O que é fogo?

Afinal, o que é fogo? O fogo é uma manifestação luminosa de uma reação de combustão que se desenvolve muito rapidamente. Não é uma substância e, por conta disso, não é considerado matéria. Contudo, a sua coloração é dependente da composição química do combustível que está sendo queimado.

O fogo, em reações de combustão, mantém-se por meio de uma reação em cadeia, que se inicia mediante ignição de um combustível, o qual é oxidado por um comburente. É a energia gerada nesse processo que faz a reação se manter. O fogo, quando descontrolado, torna-se um incêndio, o qual apresenta diversas consequências desastrosas para aqueles que são afetados por ele.

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Resumo sobre fogo

• O fogo é uma manifestação luminosa de uma reação de combustão que se propaga de maneira acelerada.
• Não é uma substância e, portanto, não é considerado como matéria.
• As cores das chamas do fogo dependem não só da temperatura que ele atinge, mas também da composição do combustível que está sendo queimado.
• O fogo se mantém por meio de uma reação em cadeia, a qual se retroalimenta da energia gerada a partir da queima de um combustível por ação de um comburente.
• O fogo descontrolado se torna um incêndio, o qual resulta em consequências, muitas das vezes, desastrosas.

Definição de fogo

O fogo é uma manifestação de uma reação exotérmica conhecida como combustão. A combustão envolve combustível e um oxidante (comburente), com liberação de energia térmica. Quando essa reação se desenvolve muito rapidamente, ela pode produzir, além do calor, luz e som, que é entendido como o fogo.

Dessa forma, o fogo não é uma substância, não se englobando em nenhum estado da matéria conhecido, como sólido, líquido, gás e até mesmo o plasma. Isso porque o fogo não tem forma específica nem é tateável, o que lhe impede de ser considerado sólido ou líquido, nem se expande por completo, tomando forma e volume de um recipiente, o que lhe impede de ser considerado um gás ou um plasma.

Contudo, o fogo, por vezes, pode atingir temperaturas suficientemente altas para ionizar as moléculas do ar, criando um plasma no interior da chama. Ou seja, por mais que o fogo não seja considerado plasma, ele pode conter plasma.

Como o fogo funciona?

O fogo possui quatro estágios de funcionamento. Inicialmente, há a ignição, que começa a ocorrer quando o oxigênio, o combustível e a energia se unem para desencadear a reação química de combustão. É nesse estágio que um extintor de incêndio consegue controlar o fogo.

Depois, o fogo apresenta uma etapa de crescimento (ou desenvolvimento), na qual as chamas iniciais, como fonte de energia térmica, fazem queimar mais combustível disponível. O gás quente gerado transfere energia na forma de calor, por condução, convecção ou radiação, permitindo que combustíveis próximos atinjam sua temperatura de ignição.

Posteriormente, o fogo atinge o estado no qual está totalmente desenvolvido, estabelecido, em que já se espalhou por praticamente todo o combustível disponível. Nesse estágio, a temperatura atinge seu máximo, resultando em danos por conta do calor. O oxigênio, nesse ponto, é consumido rapidamente.

Por fim, o fogo se extingue ao consumir todo o combustível disponível, com consequente queda de temperatura, com as chamas se tornando menos intensas.

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Componentes do fogo

O fogo não é uma substância, assim sendo, não é matéria. Na verdade, ele se manifesta como luz, que é uma onda eletromagnética.

Porém, a coloração da chama está intimamente ligada à composição química do combustível que está sendo queimado. Por exemplo, a coloração azulada é consequência da presença de carbono e de hidrogênio no combustível. Já compostos de cobre, ao serem queimados, apresentam uma coloração esverdeada. Essa distinção, inclusive, é aproveitada em laboratórios para identificação de possíveis elementos em uma amostra, nos chamados testes de chama.

A coloração da chama também pode ser em decorrência da sua temperatura. Em combustões incompletas, em que não há quantidade suficiente de oxigênio para a reação, é comum que os compostos de carbono sejam oxidados parcialmente. Nessas condições, o combustível pode ser carbonizado e formar fuligem. Essa fuligem, sendo queimada, fica extremamente quente e começa a emitir luz branca no espectro visível. Contudo, conforme as partículas de fuligem começam a ascender pelo ar, elas resfriam, passando a deslocar as emissões para o infravermelho. É por isso que, no topo da chama, é comum que o fogo tenha coloração avermelhada, com as partes mais inferiores entre amarelo e branco. Na combustão completa, entretanto, as chamas ficam com coloração azul.

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Como o fogo se forma?

