Combustão é o nome usado para denominar a reação química que ocorre entre um combustível (material oxidável) e um comburente (material gasoso com oxigênio). Essa reação é exotérmica, pois a energia total dos produtos é menor que a de seus regentes, ocorrendo a liberação de energia em forma de calor.
Os combustíveis que causam a combustão podem ser sólidos, tais como papel, madeira, carvão; líquidos, como álcool, óleo diesel e gasolina; ou gasosos, como gás hidrogênio e gás butano.
Antes de acontecer a reação de combustão é necessário uma ignição, ou seja, algo como uma faísca para fornecer a energia de ativação, que é a energia mínima para acontecer a colisão entre os reagentes.
Tipos de combustão
Quando o combustível é um composto orgânico ocorrerá dois tipos de combustão, a completa e a incompleta. Veja a seguir cada uma delas:
Combustão completa
Ocorre quando a quantidade de oxigênio é suficiente para consumir o combustível. Os produtos produzidos são o dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). Além disso, na combustão completa, há uma maior liberação de calor e o Nox (número de oxidação) de carbono atinge o +4, que é o seu valor máximo. Veja alguns exemplos:
- Combustão completa do metano
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) + calor
- Combustão completa do butano
2 C4H10(g) + 13 O2(g) → 8 CO2(g) + 10 H2O(g) + calor
- Combustão completa do etanol (C2H6O)
C2H6O + O2 → CO2 + H2O
- Ao balancear a reação:
C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
A quantidade de dióxido de carbono na atmosfera aumentou gradativamente em razão do crescimento da queima de combustíveis fosseis como o carvão e derivados de petróleo. Isso gera um agravamento no problema de aquecimento global com a intensificação do efeito estufa.
Contudo, se houver resíduos de enxofre no combustível eles também sofrerão combustão, liberando para a atmosfera óxidos de enxofre:
S(s) + 3/2 O2(g) → SO3(g)
Combustão incompleta
Por outro lado, na combustão incompleta não há oxigênio suficiente para consumir o combustível completamente. Sendo assim, essa reação produz o monóxido de carbono (CO) ou a fuligem (C), substâncias tóxicas prejudiciais à saúde e ao meio ambiente.
Nessas reações, o Nox do carbono atinge valores menores como +1 e +2 e apresenta menor liberação de calor. Observe como elas acontecem:
- Combustão incompleta do etanol:
Produção de CO e H2O = C2H6O + 2 O2 → 2 CO + 3 H2O
Produção de fuligem e H2O = C2H6O + O2 → 2 C + 3 H2O
- Do metano:
CH4 + 3/2 O2 → CO + 2 H2O
CH4 + O2 → C + 2 H2O
Combustão de combustíveis líquidos
A combustão de um combustível líquido em uma atmosfera oxidante acontece de forma gasosa. Logo, quem queima é o vapor e não o líquido. Sendo assim, um líquido inflamável só irá pegar fogo acima de uma certa temperatura, que é o seu ponto de fulgor.
Abaixo dessa temperatura, o líquido não irá evaporar rápido o suficiente para sustentar o fogo, caso a fonte de ignição seja removida.
Combustão de combustíveis fosseis
O ato da combustão desses combustíveis consiste em três fases distintas:
- Fase do pré-aquecimento: ocorre quando o combustível não queimado é esquentado até atingir o seu ponto de fulgor e em seguida o seu ponto de combustão. Além disso, gases inflamáveis começam a ser envolvidos em um processo similar à destilação seca;
- Fase de destilação ou fase gasosa: acontece quando a mistura dos gases inflamáveis com o oxigênio sofre ignição, ou seja, a energia é produzida em forma de calor e luz. Nessa fase, normalmente, o fogo é visível. Exemplo: vela;
- Fase de carvão ou fase sólida: é quando a saída de gases inflamáveis é muito pouca para a presença persistente de chama. Além disso, o combustível carbonizado queima lentamente, pois primeiro ele fica incandescente e depois continua a arder sem chama.
Dessa forma, as reações que envolvem a combustão são muito frequentes no cotidiano, pois elas estão presentes na queima de combustíveis (gasolina e etanol); na queima de combustíveis em indústrias; na queima do gás de cozinha, na queima de uma fogueira, etc.
Entalpia de combustão
A entalpia, também classificada como calor de combustão, é a variação que ocorre no processo de liberação da energia, sob a forma de calor, através da queima de 1 mol de qualquer substância com um temperatura de 25° e pressão de 1 atm.
Em razão das reações serem exotérmicas, a variação da entalpia será sempre negativa. Pois, nesses casos, a energia dos reagentes é maior que a dos produtos. A entalpia pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
ΔH = Hp – Hr
Obs: o “p” indica produtos e o “r” significa reagentes.