Questão 88 do ENEM 2014 — Ciências da Natureza

Para resolvermos essa questão, precisamos entender o que significa a eficiência energética de um combustível nesse contexto. O enunciado pede a substância mais eficiente para a obtenção de energia na combustão de $1\text{ kg}$ de combustível. Isso significa que devemos encontrar qual substância libera a maior quantidade de energia por unidade de massa.

A tabela nos fornece a entalpia de combustão (energia liberada) em $\text{kJ/mol}$. Como queremos comparar a energia liberada por massa (em gramas ou quilogramas), o primeiro passo é calcular a massa molar ($M$) de cada substância, utilizando as massas molares dos elementos fornecidas: $\text{H} = 1\text{ g/mol}$, $\text{C} = 12\text{ g/mol}$ e $\text{O} = 16\text{ g/mol}$.

Em seguida, dividiremos a energia liberada em $1\text{ mol}$ (em módulo, pois o sinal negativo apenas indica que a energia é liberada) pela massa de $1\text{ mol}$ (massa molar). Isso nos dará a energia liberada por grama ($\text{kJ/g}$) para cada combustível.

Vamos aos cálculos para cada substância:

1. Acetileno ($\text{C}_2\text{H}_2$)

• Massa molar: $M = (2 \times 12) + (2 \times 1) = 24 + 2 = 26\text{ g/mol}$
• Energia por grama: $\frac{1298\text{ kJ}}{26\text{ g}} \approx 49,9\text{ kJ/g}$

2. Etano ($\text{C}_2\text{H}_6$)

• Massa molar: $M = (2 \times 12) + (6 \times 1) = 24 + 6 = 30\text{ g/mol}$
• Energia por grama: $\frac{1558\text{ kJ}}{30\text{ g}} \approx 51,9\text{ kJ/g}$

3. Etanol ($\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$)

• Massa molar: $M = (2 \times 12) + (6 \times 1) + 16 = 24 + 6 + 16 = 46\text{ g/mol}$
• Energia por grama: $\frac{1366\text{ kJ}}{46\text{ g}} \approx 29,7\text{ kJ/g}$

4. Hidrogênio ($\text{H}_2$)

• Massa molar: $M = 2 \times 1 = 2\text{ g/mol}$
• Energia por grama: $\frac{242\text{ kJ}}{2\text{ g}} = 121,0\text{ kJ/g}$

5. Metanol ($\text{CH}_3\text{OH}$)

• Massa molar: $M = 12 + (4 \times 1) + 16 = 12 + 4 + 16 = 32\text{ g/mol}$
• Energia por grama: $\frac{558\text{ kJ}}{32\text{ g}} \approx 17,4\text{ kJ/g}$

Comparando os resultados, vemos que o hidrogênio ($\text{H}_2$) libera $121,0\text{ kJ}$ de energia para cada grama queimado, sendo de longe o valor mais alto entre as opções. Como $1\text{ kg}$ equivale a $1000\text{ g}$, a proporção se mantém: o hidrogênio será o combustível que liberará a maior quantidade de energia na queima de $1\text{ kg}$.

Portanto, levando em conta somente o aspecto energético por massa, o hidrogênio é a substância mais eficiente.