Combustão

 Ver artigo principal: Deflagração

Quando se produz a uma temperatura suficientemente baixa, isto é, inferior a 500 °C, não havendo, regra geral, emissão de luz. A oxidação de um metal (ferro, cobre, zinco, etc.) em contacto com o ar úmido é um exemplo deste tipo de combustão. A combustão lenta é uma forma de queima que acontece a baixas temperaturas. A respiração celular e formação de ferrugem são exemplos de combustões lentas.

 Ver artigo principal: Incêndio

É aquela em que se produz chama e, vulgarmente, designa-se por fogo. Neste caso, devido à mistura dos gases inflamados com o ar forma-se a chama. No caso dos sólidos, cuja combustão decorre à superfície, verifica-se a incandescência a partir da sua ignição e também através da formação de brasas. Estas surgem quando o combustível já não liberta gases suficientes para provocar chama. A combustão do carvão ilustra estes aspectos.

 Ver artigo principal: Detonação

Combustão resultante da mistura de gases ou partículas finamente divididas com o ar numa percentagem bem determinada – mistura explosiva ou detonante – propagando-se a uma velocidade superior a 340 m/s. Neste caso, a mistura tem de ocupar todo o espaço onde está contida e, no momento da explosão, provoca uma elevação de temperatura ou de pressão ou de ambas, simultaneamente, sobre todo o espaço confinante. Usamos como combustível a gasolina,o etanol ou o diesel. Combustão é o processo de obtenção de energia.

 Ver artigo principal: Ignição

Em uma combustão completa, o reagente irá queimar no oxigênio, produzindo um número limitado de produtos e uma chama oxidante, azul. Quando um hidrocarboneto queima no oxigênio, a reação gerará apenas dióxido de carbono ${\displaystyle (CO_{2})}$  e água. Quando elementos como carbono, nitrogênio, enxofre e ferro são queimados, o resultado será os óxidos mais comuns. Carbono irá gerar o dióxido de carbono. Nitrogênio irá gerar o dióxido de nitrogênio ${\displaystyle (NO_{2})}$ . Enxofre irá gerar dióxido de enxofre ${\displaystyle (SO_{2})}$ . Ferro irá gerar óxido de ferro (III) ${\displaystyle (Fe_{2}O_{3})}$ . A combustão completa é naturalmente improvável de ocorrer, a menos que a reação ocorra em situações cuidadosamente controladas, como, por exemplo, em um laboratório.

A combustão turbulenta é caracterizada por fluxos turbulentos. É a mais usada na indústria (ex: turbinas de gás, motores a diesel, etc.), pois a turbulência ajuda o combustível a se misturar com o comburente.

 Ver artigo principal: Ignição automotiva

Na combustão incompleta não há o suprimento de oxigênio adequado para que ela ocorra de forma completa. O reagente irá queimar em oxigênio, mas poderá produzir inúmeros produtos. Quando um hidrocarboneto queima em oxigênio, a reação gerará dióxido de carbono, monóxido de carbono, água, e vários outros compostos como óxidos de nitrogênio, dependendo da composição do combustível. Também há liberação de átomos de carbono, sob a forma de fuligem. A combustão incompleta é muito mais comum que a completa e produz um grande número de subprodutos. No caso de queima de combustível em automóveis, esses subprodutos podem ser muito prejudiciais à saúde, ao meio ambiente e ao próprio carro.

Geralmente, a equação química para queimar um hidrocarboneto (como o octano) com oxigênio é a seguinte:

C_xH_y + (x + y/4)O₂ → xCO₂ + (y/2)H₂O

Por exemplo, a queima de propano é:

C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

A equação, em síntese, de uma hidrocarboneto é sempre a seguinte:

Combustível + Oxigênio → Dióxido de carbono + Água + Calor

A combustão é uma reação de uma substância (combustível) com o oxigênio ${\displaystyle (O_{2})}$  (comburente) presente na atmosfera, com liberação de energia.

A liberação ou consumo de energia durante uma reação é conhecida como variação da entalpia (ΔH), isto é, a quantidade de energia dos produtos da reação (Hp) menos a quantidade de energia dos reagentes da reação (Hr):

Quando ΔH > 0 isto significa que a energia do(s) produto(s) é maior que a energia do(s) reagentes(s) e a reação é endotérmica, ou seja, absorve calor do meio ambiente. Quando ΔH < 0, isto significa que a energia do(s) reagente(s) é maior que a energia do(s) produto(s) e a reação é exotérmica, ou seja, libera calor para o meio ambiente, como no caso da combustão da gasolina, por exemplo.

A respiração é um processo de combustão (“queima de alimentos”) que libera energia necessária para as atividades realizadas pelos organismos. É interessante notar que a reação inversa da respiração é a fotossíntese, que ocorre no cloroplasto das células vegetais, onde são necessários gás carbônico, água e energia (vinda da luz solar) para liberar oxigênio e produzir material orgânico (celulose, glicose, amido, etc.) utilizado no crescimento do vegetal.

${\displaystyle {\ce {{C6H12O6_{(}s)}+6{O2_{(}g)}\rightleftharpoons 6{CO2_{(}g)}+6{H2O_{(}l)}+{energia}}}}$ 

 Ver artigo principal: Fotossíntese

A gasolina possui enxofre (S), e o diesel, ainda mais. Hoje no Brasil existe um grande investimento por parte da Petrobras para diminuir a concentração de enxofre no diesel e assim torná-lo menos poluente. Portanto, combustíveis que tem enxofre, ao serem queimados produzem grandes quantidades de um gás bastante tóxico e corrosivo, responsável por acidificar a atmosfera, o dióxido de enxofre (SO2). Já o álcool é um combustível que não apresenta enxofre e portanto não produz o dióxido de enxofre.

