QUÍMICA · COMBUSTIBLES Y ENERGÍA
La gasolina, la leña, el metano y el hidrógeno son combustibles. En una combustión, el combustible reacciona con un comburente, habitualmente el oxígeno del aire, y el proceso libera energía. Puede tratarse de una sustancia o de una mezcla, en estado sólido, líquido o gaseoso.
Los ejemplos permiten distinguir los materiales usados para producir calor de otras sustancias que también pueden arder. Las ecuaciones representan combustiones completas idealizadas; no son instrucciones para encender o manipular los materiales.
En las ecuaciones, (s) indica sólido; (l), líquido; y (g), gas. El agua se representa como vapor salvo cuando se indica expresamente H₂O(l). La fase del agua importa al comparar la energía liberada.
EJEMPLO 01
Mezcla líquida de hidrocarburos y componentes de formulación
Se utiliza en motores de encendido por chispa. Contiene distintas sustancias; su composición depende de la formulación y puede incluir etanol.
No tiene una fórmula molecular única ni está formada exclusivamente por octanos. El octanaje describe resistencia a la detonación en un ensayo, no el porcentaje de octano.
EJEMPLO 02
CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(g)
Es el componente principal del gas natural. En su combustión completa, un mol de metano consume dos moles de oxígeno y forma un mol de dióxido de carbono y dos de agua.
El metano puro es inodoro. Al gas distribuido se le pueden añadir odorantes, como mercaptanos, para facilitar la detección de fugas; no existe un único aditivo universal ni una garantía de ausencia de riesgo.
EJEMPLO 03
2 C₂H₆(g) + 7 O₂(g) → 4 CO₂(g) + 6 H₂O(g)
Este alcano gaseoso puede arder y puede estar presente en el gas natural. También se separa como materia prima petroquímica.
La ecuación usa coeficientes enteros: cada mol de etano necesita 3,5 mol de O₂ para la combustión completa. Ser combustible no significa que quemarlo sea su único uso.
EJEMPLO 04
C₃H₈(g) + 5 O₂(g) → 3 CO₂(g) + 4 H₂O(g)
El propano se emplea como combustible para calefacción y cocción. Es gaseoso a temperatura ambiente y presión atmosférica, pero puede almacenarse licuado bajo presión.
En esta ecuación se representa el propano gaseoso. Su cambio entre líquido y gas no modifica la fórmula C₃H₈.
EJEMPLO 05
2 C₄H₁₀(g) + 13 O₂(g) → 8 CO₂(g) + 10 H₂O(g)
El butano es otro componente de gases combustibles licuados. Su combustión completa exige 6,5 mol de O₂ por mol de C₄H₁₀.
El n-butano y el isobutano tienen la misma fórmula molecular, pero distinta estructura. Ambos son hidrocarburos; una fórmula sola no distingue sus isómeros.
EJEMPLO 06
Producto formado principalmente por propano y/o butanos
El gas licuado de petróleo se comercializa en formulaciones que dependen del lugar, la estación y la especificación del suministro. Se utiliza en hogares, transporte y procesos industriales.
No hay una proporción universal de 70 % de propano y 30 % de butano. Para comparar su energía con la del metano hay que indicar si se habla de un mol, un kilogramo o un volumen en condiciones definidas.
EJEMPLO 07
Mezcla de hidrocarburos pesados; viscosidad variable
Puede utilizarse en instalaciones industriales y para producir calor en calderas. En una central térmica, ese calor permite generar vapor que mueve una turbina.
Su manejo depende del grado y la instalación; algunos combustóleos requieren acondicionamiento térmico por su viscosidad. No son sustancias puras ni su combustión es necesariamente completa por calentarlos.
EJEMPLO 08
Combustible formulado para motores de encendido por compresión
En el uso cotidiano, gasoil o gasóleo y diésel suelen designar el mismo tipo de combustible de automoción. El diésel de petróleo es una mezcla, no una molécula individual.
En refinería, «gasóleo» también puede designar fracciones o corrientes que aún no son un combustible terminado. Los nombres y las especificaciones deben leerse en su contexto.
EJEMPLO 09
Mezcla de hidrocarburos de una fracción del petróleo
Se utiliza en determinados equipos de calefacción y lámparas. Existen además combustibles de aviación de tipo queroseno con especificaciones propias.
No es un alcano puro ni se define por una lista cerrada de moléculas C₁₀ a C₁₆. El queroseno de lámpara y el combustible de aviación no deben suponerse intercambiables.
EJEMPLO 10
Material sólido rico en carbono
Se obtiene por carbonización de madera y se usa como combustible. Contiene carbono, componentes volátiles y materia mineral; su calidad varía con el material y el proceso.
