Saiba tudo sobre o Petróleo e outros combustíveis derivados

O petróleo é formado em um longo processo de decomposição da matéria orgânica sofrendo ação de altas temperaturas, ausência de oxigênio e grande pressão, através de inúmeras reações químicas.

O petróleo foi formado durante milhões de anos a partir da matéria orgânica soterrada sob pressões e temperaturas elevadas. Dessa maneira ele sofreu inúmeras reações químicas, e hoje chegamos ao produto que conhecemos.

Sendo assim, o petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos, compostos orgânicos formados por átomos de carbono e de hidrogênio. Dessa maneira isso faz com que ele seja um líquido escuro e viscoso. Ele é principalmente utilizado para a obtenção de diferentes tipos de combustíveis.

O petróleo e suas características

petróleoO petróleo é um composto formado por hidrocarbonetos e possui um aspecto viscoso. Fonte da imagem: Getty Images

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Por conta do seu potencial energético, ele é amplamente utilizado em todo o planeta. Atualmente ele se configura como a principal matriz energética de vários países. Entretanto, por levar milhões de anos para ser produzido, o petróleo é considerado um recurso não renovável. Ou seja, ele é extraído de regiões profundas terrestres e aquáticas que são de acesso limitado.

Em nosso país, o petróleo é principalmente encontrado na plataforma oceânica. Entretanto, a Petrobrás detém a maior parte da tecnologia e dos direitos para a extração de petróleo no mar.

Beneficiamento do petróleo nas refinarias

Então uma vez que o petróleo é extraído e transportado, é necessário frefiná-lo para a sua utilização. Isso acontece principalmente por se tratar de uma mistura complexa de compostos orgânicos. Sendo assim, o petróleo bruto chega na refinaria e é filtrado para separação de sólidos. Dessa forma ele pode ser separado das rochas.

Em seguida ocorre o processo de decantação. Ou seja, a ação da gravidade separa os líquidos imiscíveis, onde os mais densos vão para o fundo e os menos densos boiam.

Então isso acontece pois o petróleo é um composto apolar, ou seja, não se mistura com a água. Entretanto podemos facilmente observar isso quando ocorrem os derramamentos de petróleo, por exemplo. Nessas situações é possível enxergar manchas de petróleo boiando nas águas.

Ave suja de petróleo. O derramamento de petróleo causa sérios danos ao meio ambiente. Além de prejudicar diretamente a fauna, o fato de ele boiar sobre a água impede as trocas gasosas da superfície da água com a atmosfera e também que a luz penetre no ambiente aquático. Fonte da imagem: Getty Images.

O processo final de refinamento do petróleo

Por último ocorre o processo de destilação fracionada. Esse método representa separação de mistura baseado no ponto de ebulição. Portanto o ponto de ebulição está relacionado ao tamanho das cadeias dos hidrocarbonetos. Sendo assim quanto maior for a cadeia carbônica, maior será o ponto de ebulição dos hidrocarbonetos.

Então os hidrocarbonetos formados por pequenas cadeias se encontram no estado gasoso. Porém aqueles hidrocarbonetos formados por longas cadeias podem ser encontrados no estado líquido e gasoso.

O que é a destilação fracionada do petróleo?

A destilação fracionada separa os componentes de menor cadeia, dos que apresentam maior cadeia. Isso acontece por meio da diferença de temperatura de ebulição. Portanto, é importante mencionar que nesse processo não ocorre reação química, mas a separação dos compostos do petróleo. Em resumo representa um processo físico.

Na destilação fracionada o petróleo é levado para uma torre de fracionamento o que permite o aquecimento do petróleo. Observe no esquema a seguir:

petróleoInfográfico demonstrando o processo de destilação do petróleo. Fonte da imagem: cola da web

De acordo com a imagem observamos que quem sai primeiro da torre de fracionamento é o gás combustível. Esse fenômeno acontece por ele ser mais leve, portanto, mais volátil.

Produtos obtidos na destilação do petróleo

A primeira fração que é separada a uma temperatura maior de 20 ºC são os gases (metano, butano, GLP). Entretanto eles apresentam entre um a quatro átomos de carbono na cadeia. Porém a segunda fração a ser separada é a gasolina. Esta apresenta entre cinco a doze átomos de carbono. Geralmente sua temperatura varia entre 40 a 200 ºC.