${\displaystyle {\ce {{S_{(}s)}+{O2_{(}g)}->{SO2_{(}g)}}}}$ 

A falta de oxigênio durante a combustão leva à chamada ‘combustão incompleta’ que produz monóxido de carbono (CO). Note que o CO tem um oxigênio a menos que o CO2, o que caracteriza a deficiência de oxigênio, ou a ineficiência da reação. Este gás é muito tóxico para o ser humano, pois este dificulta a função da hemoglobina, que é responsável pela renovação do oxigênio no nosso sangue. Pequenas concentrações de monóxido de carbono já provocam tonturas e dores de cabeça. Outro produto indesejável da combustão incompleta é a fuligem (C), que não tem oxigênio na sua constituição. A porção mais fina da fuligem pode impregnar nos pulmões e causar problemas respiratórios.

As equações químicas abaixo ilustram a quantidade de calor (ΔH) liberada durante a combustão completa e incompleta do gás metano (CH4). Note como a quantidade de calor liberado é menor nos casos de combustão incompleta. Portanto, além da combustão incompleta gerar compostos nocivos à saúde humana, há também uma grande desvantagem econômica, pois com a mesma quantidade de combustível haverá menor quantidade de energia gerada! Veja as equações:

Combustão completa do metano:

${\displaystyle {\ce {{CH4_{(}g)}+2{O2_{(}g)}->{CO2_{(}g)}+2{H2O_{(}l)}}}}$ , ${\displaystyle \Delta H=-802kJ/mol}$  (energia liberada)

Combustão incompleta do metano:

${\displaystyle {\ce {{CH4_{(}g)}+3/2{O2_{(}g)}->{CO_{(}g)}+2{H2O_{(}l)}}}}$ , ${\displaystyle \Delta H=-520kJ/mol}$ 

${\displaystyle {\ce {{CH4_{(}g)}+{O2_{(}g)}->{C_{(}s)}+2{H2O_{(}l)}}}}$ , ${\displaystyle \Delta H=-408,5kJ/mol}$ 

É muito importante saber a quantidade de calor liberada pelos combustíveis para que seja possível comparar o valor energético de cada um deles. Na Tabela 1 são mostradas as entalpias de combustão (ΔHo) para alguns combustíveis, isto é, a energia liberada na queima completa de um mol do combustível. O zero utilizado como índice superior indica que as condições iniciais dos reagentes e as finais dos produtos são 25o C e 1 atm, chamadas de condições padrão.

O combustível menos poluente que se conhece é o hidrogênio, pois sua combustão gera apenas água: ${\displaystyle {\ce {{H2_{(}g)}+1/2{O2_{(}g)}->{H2O_{(}l)}}}}$ , ${\displaystyle \Delta H=-286kJ/mol}$ 

A combustão de um combustível líquido em uma atmosfera oxidante acontece na verdade em forma gasosa. Isto quer dizer, quem queima é o vapor, não o líquido. Portanto, um líquido inflamável normalmente só irá pegar fogo acima de uma certa temperatura, que é 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.

O ato da combustão consiste em três fases relativamente distintas, mas que se sobrepõem:

• Fase de pré-aquecimento, quando o combustível não queimado é esquentado até o seu ponto de fulgor e depois para seu ponto de combustão. Gases inflamáveis começam a ser envolvidos em um processo similar à destilação seca.
• Fase de destilação ou fase gasosa, quando a mistura dos gases inflamáveis com oxigênio sofre ignição, energia é produzida em forma de calor e luz. Fogo normalmente é visível nesta fase.
• Fase de carvão ou fase sólida, quando a saída de gases inflamáveis é muito pouca para a presença persistente de chama, e o combustível carbonizado queima lentamente. Ele só fica incandescente e depois continua a arder sem chama.

Assumindo condições de combustão perfeitas, como uma combustão adiabática(sem perda de calor) e completa, a temperatura da combustão pode ser determinada. A fórmula que leva a essa temperatura é baseada na primeira lei da termodinâmica e se aproveita do fato que o calor da combustão (calculado a partir do valor de aquecimento do combustível) é usado inteiramente para aquecer o combustível e o gás (ex: oxigênio ou ar)

No caso de combustíveis fósseis queimados no ar, a temperatura de combustão depende:

• do valor de aquecimento
• da proporção do ar em relação ao combustível ( ${\displaystyle {\lambda }}$  )
• da capacidade térmica do combustível e do ar
• as temperaturas de entrada do ar e combustível

A temperatura de combustão adiabática aumenta para:

• valores de aquecimento mais altos
• temperaturas de entrada mais altas
• proporções entre o ar e o combustível tendendo para 1.

Normalmente, a temperatura de combustão adiabática para o carvão mineral é por volta de 1500 °C (para temperaturas de entrada e temperaturas do ambiente e ${\displaystyle {\lambda =1.0}}$ ), cerca de 2000 °C para o óleo e 2200 °C para o gás natural.

A análise da combustão é um processo usado para determinar a composição de um composto orgânico. Na combustão incompleta também não há chamas.

• Fogo
• Combustão humana espontânea
• Teoria do flogisto
• Aquecimento global