Puede arder como brasa sin una llama visible persistente. La humedad reduce la energía útil por unidad de masa tal como se recibe, porque parte del calor se emplea en calentar y evaporar agua.
EJEMPLO 11
Biomasa sólida: celulosa, hemicelulosa, lignina y otros componentes
Al calentarse, la madera libera productos volátiles que pueden arder; el residuo carbonoso también puede seguir quemándose. Su composición y humedad influyen en el comportamiento.
La leña no tiene una única fórmula molecular. La presencia de llamas y brasas muestra que un combustible sólido puede atravesar varias etapas durante su combustión.
EJEMPLO 12
Sólido carbonoso obtenido por tratamiento térmico
El coque metalúrgico procede del tratamiento de carbón mineral y sirve como combustible y agente reductor en la producción de hierro. También existe coque de petróleo, de otro origen.
No es carbono químicamente puro. Su composición y su uso industrial lo distinguen del carbón vegetal y de la leña.
EJEMPLO 13
C₄H₁₀O(l) + 6 O₂(g) → 4 CO₂(g) + 5 H₂O(g)
Es un líquido muy volátil e inflamable que se emplea como disolvente. La ecuación muestra que puede actuar como combustible, aunque no sea un carburante habitual.
Su molécula ya contiene un átomo de oxígeno: al balancear hay que contarlo. La fórmula condensada (C₂H₅)₂O equivale a C₄H₁₀O.
EJEMPLO 14
2 C₂H₂(g) + 5 O₂(g) → 4 CO₂(g) + 2 H₂O(g)
Este hidrocarburo gaseoso se utiliza en equipos de soldadura y corte oxiacetilénico. A diferencia de los alcanos, contiene un triple enlace entre sus carbonos.
La ecuación representa la combustión completa global. No describe todas las etapas ni las zonas de una llama real.
EJEMPLO 15
2 C₆H₁₄(l) + 19 O₂(g) → 12 CO₂(g) + 14 H₂O(g)
El n-hexano es un alcano líquido combustible. Puede estudiarse como sustancia individual y también forma parte de mezclas de hidrocarburos.
Aquí se parte del líquido: que su combustión implique vapor no obliga a escribirlo inicialmente como gas. C₆H₁₄ también corresponde a otros isómeros.
EJEMPLO 16
2 C₈H₁₈(l) + 25 O₂(g) → 16 CO₂(g) + 18 H₂O(g)
El n-octano es un alcano líquido. Su ecuación es un modelo útil para practicar la combustión de un hidrocarburo con ocho carbonos.
No representa por sí solo toda la gasolina. El isooctano empleado como referencia de octanaje es un isómero distinto del n-octano.
EJEMPLO 17
C₉H₂₀(l) + 14 O₂(g) → 9 CO₂(g) + 10 H₂O(g)
El n-nonano es un alcano líquido combustible. Sus nueve carbonos permiten formar nueve CO₂ por cada molécula que se oxida completamente.
En los productos se cuentan 28 átomos de oxígeno: 18 en CO₂ y 10 en agua. Por eso el coeficiente del O₂ es 14.
EJEMPLO 18
2 C₁₀H₂₂(l) + 31 O₂(g) → 20 CO₂(g) + 22 H₂O(g)
El n-decano es un alcano líquido que sirve para estudiar hidrocarburos de mayor cadena. Su combustión completa requiere 15,5 mol de O₂ por mol de decano.
No debe confundirse una sustancia como el decano con un producto comercial como el queroseno, que reúne distintas sustancias.
EJEMPLO 19
C₂H₅OH(l) + 3 O₂(g) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(g)
Este alcohol puede utilizarse como combustible y como componente de mezclas con gasolina. Contiene carbono, hidrógeno y oxígeno; no pertenece a los hidrocarburos.
Una disolución de alcohol incluye agua u otros componentes y no se comporta igual que el etanol puro. El color de una llama, por sí solo, no identifica el líquido que arde.
EJEMPLO 20
2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(g)
El hidrógeno es un combustible sin carbono. Al reaccionar únicamente con oxígeno, el producto de la ecuación es agua; también puede utilizarse en pilas de combustible, donde la conversión es electroquímica.
En una combustión con aire pueden formarse óxidos de nitrógeno. Que no haya CO₂ procedente del H₂ no equivale a ausencia de impactos en su producción o utilización.
El carbón animal o carbón de huesos contiene una fracción carbonosa y abundante materia mineral, especialmente fosfatos de calcio. Se estudia y utiliza como adsorbente, por ejemplo para retener determinadas sustancias de una disolución.