Na terceira fração separada obtemos o querosene. Este apresenta entre doze e dezesseis átomos de carbono. A sua temperatura varia entre 175 a 225 ºC. Por sua vez a quarta fração, é o óleo diesel. Ele apresenta entre quinze e dezoito átomos de carbono. A temperatura pode variar entre 250 a 400 ºC.

As frações na destilação do petróleo

Ainda analisando as frações desenvolvidas no processo de destilação do petróleo, temos a quinta e a última fração a seguir.A quinta fração a ser separada é o óleo lubrificante. Ele apresenta acima de dezessete carbonos em sua composição. Geralmente a sua temperatura de ebulição ocorre acima de 300 ºC.

Por fim, a última fração a ser separada é o resíduo. Este é formado por mais de trinta átomos de carbono e pode ser utilizado para produção de asfalto.  Anteriormente mencionamos que no esquema da torre de fracionamento há um aumento da volatilidade. Em contrapartida também acontece uma diminuição da intensidade das interações coesivas entre as partículas.

Sendo assim temos no alto da torre elementos de menor ponto de ebulição e menor massa molar. Na parte de baixo temos moléculas com maiores massas e maiores pontos de ebulição.

Os processos de craqueamento e polimerização

O petróleo também pode sofrer processos químicos como o craqueamento e a polimerização.

Em suma o craqueamento é um processo em que uma fração muito grande é quebrada em frações menores. Já a polimerização envolve um processo em que um monômero (1 unidade) se junta a unidades iguais, formando um polímero.

Combustão do petróleo

Como vimos acima, obtemos diferentes subprodutos que são utilizados como combustíveis ao refinarmos o petróleo. Atualmente a maior parte da frota de veículos no país utiliza o motor de quatro tempos:

Esquema demonstrando a combustão em um motor. Fonte da imagem: educação automotiva.

Assim como na imagem acima, em um motor injeta-se gasolina e ar para que aconteça o seu funcionamento. Dessa forma há a presença de um pistão, que faz a compressão da gasolina e do ar. Logo em seguida a vela gera uma faísca que explode a gasolina, mandando o pistão para baixo.

O funcionamento de um motor a base de petróleo

Esse processo (entra ar e gasolina, sobe o pistão e explode) ocorre várias vezes, fazendo assim com que o eixo do carro se movimente. Podemos dizer que na primeira etapa temos a aspiração (entra ar e combustível) e o pistão está embaixo.

Na segunda etapa ocorre a compressão (pistão sobe e comprime essa mistura).

Na terceira etapa, a vela emite faísca e empurra o pistão para baixo. E na quarta etapa, o pistão desce novamente, expulsando os gases resultantes das reações químicas (exaustão).

Quando o pistão faz a compressão, esta gera calor, e pode explodir a gasolina antes da hora. A qualidade da gasolina está relacionada com essa resistência à compressão.

Como funciona a octanagem?

Há um índice que mede essa resistência, denominado de octanagem. Este índice varia de 0% a 100%, onde a porcentagem de 0% representa um menor índice de octanagem, ou seja, menos resistente à compressão. Temos como exemplo o heptano, que representa uma gasolina de má qualidade.

A porcentagem de 100% indica uma gasolina de melhor qualidade, mais resistente à compressão. Como exemplo temos o iso-octano, ou o 2,2,4-trimetil-pentano.

O índice de octanagem está relacionado com as ramificações de uma cadeia, tornando a gasolina mais resistente à compressão, melhorando o poder de explosão. O índice de octanagem do etanol é de 105 (5% a mais, mais resistente à compressão do que a gasolina).

Os processos de cracking e reforming do petróleo

Podemos obter mais gasolina empregando certos processos como o cracking e o reforming. O cracking representa a quebra de cadeias maiores em cadeias menores, para aumentar a produção de gasolina.

O reforming representa as reações químicas que são realizadas para aumentar o número de substituições nas cadeias. Podemos dizer que é empregado para transformar cadeias normais em cadeias ramificadas, pois estas facilitam a resistência à compressão, melhorando o índice de octanagem.

