

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

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

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

where a spritz of gasoline from the fuel injector

onde um jato de gasolina do injetor de combustível

and a gulp of air from the intake valve

e um pouco de ar da válvula de admissão

mix together before being ignited by a spark,

misturados, antes da ignição por uma faísca,

forming gases that expand and push the piston.

formam gases que se expandem e empurram o pistão.

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

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

Lots of it.

Muito calor.

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

Embora grande parte deste calor saia pelo tubo de escape,

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

o calor que resta no motor,

precisa de ser absorvido, transportado e dissipado

to protect the metal components from deforming or even melting.

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

This is where the cooling system comes in.

É aqui que entra o sistema de arrefecimento.

A liquid gets circulated throughout the engine,

Há um líquido a circular através do motor

but what kind of liquid can absorb all that heat?

mas que tipo de líquido pode absorver todo esse calor?

Water may seem like an obvious first choice.

A água pode parecer a primeira escolha óbvia.

After all, its specific heat,

Afinal, o calor específico,

the amount of energy required to raise the temperature

a quantidade de energia exigida para aumentar a temperatura

of a given amount by one degree Celsius,

de uma determinada quantidade num grau Celsius

is higher than that of any other common substance.

é mais alta do que qualquer outra substância vulgar.

And we have a lot of heat energy to absorb.

E temos muita energia calórica a absorver.

But using water can get us into deep trouble.

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

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

porque o ponto de congelação é de zero graus Celsius.

Since water expands as it freezes,

Como a água se dilata quando congela,

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

um inverno frio pode significar

um radiador rachado e um motor danificado,

uma perspetiva arrepiante.

a chilling prospect.

And considering how hot car engines can get,

Considerando o calor que os motores dos carros atingem

the relatively low boiling point of 100 degrees Celsius

o relativamente baixo ponto de ebulição de 100 graus Celsius

can lead to a situation that would get anyone steamed.

pode levar a uma situação que queimaria qualquer um.

So, instead of water, we use a solution,

Portanto, em vez de água, usamos uma solução,

a homogeneous mixture consisting of a solute and a solvent.

uma mistura homogénea 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 das soluções variam consoante a proporção do soluto.

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

Chamam-se propriedades coligativas e, por sorte, incluem

they include freezing point depression and boiling point elevation.

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

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

Assim, as soluções têm um ponto de congelação mais baixo

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

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

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

So, why do these properties change?

Porque é que estas propriedades mudam?

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

Primeiro, é preciso perceber que a temperatura é uma medida

of the particle's average kinetic energy.

da energia cinética média da partícula.

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

Quanto mais frio estiver o líquido, menos energia desta haverá

and the slower the molecules move.

e mais devagar se movem as partículas.

When a liquid freezes, the molecules slow down,

Quando um líquido congela, as moléculas abrandam

enough for their attractive forces to act on each other,

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

arranging themselves into a crystal structure.

organizando-se numa estrutura de cristal.

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

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

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

exigindo uma solução para serem ainda mais arrefecidas,

antes de esses arranjos poderem ocorrer.

As for the boiling point, when a liquid boils,

Quanto ao ponto de ebulição, quando um líquido ferve

it produces bubbles filled with its vapor,

produz bolhas cheias de vapor,

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

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

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

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

As the liquid is heated, the vapor pressure increases,

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

and when it becomes equal to the atmospheric pressure,

e, quando fica igual à pressão atmosférica,

the bubbles form and boiling occurs.

formam-se as bolhas e ocorre a ebulição.

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

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

so it must be heated to an even higher temperature

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

before it can match the strength of the atmosphere.

antes de poder igualar a força da atmosfera.

As an added bonus, the pressure in the radiator

Como um bónus acrescido, a pressão no radiador

is kept above atmospheric pressure,

mantém-se acima da pressão atmosférica,

raising the boiling point by another 25 degrees Celsius.

aumentando o ponto de ebulição com mais 25 graus Celsius.

The solution commonly used for a car's cooling system

A solução vulgarmente usada para o sistema de arrefecimento dum carro

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

é uma mistura 50/50 de etilenoglicol e água.

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

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

At the highest recommended proportion of 70 to 30,

Na proporção muito recomendada de 70 para 30,

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

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

and the boiling point rises to 113 degrees Celsius.

e o ponto de ebulição aumenta para 113 graus Celsius.

Como veem, quanto mais etilenoglicol juntarmos,

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

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

maior proteção obtemos.

Então, porque não aumentamos ainda mais?

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

Acontece que não podemos ter demasiado de uma coisa boa

because at higher proportions,

porque em proporções mais altas,

the freezing point actually starts to go back up.

o ponto de congelamento começa a andar para trás.

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

As propriedades da solução

começam a aproximar-se das propriedades do etilenoglicol,

which freezes at -12.9 degrees Celsius,

que congela a -12,9 graus Celsius,

a higher temperature than we attained with the solution.

uma temperatura mais alta do que atingida por aquela solução.

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

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

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

Quando atinge o radiador, é arrefecido por uma ventoinha,

as well as air rushing through the front of the car

assim como pelo ar que entra pela frente do carro

before returning to the hot engine compartment.

antes de regressar ao compartimento do motor quente.

So, an effective and safe engine coolant

Portanto, um líquido de arrefecimento do motor

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

tem que ter um alto calor específico,

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

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

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

para resolver esse problema,

we can create our own solution.

podemos criar a nossa solução.