Su nombre no lo hace equivalente al carbón vegetal usado como combustible. Que contenga una fracción capaz de oxidarse no basta para atribuirle la misma composición, uso o poder calorífico. Conviene tratarlo como un material diferente. Investigación sobre adsorción en carbón de huesos.
En la combustión del metano, CH₄ es el combustible y O₂ es el comburente. La mezcla de reactivos, la temperatura y otras condiciones influyen en que la reacción se inicie y se mantenga. No basta con que haya una chispa en cualquier circunstancia.
Muchos contienen carbono e hidrógeno, pero el hidrógeno molecular no contiene carbono. Tampoco toda sustancia orgánica se enciende fácilmente. La combustibilidad describe un comportamiento; «orgánico» describe una familia química.
En la madera pueden arder los productos volátiles y quedar brasas. Por eso una llama visible no es requisito universal de combustión. Su zona más caliente depende de la mezcla y del tipo de llama; no está siempre en la punta.
La volatilidad expresa la facilidad con que una sustancia pasa a vapor en unas condiciones. A igual temperatura, una mayor presión de vapor indica mayor tendencia a vaporizarse. Hay combustibles líquidos con volatilidades muy distintas: no todos se evaporan como el éter. Presión de vapor y cambios de fase.
Para un hidrocarburo, la combustión completa ideal produce CO₂ y H₂O. Una combustión incompleta puede generar CO, hollín y otras especies; depende del suministro de oxígeno, la mezcla, la temperatura y el tiempo disponible. El combustible que queda sin reaccionar es un remanente, no un producto formado.
Como modelo de una reacción con formación de CO puede escribirse:
2 CH₄(g) + 3 O₂(g) → 2 CO(g) + 4 H₂O(g)
Una llama real puede contener simultáneamente varios productos; esta ecuación no describe toda su composición. El monóxido de carbono es tóxico.
Romper enlaces requiere energía; formar enlaces libera energía. La combustión es exotérmica porque el balance total de la transformación libera energía al entorno. No se explica diciendo que romper C–C o C–H produce calor por sí solo. Energía de enlace.
Para comparar cantidades de energía hay que indicar la sustancia, la cantidad y los estados de reactivos y productos. A 25 °C, para estados estándar y agua líquida como producto:
CH₄(g) + 2 O₂(g) → CO₂(g) + 2 H₂O(l)
ΔcH° ≈ −890 kJ/mol de CH₄
El signo negativo indica que el sistema libera energía. Con agua como vapor, la magnitud es aproximadamente 802 kJ/mol. La diferencia corresponde al calor recuperable al condensar el agua; no son dos valores intercambiables para la misma ecuación. Datos termoquímicos del metano · Entalpía y estados físicos.
Usando la caloría termoquímica, 1 kcal = 4,184 kJ. Por tanto, 213 kcal = 213 × 4,184 = 891,192 kJ, o aproximadamente 891 kJ. Para expresar 890 kJ en kilocalorías: 890 ÷ 4,184 ≈ 212,72 kcal. Redondear este último valor a 213 kcal no permite conservar después una equivalencia exacta con seis cifras.
Un mol de un hidrocarburo de mayor tamaño puede liberar más energía que un mol de metano, pero también tiene mayor masa. Esa comparación no demuestra que entregue más energía por kilogramo. Para comparar por volumen también hay que precisar temperatura, presión y fase.
El poder calorífico superior incluye la recuperación de calor al condensar el agua; el inferior considera el agua como vapor. La humedad, la composición y el rendimiento del equipo afectan al calor realmente aprovechado.
1. ¿La gasolina tiene una única fórmula molecular?
No: es una mezcla. C₈H₁₈ describe sustancias como el octano, no toda la gasolina.
2. ¿Cuántos moles de O₂ requiere la combustión completa de 2 mol de propano?
10 mol: cada mol de C₃H₈ necesita 5 mol de O₂.
3. ¿Puede existir un combustible que no produzca CO₂ por su propia oxidación?
Sí. El H₂ no contiene carbono y su reacción con O₂ produce agua.
4. Si 1 mol de CH₄ libera aproximadamente 890 kJ con agua líquida como producto, ¿cuánto liberan 0,25 mol en las mismas condiciones?
Aproximadamente 222,5 kJ. Para el sistema, ΔH ≈ −222,5 kJ; la magnitud del calor liberado es positiva.
5. ¿Un octanaje de 95 significa que hay un 95 % de octano?
No. Es un índice de comportamiento frente a la detonación, no un análisis de composición.
6. ¿Romper los enlaces de un combustible libera energía por sí solo?
No: romper enlaces requiere energía. El balance resulta exotérmico si la formación de los enlaces de los productos libera más energía de la que se consume.
Consultadas el 7 de octubre de 2026. Ejemplos y explicación didáctica: Editorial Ejemplode.