Tipos de combustíveis fósseis

Os combustíveis fósseis podem ser o carvão mineral, o petróleo, o gás natural, sendo matéria prima para a produção de energia no planeta. São recursos naturais não renováveis.

  • Carvão mineral – Ele é um fóssil usado para geração de energia (termelétrica), e na indústria de produção do aço. É o mais abundante e o mais barato, mas o mais poluente. Podemos ter três tipos de carvão mineral, o linhito que apresenta 70% de teor de carbono, sendo o mais recente. A hulha, que apresenta 80% de teor de carbono, sendo a mais usada. E o antracito, que apresenta 90% de teor de carbono.
  • Carvão vegetal – Ele é feito pelo homem através do processo de combustão incompleta. Apresenta a capacidade de adsorver gases (retira).
  • Gás natural – Esse é composto por metano e outros hidrocarbonetos, utilizado para geração de energia elétrica, calor e como combustível de automóveis.

O petróleo é a mais importante fonte de energia, e uma importante matéria prima empregada para fabricação de plásticos, tintas, borrachas e inúmeros outros produtos conforme esquema abaixo.

Video-aula

Exercícios

1) (UFSM – RS-2015)

Durante a destilação fracionada do petróleo, obtêm-se, sucessivamente, produtos gasosos, nafta, gasolina e óleos lubrificantes. A ordem de volatilidade da cada fração está relacionada com o(a):

a) origem do petróleo – animal ou vegetal;

b) formação de pontes de hidrogênio intermoleculares;

c) tamanho da cadeia carbônica;

d) ocorrência de compostos fortemente polares;

e) tipo de petróleo empregado – parafínico ou asfáltico

2) (FESP – UPE-2016)

O cracking das frações médias de destilação do petróleo é, hoje, uma tecnologia empregada na maioria das refinarias porque:

a) aumenta o rendimento em óleos lubrificantes;

b) economiza energia térmica no processo de destilação;

c) permite a utilização de equipamento mais compacto;

d) facilita a destilação do petróleo;

e) aumenta o rendimento em frações leves.

3) (UECE-2014)

O tetraetilchumbo, agente antidetonante que se mistura a gasolina, teve sua utilização proibida no Brasil porque:

a) aumenta a octanagem da gasolina;

b) sem esse aditivo, a gasolina teria melhor rendimento;

c) aumenta a resistência da gasolina com relação à explosão por simples compressão;

d) seus resíduos, que saem pelo escapamento do carro, poluem o meio ambiente;

e) n.d.a.

4)(ENEM-2018)

O petróleo é uma fonte de energia de baixo custo e de larga utilização como matéria-prima para uma grande variedade de produtos. É um óleo formado de várias substâncias de origem orgânica, em sua maioria hidrocarbonetos de diferentes massas molares. São utilizadas técnicas de separação para obtenção dos componentes comercializáveis do petróleo. Além disso, para aumentar a quantidade de frações comercializáveis, otimizando o produto de origem fóssil, utiliza-se o processo de craqueamento.

O que ocorre nesse processo?

a) Transformação das frações do petróleo em outras moléculas menores.

b) Reação de óxido-redução com transferência de elétrons entre as moléculas.

c) Solubilização das frações do petróleo com a utilização de diferentes solventes.

d) Separação dos diferentes componentes do petróleo em função de suas temperaturas de ebulição.

5)(ENEM-2015)

O quadro apresenta a composição do petróleo.

BROWN, T. L. et al. Química: a ciência central. São Paulo: Person Prentice Hall, 2005.

Para a separação dos constituintes com o objetivo de produzir a gasolina, o método a ser utilizado é a

a) filtração

b).destilação.

c) decantação.

d) precipitação.

e) centrifugação.

GABARITO

1 – C

2 – E

3 – D

4 – A

5 – B

Sobre o(a) autor(a):

Texto elaborado por Roseli Prieto, professora de Química e Biologia da rede estadual de São Paulo. Já atuou em diversas escolas públicas e privadas de Santos (SP). É Gestora Ambiental e Especialista em Planejamento e Gestora de cursos a distância.

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