O fogo se forma durante uma reação de combustão, que ocorre a partir de condicionantes típicos de reações químicas, o que envolve energia e presença de reagentes. As condicionantes para a formação e manutenção do fogo são expostas no chamado “tetraedro do fogo”. Assim, segundo o tetraedro do fogo, é necessário que haja:

• Combustível: um material inflamável com conteúdo energético, capaz de iniciar o processo de combustão. O combustível começa a pegar fogo quando a temperatura supera o seu chamado “ponto de ignição” (flash point), além de ser a substância que será responsável pela manutenção da reação de combustão.
• Oxidante (comburente): em geral, o gás oxigênio é a substância capaz de prover a oxidação do combustível, uma vez que a reação de combustão é uma reação de oxirredução. Na temperatura da reação, o gás oxigênio poderá se combinar com os elementos químicos do combustível, dando origem a subprodutos oxigenados.
• Energia térmica: apesar de a reação de combustão ser exotérmica e, assim sendo, liberar energia na forma de calor, ela sempre precisará de um gatilho energético, conhecido como energia de ativação, para se iniciar. Tal gatilho pode ser uma mera faísca ou uma outra fonte de energia, capaz de prover a energia cinética suficiente para que os átomos envolvidos possam se colidir com a energia necessária e, assim, iniciarem o processo de combustão. Uma vez iniciado o processo químico, a energia liberada pelas reações de combustão são suficientemente altas para manter a reação ocorrendo por si só, sem necessidade de inserção de energia externa.
• Reação em cadeia contínua: como o calor é constantemente produzido em reações de combustão, essa energia é utilizada para manter a queima dos combustíveis por meio da ação do oxidante, fazendo com que o fogo possa se sustentar sem interferência energética externa. Esse parâmetro está mais relacionado à manutenção do fogo.

Diferenças entre fogo e incêndio

O fogo pode se espalhar mediante mecanismos de transferência de energia térmica (condução, convecção e radiação). Quando o fogo se espalha de maneira desenfreada e descontrolada, em grandes proporções, tem-se um incêndio.

O incêndio pode ser considerado um evento desastroso, uma vez que causa danos em diversas proporções, podendo danificar vegetação e construções e provocar riscos à saúde dos seres vivos, podendo levar, inclusive, à morte. A depender da escala, os incêndios podem causar prejuízos de grande magnitude, sobrecarregando significativamente cofres públicos e privados. A quantidade de energia térmica constantemente produzida é também muito grande, podendo proporcionar queimaduras de diversos graus de intensidade.

Os incêndios, como resultantes do fogo, podem ainda carregar partículas sólidas e promover a difusão de gases tóxicos, os quais também podem gerar danos aos sistemas respiratórios de seres vivos ou também levar à morte os seres que a eles foram expostos.

História do fogo

O fogo é, provavelmente, a primeira reação química realizada pelo Homo erectus, um de nossos ancestrais. Isso ocorreu em um intervalo de tempo estimado entre 1,8 milhão e 300 mil anos atrás. As pesquisas arqueológicas indicam que a utilização do fogo se iniciou no chamado Período Neolítico, mesmo assim, é muito difícil (para não se dizer impossível) precisar quando o ser humano começou a manipular o fogo.

Entretanto, a relação dos hominídeos com o fogo não se iniciou com sua manipulação e controle, uma vez que o fogo já era observado como decorrência de fenômenos naturais, como raios de tempestades.

A apropriação do fogo, sem dúvida alguma, permitiu que a humanidade se desenvolvesse e trouxesse mais segurança para sua existência. O fogo propiciou uma melhor iluminação, permitindo a busca de alimentos em ambientes escuros, o aquecimento durante os períodos de inverno e baixas temperaturas, o cozimento de alimentos e o afugentamento de possíveis predadores.

Paralelamente, o fogo permitiu o desenvolvimento de instrumentos, como cerâmicas, e, posteriormente, o surgimento da forja e da metalurgia. Segundo o célebre cientista Charles Darwin, o fogo foi a segunda maior descoberta da humanidade, ficando apenas atrás da linguagem.

O fogo já foi reverenciado por civilizações e, inclusive, foi tratado como um dos quatro elementos fundamentais pelos antigos filósofos gregos. Muitos anos depois, o fogo foi um dos protagonistas da Primeira Revolução Industrial, por meio das máquinas a vapor, que se utilizavam da energia oriunda da queima do carvão para produzir trabalho, impulsionando máquinas que antes dependiam da força humana.

