Anticongelantes - Líquidos de arrefecimento e aditivos

Quando se deseja resfriar materiais ou peças, utiliza-se um radiador - nos computadores, um dissipador ou heatsink -, uma estrutura metálica que apresenta bom contato com o ar, perdendo calor com mais eficiência que a superfície original. Essa perda de calor pode ser acelerada forçando ar sobre o dissipador, e é isso que os ventiladores fazem dentro dos computadores. Radiadores e dissipadores aparecem também em amplificadores, geladeiras, aparelhos de ar condicionado e carros.

Quando o calor é muito grande, ou deseja-se que o sistema seja mais silencioso, é possível usar um circuito de resfriamento com água, que tem capacidade de absorver bastante calor. Essa água, por sua vez, também precisa ser resfriada, e é bombeada para um radiador externo, onde perde calor para o radiador e volta para resfriar o sistema. Para o circuito de arrefecimento de carros há diversos aditivos no mercado - e é neste ponto que entra a química...

Líquido de arrefecimento

O motor de um carro aquece muito - afinal, a combustão é a base do seu funcionamento. Para remover o excesso de calor, o motor de um carro é resfriado por um líquido que circula continuamente, o líquido de arrefecimento. Esse líquido pode ser água pura, mas há vantagem em utilizar aditivos que modificam as propriedades dessa água. Isso porque a água pura congela normalmente a 0^o C e ferve a 100^o C, mas a água com aditivos apresenta temperatura de congelamento mais baixa e de ebulição mais alta.

Mesmo no Brasil, temperaturas de 0^o C podem ocorrer à noite, nas regiões mais altas ou no Sul, e água pura no circuito de arrefecimento poderia congelar. Por outro lado, em um dia muito quente (o resfriamento do motor é mais difícil) a água de arrefecimento chega facilmente a mais de 100^o C, exigindo que o sistema trabalhe em uma temperatura mais alta. (Parte desse efeito é obtido pela pressurização da água - como em uma panela de pressão, o sistema fechado da água de arrefecimento também suporta uma pressão extra, que impede que a água pura ferva abaixo de cerca de 121^o C.)

O principal soluto nos líquidos de arrefecimento é o etileno glicol, (1, 2 etanodiol), álcool de fórmula HO-CH₂CH₂-OH. A sua temperatura de congelamento é de -12,9^o C, e a de ebulição é de 197,3^o C.

A adição de 50% de etileno glicol à água de arrefecimento faz com que a temperatura de congelamento seja inferior a -33^o C - e a de ebulição, superior a 163^o C! Mas o que explica essas alterações?

Propriedades coligativas

As expressões usadas para determinar a alteração da temperatura de congelamento e de ebulição, estudadas em propriedades coligativas, não servem para calcular a alteração das temperaturas na mistura etileno glicol-água. Isso não significa que a alteração não seja devida à interação das substâncias, mas acontece que soluções concentradas geralmente fogem das idealizações usadas nas equações simples.

O etileno glicol é capaz de fazer pontes de hidrogênio com a água, o que resulta em um abaixamento da temperatura de congelamento - pode-se dizer que a interação dos dois dificulta a "organização" para a formação de um sólido, o que resulta em um ponto de congelamento que é menor que o das duas substâncias separadas.

As mesmas pontes de hidrogênio, e a diluição, diminuem a pressão de vapor da água e fazem com que a temperatura de ebulição seja intermediária - maior que a da água e menor que a do etileno glicol. Outras misturas apresentam esse tipo de comportamento, por exemplo, a mistura álcool-água: destilados com mais de 38% de etanol não congelam em freezers comuns, exigindo temperaturas inferiores a -20^o C.

Outras propriedades dos aditivos para radiador

Geralmente, os aditivos para radiador apresentam a seguinte formulação: etileno glicol (às vezes chamado de MEG, mono etileno glicol), anticorrosivos, corante e tensoativos (antiespumante).

Como o circuito interno de refrigeração de um automóvel é feito de partes metálicas, a presença de água pode ser danosa - com o tempo, acaba havendo lenta corrosão, o que pode até causar perfurações, geralmente no radiador.

Os aditivos para radiadores inibem a corrosão, por apresentarem pequenas quantidades de anticorrosivos: substâncias muito diversas, desde sulfonatos de sódio e ésteres graxos de sódio ou cálcio até carboxi-polímeros. Alguns tensoativos têm a função de evitar a formação de depósitos, enquanto outros têm a função de evitar a formação de espuma. Finalmente, os corantes são apenas para dar um apelo visual à mistura, que de outra forma seria incolor.