Chumbo tetraetila: a solução para um e a causa de muitos novos problemas

Da década de 1920 até a década de 1970, a maioria dos carros a gasolina nos EUA usava combustível com chumbo misturado. A razão para isso foi reduzir o efeito de detonação do motor devido à combustão anormal nos motores de combustão interna da época. Embora o chumbo – na forma de tetraetilchumbo – fosse eficaz neste aspecto, mesmo na década de 1920 assistiu-se à existência de agentes antidetonantes alternativos e a uma desconfortável consciência das implicações para a saúde da exposição ao chumbo.

Veremos o que motivou a adoção do tetraetilchumbo e por que ele foi eliminado assim que as questões ambientais e relacionadas à saúde entraram em foco. Mas e os seus efeitos antidetonantes? Também veremos os agentes antidetonantes alternativos que tomaram seu lugar e como esse problema de detonação do motor é tratado atualmente.

Em um motor de combustão interna (ICE), idealmente, a mistura ar-combustível injetada em um cilindro acenderá no momento perfeito em que a frente da chama se deslocará para fora do ponto de ignição, com cada pedaço da mistura ar-combustível queimando. completamente. Isso permitirá o uso máximo da energia da mistura de combustível, ao mesmo tempo que causa um curso limpo do pistão.

Na realidade, porém, bolsas desta mistura ar-combustível irão inflamar-se antes que a frente da chama os alcance. Estas chamadas 'chamas frias' ocorrem devido à compressão do pistão combinada com ligeira irregularidade na mistura, causando ondas de pressão adicionais no cilindro. Isso aumenta a pressão do cilindro e causa o típico ruído metálico que indica batidas do motor. Dependendo de quantas dessas bolsas acendem fora da frente da chama da vela, o resultado pode ser um maior desgaste dos componentes ou até mesmo sua destruição total.

Assim, a octanagem do combustível é crucial, pois determina essencialmente em qual nível de compressão o combustível irá inflamar (sem faísca). Os combustíveis de alta octanagem queimam menos facilmente, mas permitem níveis de compressão muito mais elevados, o que produz efetivamente mais potência. Em contrapartida, os motores diesel necessitam de combustíveis de menor octanagem, pois comprimem apenas o ar, sendo o combustível injetado no final do ciclo de compressão, sendo o calor do ar comprimido a ignição do combustível.

Felizmente, existem várias maneiras de evitar esse efeito de ignição prematura. Esses incluem:

Você pode escolher o primeiro ponto usando o chamado agente antidetonante, um produto químico que aumenta a octanagem do combustível, aumentando a temperatura e a pressão nas quais ocorre a autoignição. O chumbo tetraetila (TEL) é um exemplo desse agente. Sua fórmula química é (CH3CH2)4Pb.

Dentro dos cilindros do motor, a função do TEL é extinguir as ignições espontâneas que ocorrem fora da frente da chama, lidando com os radicais pirolizados que de outra forma sustentariam a reação em cadeia da chama fria. Aqui o chumbo é o verdadeiro agente reativo, enquanto o resto do TEL serve para permitir que ele se dissolva na gasolina (cortesia de seus grupos alquil).

À medida que o TEL é queimado, produz dióxido de carbono, água e chumbo:

O chumbo pode reagir ainda mais com o oxigênio para formar óxido de chumbo (II):

Deixados sozinhos, o chumbo e o óxido de chumbo (II) se acumulariam dentro do motor e o destruiriam. Para evitar isso, eliminadores de chumbo, como 1,2-dibromoetano e 1,2-dicloroetano, são adicionados para formar brometo de chumbo (II) e cloreto de chumbo (II), respectivamente (infelizmente, nenhum deles é tão bonito quanto o iodeto de chumbo (II). Esses compostos são facilmente removidos do motor durante a operação normal, de onde seriam liberados no meio ambiente.

Além do chumbo, sabia-se que duas outras substâncias aumentavam a octanagem da gasolina: etanol (C2H6O) e benzeno (C6H6). Para o etanol, essa propriedade de aumento da octanagem se deve ao fato de o etanol ser adequado como um substituto completo (embora mais caro) da gasolina. Como o etanol tem, por padrão, uma octanagem mais alta do que a maioria dos combustíveis gasolina, a mistura de uma porcentagem de etanol na gasolina faz com que esta tenha uma octanagem mais alta, o que atinge o efeito antidetonante desejado.