O que é fogo?

Autor: 
Tom Harris

Os antigos gregos consideravam o fogo um dos elementos fundamentais do universo, junto com a água, a terra e o ar. Esse conjunto faz sentido intuitivamente: você pode sentir o fogo assim como pode sentir os outros três elementos. Você pode também vê-lo, cheirá-lo e movê-lo de um lugar para o outro.

Mas o fogo é algo completamente diferente. Terra, água e ar são formas de matéria (eles são feitos de milhões de átomos agrupados). O fogo não é matéria, mas sim um efeito secundário visível e tangível da matéria em modificação (é parte de uma reação química).

Normalmente o fogo surge de uma reação química entre o oxigênio na atmosfera e algum tipo de combustível (madeira ou gasolina, por exemplo). Obviamente, a madeira e a gasolina não pegam fogo espontaneamente só porque estão cercados de oxigênio. Para que a reação de combustão ocorra, você precisa aquecer o combustível até sua temperatura de ignição.

Eis a seqüência de eventos quando um pedaço de madeira pega fogo:

  • alguma coisa aquece a madeira até uma temperatura bem alta. O calor pode vir de  diferentes origens: um fósforo, um foco de luz, fricção, relâmpago ou outra coisa que já esteja queimando;
  • quando a madeira atinge aproximadamente 150ºC, o calor decompõe parte do material de celulose que constitui a madeira;
  • parte do material decomposto é liberado na forma de gases voláteis. Esses gases são conhecidos como fumaça (em inglês). A fumaça é composta de hidrogênio, carbono e oxigênio. O resto do material forma carvão, que é quase carbono puro, e cinza, que é composta de todos os minerais da madeira que não queimam (cálcio, potássio, etc). Carvão é o que você compra como carvão vegetal. É a madeira que foi aquecida para remover quase todos os gases voláteis, sobrando o carbono. É por isso que o fogo feito com carvão queima sem fazer fumaça;

  • a queima da madeira ocorre em duas reações separadas:
    • quando os gases voláteis estão quentes o suficiente (cerca de 260ºC, no caso da madeira), as moléculas constituintes se quebram e os átomos se recombinam com o oxigênio para formar água, dióxido de carbono e outros produtos. Em outras palavras, eles queimam;
    • o carbono do carvão também se combina com o oxigênio, que é uma reação muito mais lenta. É por isso que o carvão vegetal da churrasqueira pode continuar quente por bastante tempo.

    Um efeito secundário dessas reações químicas é muito calor. O fato de as reações químicas no fogo gerarem bastante calor novo é que mantém o fogo.

    Muitos combustíveis queimam em uma etapa. A gasolina é um bom exemplo. O calor vaporiza a gasolina e essa queima como gás volátil. Não há carvão.

    Os humanos também têm aprendido como dosar o combustível e controlar o fogo. Uma vela é um instrumento para vaporizar e queimar lentamente a cera.

  • à medida que se aquecem, os átomos de carbono que estão subindo (assim como os átomos de outros materiais) emitem luz. Esse efeito de "luz produzida pelo calor" é chamado de incandescência e é o mesmo tipo de efeito que cria a luz em uma lâmpada. É o que causa a chama visível. A cor da chama varia dependendo da temperatura e do material que você está queimando. A variação de cores dentro de uma chama é causada pelas diferentes temperaturas. Normalmente, a parte mais quente de uma chama (a base) é azul e as partes mais frias do topo são alaranjadas ou amarelas.

    Além de emitirem luz, as partículas de carbono que sobem podem se acumular nas superfícies ao redor, na forma de fuligem.


Imagem cedida pela NASA
O fogo forma uma esfera na microgravidade

O que há de perigoso nas reações químicas que ocorrem no fogo é o fato de serem auto-perpetuáveis. O próprio calor da chama mantém o combustível na temperatura de ignição, contribuindo para que queime enquanto houver combustível e oxigênio. A chama aquece todo o combustível que há ao redor, de modo que esse também libera gases. Quando a chama causa a ignição dos gases, o fogo se alastra.

Na Terra, a gravidade determina como a chama vai queimar. Todos os gases quentes presentes na chama são muito mais quentes (e menos densos) do que o ar ao redor, portanto, se movem para cima em direção à menor pressão. É por isso que o fogo normalmente se espalha para cima e também é por isso que as chamas ficam sempre "apontando" para o alto. Se você precisasse acender fogo em um ambiente de microgravidade - por exemplo, em um ônibus espacial - ele teria a forma de uma esfera.