Desde então, o fogo tem se perpetuado em nossa sociedade, porém nem sempre de maneira vantajosa. Terríveis foram os incêndios ao longo de nossa história, que vitimaram diversos inocentes, como o marcante caso da Boate Kiss, no ano de 2013, na cidade gaúcha de Santa Maria.

Exercícios resolvidos sobre fogo

Questão 1

(Fuvest) O cientista Richard Feynman, prêmio Nobel de Física em 1965, fez comentários sobre o processo de combustão em uma entrevista chamada Fun to Imagine. Segundo ele, à primeira vista, é impressionante pensar que os átomos de carbono de uma árvore não entram em combustão com o oxigênio da atmosfera de forma espontânea, já que existe uma grande afinidade entre essas espécies para a formação de CO₂. Entretanto, quando a reação tem início, o fogo se espalha facilmente.

Essa aparente contradição pode ser explicada pois

A) a reação depende de um processo que concentre o carbono para ocorrer.

B) o fogo torna a reação desfavorável.

C) o fogo depende da presença de CO₂ para começar.

D) o átomo de carbono da árvore é muito mais resistente ao O₂ do que os átomos de carbono dispersos no fogo.

E) a reação precisa de uma energia de ativação para começar.

Resolução:

Alternativa E.

Embora tenha todos os reagentes necessários para a reação de combustão, no caso, o combustível (como a matéria orgânica da floresta) e o gás oxigênio (comburente), ela só se inicia por meio de uma energia de ativação, a qual servirá como um gatilho para desencadear o processo químico. Tal energia deve ser aplicada para que os átomos participantes da reação adquiram a energia cinética mínima para que as colisões entre eles resultem em quebras de ligações químicas.

Questão 2

(Unicamp) O Brasil ardeu em chamas em 2020. Muitas soluções foram propostas, incluindo o uso do “boi bombeiro”, porém nem todas eliminam de fato um dos três componentes que mantêm o fogo: calor, combustível e comburente. A figura a seguir representa três ações de bombeiros para extinguir o fogo.

Nas alternativas a seguir, o componente ausente no triângulo representa o componente eliminado pela ação dos bombeiros para a extinção do fogo.

Assinale a alternativa que apresenta a correlação adequada entre as ações A, B e C e o componente eliminado do triângulo do fogo em cada ação, respectivamente.

A) 

B) 

C) 

D) 

Resolução:

Alternativa D.

O triângulo do fogo apresenta três condicionantes para a ocorrência do fogo: combustível, comburente e calor.

Na situação A, ao ser espalhada a palha, extinguiu-se o combustível (uma biomassa, rica em carbono).

Na situação B, a colocação de um pano sobre a chama serve para impedir o contato do fogo com o oxigênio, eliminando, assim, o comburente.

Na situação C, a utilização de água serve para resfriamento do fogo, diminuindo a quantidade de calor/energia térmica presente, cessando, assim, o fogo.

Fontes

CLIFTON, J. The Chemistry of Fire. ReAgent. 29 abr. 2020. Disponível em: https://www.reagent.co.uk/blog/chemistry-of-fire/.

CORPO DE BOMBEIRO MILITAR DE SANTA CATARINA. Tópicos introdutórios: ciências do fogo. 1ª ed. Corpo de Bombeiros Militar de Santa Catarina, Diretoria de Ensino: Florianópolis, SC, 2018.

FARRELL, I. The burning question. RSC – Education in Chemistry. 21 abr. 2022. Disponível em: https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/what-state-of-matter-is-fire/4015393.article.

GIFEL. Saiba qual é a diferença entre fogo e incêndio. Gifel. 26 jul. 2017. Disponível em: https://www.gifel.com.br/saiba-qual-e-diferenca-entre-fogo-e-incendio/.

NATIONAL GEOGRAPHIC BRASIL. Quando e como foi descoberto o fogo: a verdade sobre essa história. National Geographic. 12 abr. 2023. Disponível em: https://www.nationalgeographicbrasil.com/historia/2023/03/quando-e-como-foi-descoberto-o-fogo-a-verdade-sobre-essa-historia.

QUINTIERE, J. G. Fundamentals of Fire Phenomena. 1ª ed. John Wiley & Sons: Inglaterra, 2006.

ROITMAN, I. Uma pequena história do fogo. Universidade de Brasília. 29 set. 2024. Disponível em: https://noticias.unb.br/artigos-main/7550-uma-pequena-historia-do-fogo.

VAN WAGTENDONK, J. W. Fire as Physical Process. In: Fire in California’s Ecosystems. Cap. 3. Califórnia, EUA: University of California Press, 2006