Combustión

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Última modificación por: Redacción ejemplosde.com, año 2021

La combustión es la reacción química en la que el oxígeno actúa sobre la materia orgánica, descomponiéndola y emitiendo óxidos de carbono (monóxido CO y dióxido CO2), agua (H2O) y una cantidad considerable de energía térmica (calor). Para que comience este proceso, se necesita una chispa o una gran cantidad de calor aplicada a la materia orgánica.

La combustión es una de las reacciones más útiles (si no la más importante) a niveles doméstico e industrial, ya que permite aprovechar su calor en la cocción de alimentos, para hornear pasteles y generar vapor de agua, por ejemplo.

La combustión es útil para cocinar alimentos.

Factores de la combustión

La reacción de combustión se compone de tres factores:

Iniciador

La combustión necesita una chispa o una aportación de calor del exterior, para que la materia comience a reaccionar. Al recibirse esta chispa, que usualmente viene de una fuente eléctrica o de la fricción de la piedra en un encendedor, la materia comenzará su degradación. La reacción se manifestará como una llama luminosa, dependiendo del compuesto orgánico que se esté quemando. Esta llama será portadora del calor emitido por la reacción.

Combustible

El combustible es la materia que se someterá a la reacción de combustión. Se trata de materia orgánica, constituida por una gran proporción de carbono (C) e hidrógeno (H). Al iniciar la reacción, el combustible comienza a interactuar con el oxígeno (O) que hay en el ambiente, transformándose en dióxido de carbono (CO2) y vapor de agua (H2O).

En el momento en que se forman estas sustancias, se emite la energía en forma de calor. Esta energía es la que surge de la ruptura de los enlaces entre los carbonos del combustible. Un ejemplo de reacción de combustión es la del metano (CH4), el hidrocarburo más sencillo:

CH+ 2O2 --> CO2 + 2H2O

Metano + Oxígeno --> Dióxido de carbono + Agua

Comburente

El comburente es la sustancia que transformará químicamente al combustible. El oxígeno (O2) es el comburente por excelencia; está presente en el aire atmosférico o en el flujo de aire que se inyecte al sistema de combustión. Como se aprecia en la reacción anterior, 1 mol de metano (CH4) requiere 2 moles de oxígeno diatómico (O2) para producir 1 mol de dióxido de carbono (CO2) y 2 moles de vapor de agua (H2O).

El comburente es el encargado de mantener la reacción, de asegurar que siga ocurriendo hasta que el combustible se haya agotado lo más posible. Esta es la situación ideal, y la manera en la que se desearía que sucediera. Sin embargo, la realidad interviene de tal forma que no se da así. Siempre queda combustible sobrante, sin transformarse todavía.

Por ello, siempre se recurre a añadir a la reacción un exceso de comburente, oxígeno adicional para que el combustible se queme en mayor cantidad.

Leer más: Ejemplos de comburente

Aire en exceso

El oxígeno comprende una porción de aproximadamente el 20.94% del aire atmosférico. Al suministrarse al sistema en el que está ocurriendo la combustión, reaccionará con la materia orgánica. Para que esta interacción se desarrolle, se introducirá una cantidad de oxígeno que vaya de acuerdo con la cantidad de combustible, según lo indique la ecuación de la reacción.

Si continuamos con el ejemplo de la combustión del metano:

CH+ 2O2 --> CO2 + 2H2O

Se necesitan 2 moles de oxígeno (O2) por cada 1 mol de metano (CH4). Ya que el aire tiene 20.94% en mol de oxígeno, se agregan los moles necesarios de aire para cubrir esos 2 moles de oxígeno de la ecuación. Como ya se ha mencionado, la reacción nunca ocurre tal cual se plantea en la ecuación, sino que a veces no se alcanza a consumir el combustible y queda aún materia sin reaccionar. Incluso, puede quedar oxígeno libre y sin participar.

Es por eso que se añade aire en exceso, para generar una condición de oxígeno en exceso. Esto permite asegurar que se pueda llegar a una reacción mejor terminada. El oxígeno en exceso se puede establecer en un porcentaje con respecto a los moles de oxígeno estequiométricos (escritos en la ecuación).

Por ejemplo: 50% en exceso de oxígeno representa a los 2 moles de la ecuación más el 50% de ellos: (50%*2 = 1 mol más). De manera que en una reacción con 50% de exceso de oxígeno se agregan 3 moles de oxígeno O2 por cada 1 mol de metano CH4.

Combustión completa y combustión incompleta

Cuando una combustión obedece en su totalidad a la reacción que produce dióxido de carbono (CO2), se dice que ha ocurrido una combustión completa. En el caso del metano (CH4), sería:

CH+ 2O2 --> CO2 + 2H2O

Sin embargo, esa es la condición ideal y es muy difícil que ocurra tal cual. En los casos reales, además de dióxido de carbono (CO2) se produce monóxido de carbono (CO), que es una forma menor de óxido de carbono. Una mezcla de los dos es la que se genera usualmente, porque ocurren al mismo tiempo ambas reacciones:

CH+ 2O2 --> CO2 + 2H2O

CH+ 3/2 O2 --> CO + 2H2O

A este último tipo de reacción en la que también se produce monóxido de carbono (CO) se le llama combustión incompleta.

La combustión incompleta es la que realmente sucede.

Ejemplos de Combustión

  1. Combustión completa del Metano CH4:

CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O

  1. Combustión incompleta del Metano CH4:

CH4 + 3/2 O2 --> CO + 2H2O

  1. Combustión completa del Etano C2H6:

C2H6 + 7/2 O2 --> 2CO2 + 3H2O

  1. Combustión incompleta del Etano C2H6:

C2H6 + 5/2 O2 --> 2CO + 3H2O

  1. Combustión completa del Propano C3H8:

C3H8 + 5O2 --> 3CO2 + 4H2O

  1. Combustión incompleta del Propano C3H8:

C3H8 + 7/2 O2 --> 3CO + 4H2O

  1. Combustión completa del Butano C4H10:

C4H10 + 13/2 O2 --> 4CO2 + 5H2O

  1. Combustión incompleta del Butano C4H10:

C4H10 + 9/2 O2 --> 4CO + 5H2O

  1. Combustión completa del Pentano C5H12:

C5H12 + 8O2 --> 5CO2 + 6H2O

  1. Combustión incompleta del Pentano C5H12:

C5H12 + 11/2 O2 --> 5CO + 6H2O

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Autor: Redacción ejemplosde.com, año 2021

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