Qué es combustión
La combustión es una reacción química que se da entre un agente oxidante y un combustible. Dicha reacción produce generalmente energía en forma de luz y calor. Puede ser exotérmica o exergónica. Para que este proceso tenga lugar, es necesaria la presencia de un combustible, un oxidante y calor.
Además, es considerada una de las primeras reacciones químicas controladas de forma intencional por el ser humano.
El término deriva del latín “combustio” que quiere decir quemar.
Tipos de combustión
La reacción creada por los componentes de la combustión; el material combustible y el oxidante, se da a conocer en tres tipos de reacción, que son las siguientes:
Combustión completa
Esta combustión reacciona cuando el material combustible se oxida por completo y se consume, luego otros compuestos oxigenados se encuentran subproductos, como el dióxido de azufre, el dióxido de carbono, o el vapor de agua.
Combustión estequiométrica
Este es el nombre dado a las combustiones completas, las cuales ocurren cuando el metano se transforma en CO₂ y H₂O, usan las cantidades correctas de oxígeno para su reacción y que generalmente ocurren solo en el ambiente controlado de un laboratorio, haciendo uso de instrumentos requeridos, por ejemplo, en el caso del metano en polvo se utiliza la cucharilla de combustión.
Combustión incompleta
Son aquellas en las que aparecen compuestos medio oxidados (también llamados no quemados) a partir de gases de combustión, tales como monóxido de carbono (CO), hidrógeno, partículas de carbono, etc.
Proceso de combustión
El combustible debe alcanzar una temperatura mínima para que pueda arder, esta temperatura es la denominada punto de ignición o temperatura de inflamación. Los materiales combustibles tienen una temperatura de inflamación baja y entran con facilidad en combustión.
Si se quema carbón o azufre en iguales cantidades, se observará que la energía calórica que desprende el carbón es mayor que la que desprende el azufre. Esto significa que los combustibles, al quemarse, no desprenden iguales cantidades de calor. Hay unos que desprenden mucha energía calórica, mientras que otro menos calor.
Como resultado del proceso, se obtienen los productos de la combustión. Estos dependen de la naturaleza del combustible, pero en general se produce vapor de agua, dióxido de carbono y carbón. El hecho de que al quemar combustible se liberan importantes cantidades de energía, les da a estos materiales una particular importancia, ya que pueden ser aprovechados para nuestra utilidad.
Las industrias, las fábricas y las plantas de producción de electricidad hacen uso de la combustión para derivar la energía que requieren para funcionar. En la actualidad, los hidrocarburos ocupan el primer lugar entre las fuentes de energía.
Productos de la combustión
Entre los productos de esta reacción química se encuentran los siguientes.
Humo
Está formado por partículas sólidas y líquidas suspendidas en el aire. Con tamaños de entre 0.005 y 0.01 mil micrones. Este tiene efectos irritantes en la mucosa.
El humo es prácticamente el primer factor de riesgo en el desarrollo de un incendio, antes de que pueda sentir el efecto de aumentar la temperatura.
Gases
Los gases están formados por grupos de átomos. Cuando estos gases están lo suficientemente calientes, sus moléculas se separan en fragmentos y se vuelven a unir con el oxígeno del aire para formar nuevas moléculas de productos como por ejemplo, moléculas de agua (H₂O) y moléculas de dióxido de carbono (CO₂) entre otros, si no se queman completo.
Cuando una combustión es completa, los gases generalmente son CO₂, SO₂, O₂, N₂ y H₂O.
Calor
El calor de combustión de una sustancia puede definirse como la cantidad de calor que se libera cuando una determinada cantidad de sustancia se somete a combustión. Cuando los combustibles fósiles son quemados, producen un calor que es utilizado en los procesos de equipos como hornos, calderas y motores.
Llama
La llama es un cuerpo incandescente propio de la combustión. Ocurre cuando dos gases reaccionan, produciendo calor y luz. Presenta una temperatura variable ya que se puede hacer que una llama arda a una temperatura más alta ajustando la reacción, por ejemplo, utilizando oxígeno puro en lugar de aire.
Ejemplos de combustión
- Una vela encerada: al principio, la reacción química ocurre solo en el candelero. Sin embargo, una vez que la llama alcanza la cera, también se produce reacción en la cera.
- Quema de madera: los hidrocarburos en la madera se combinan con oxígeno para formar agua y dióxido de carbono. Esta es una reacción muy enérgica, por lo que genera grandes cantidades de calor y luz para liberar dicha energía.
- Un fósforo encendido: cuando un fósforo se frota contra una superficie ligeramente rugosa, la fricción genera tal calor en la cabeza del fósforo (que consiste en fósforo y azufre) que produce una llama. Esta es una reacción incompleta porque quedan residuos del papel encerado del fósforo.
- Quema de carbón: al quemar carbón hace reacción y se transforma de sólido a gas. En esta reacción, la energía se libera en forma de calor.
- Fuegos artificiales: cuando se enciende un fuego artificial, el calor hace que los productos químicos en él reaccionen con el oxígeno en la atmósfera para producir calor y luz. Se puede afirmar que es una reacción incompleta.
- Hoguera: las fogatas son ejemplos del tipo de reacción que ocurren entre hojas secas, papel, leña o cualquier otro hidrocarburo y una carga de energía calórica (como una cerilla encendida o una chispa generada por las piedras).
- Estufa de gas: las estufas de gas funcionan con propano y butano. Estos dos gases, cuando están en contacto con una carga inicial de energía calórica (un fósforo, por ejemplo), se queman. Es una reacción completa, porque no genera desperdicio, aquí puede ocasionar una combustión espontánea.
- Incendios forestales: los incendios forestales son ejemplos de reacciones incontroladas. Al igual que con la leña, son reacciones incompletas porque dejan residuos.
- Bases fuertes y materia orgánica: en cuanto a estos materiales, como la soda cáustica, hace reacción al entrar en contacto con la materia orgánica.
- Fuegos fatuos: los incendios fatuos son llamas espontáneas que se generan en pantanos con un alto contenido de materia orgánica en descomposición.
- Combustibles en motores: el motor de combustión interna se utiliza en los automóviles que llevan hidrocarburos para poder funcionar dentro de la cámara de combustión, siendo la gasolina uno de los principales componentes para que se dé la reacción interna.
- Combustión de metanol: también conocida como alcohol metílico, es un ejemplo de reacción perfecta, porque no genera nada más que agua y dióxido de carbono.
- Combustión de magnesio metálico: Este es un ejemplo de reacción en la que no se libera agua ni dióxido de carbono. En este caso, el producto es óxido de magnesio. Es una combustión incompleta, ya que produce óxido de magnesio.
- Explosivos: los explosivos, como la pólvora y la nitroglicerina, generan la reacción de combustión y ocurren en milisegundos. Cabe destacar que hay explosivos débiles y fuertes.
- Pólvora: la pólvora es un explosivo débil. En el caso de explosivos débiles, deben colocarse en espacios confinados (como una cámara de armas) para que puedan funcionar.
Imágenes de la combustión
A continuación, se mostrará algunas imágenes de combustión y los diferentes resultados que se obtienen en cada una de ellas:
