Combustión
La combustión es la oxidación rápida de un combustible con un comburente que libera calor y luz.
La combustión es una reacción química de oxidación rápida entre un combustible y un comburente, normalmente el oxígeno del aire, que libera energía en forma de calor y, a menudo, de luz. Es la reacción que mantiene en marcha los motores, las calderas, las centrales térmicas y las cocinas, y también la responsable de buena parte de las emisiones de CO₂.
¿Qué es la combustión?
Para que haya combustión se necesitan tres elementos que forman el llamado triángulo del fuego: un combustible (la sustancia que se quema), un comburente (el oxidante, en general O₂) y una energía de activación (una chispa o una temperatura suficiente). Si falta uno, el fuego se apaga; de ahí que los extintores actúen enfriando, aislando el combustible o desplazando el oxígeno. Se trata de una reacción exotérmica y, desde el punto de vista electrónico, de una oxidación del combustible y una reducción del oxígeno.
Antoine Lavoisier demostró hacia 1777 que la combustión consiste en la combinación con oxígeno, y desbancó con ello la teoría del flogisto, según la cual los cuerpos desprendían una sustancia al arder.
Tipos de combustión
| Tipo | Condición | Productos (hidrocarburo) | Llama |
|---|---|---|---|
| Completa | Exceso de oxígeno | CO₂ y H₂O | Azul, poco luminosa |
| Incompleta | Oxígeno insuficiente | CO, C (hollín), H₂O | Amarilla, con humo |
| Estequiométrica o neutra | Oxígeno justo | Teóricamente solo CO₂ y H₂O | Ideal, difícil de lograr |
Según su velocidad se distingue también la combustión lenta (la oxidación de un metal o la respiración celular), la rápida (una llama) y la explosiva o deflagración, en la que el frente de reacción avanza a gran velocidad, como en la pólvora.
Ecuaciones de combustión
La combustión completa de un hidrocarburo produce dióxido de carbono y agua. Con el metano, componente principal del gas natural:
La del propano, presente en el gas butano-propano de las bombonas, queda así:
Y la de un hidrocarburo general de fórmula CₓHᵧ:
Cuando falta oxígeno aparece el monóxido de carbono (CO), un gas incoloro, inodoro y muy tóxico porque se une a la hemoglobina con más afinidad que el oxígeno. Es la causa de muchas intoxicaciones por braseros o calderas mal ventiladas:
Combustibles habituales
- Sólidos: madera, carbón y biomasa (véase biomasa).
- Líquidos: gasolina, gasóleo, queroseno y alcoholes, derivados en su mayoría del petróleo (véase combustibles fósiles).
- Gaseosos: gas natural, propano, butano e hidrógeno. La combustión del hidrógeno solo genera agua, por lo que no emite CO₂.
Los combustibles alternativos, como el biodiésel, el bioetanol o el hidrógeno, buscan reducir la huella de carbono de este proceso.
Consecuencias ambientales
La combustión de combustibles fósiles libera CO₂, principal gas de efecto invernadero de origen humano (véase dióxido de carbono). Además, según las condiciones, produce monóxido de carbono, partículas, óxidos de nitrógeno (NOₓ), que se forman a altas temperaturas a partir del N₂ del aire, y dióxido de azufre (SO₂) si el combustible contiene azufre. Estos contaminantes contribuyen a la lluvia ácida y al smog. Para reducirlos se usan catalizadores en los tubos de escape, filtros de partículas y combustibles desulfurados.
Ejercicios resueltos
1. Ajusta la combustión completa del etano: C₂H₆ + O₂ → CO₂ + H₂O.
Primero igualamos C (2 CO₂) e H (3 H₂O): C₂H₆ + O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O. Oxígeno en productos: 4 + 3 = 7 átomos, es decir, 7/2 O₂. Multiplicamos todo por 2: 2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O.
2. ¿Qué masa de CO₂ se produce al quemar completamente 16 g de metano? (C = 12, H = 1, O = 16).
M(CH₄) = 16 g/mol, luego n = 16/16 = 1 mol. Por la ecuación CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O, 1 mol de CH₄ da 1 mol de CO₂. M(CO₂) = 44 g/mol, así que se producen 44 g de CO₂.
3. ¿Cuántos litros de O₂, medidos en condiciones normales (22,4 L/mol), se necesitan para quemar 1 mol de propano?
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O. Hacen falta 5 mol de O₂: 5 · 22,4 = 112 L de O₂.
Seguridad
Todo equipo de combustión necesita ventilación adecuada para asegurar un aporte suficiente de aire y evacuar los gases. Conviene revisar periódicamente calderas y estufas, instalar detectores de monóxido de carbono en los hogares con aparatos de gas o leña y no usar nunca braseros ni barbacoas en espacios cerrados.
Preguntas frecuentes
¿Qué elementos se necesitan para que haya combustión?
Un combustible, un comburente (normalmente oxígeno) y una energía de activación, como una chispa o una temperatura elevada. Si falta cualquiera de los tres, no hay fuego.
¿Es la combustión un cambio físico o químico?
Es un cambio químico: se forman sustancias nuevas, como CO₂ y H₂O, que no pueden volver a convertirse en el combustible original por métodos físicos.
¿Por qué la llama de una vela es amarilla y la del gas azul?
La vela produce una combustión parcialmente incompleta, con partículas de carbono incandescentes que emiten luz amarilla. El gas arde con aire suficiente y su llama azul indica una combustión más completa.
¿Qué diferencia hay entre combustión y oxidación?
La combustión es un tipo de oxidación rápida que libera mucho calor y luz. Otras oxidaciones, como la corrosión del hierro, son tan lentas que apenas se nota el calor.
¿Por qué se apaga una vela al taparla con un vaso?
Porque consume el oxígeno que había dentro del vaso. Al faltar comburente, se rompe el triángulo del fuego.
Referencias
- Chang, R. y Goldsby, K. A. Química. McGraw-Hill.
- Atkins, P. y de Paula, J. Química física. Editorial Médica Panamericana.
- Glassman, I. y Yetter, R. A. Combustion. Academic Press.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Combustión». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/combustion/
