La combustione completa è una reazione chimica in cui tutti gli atomi di carbonio in una particolare sostanza vengono interamente consumati. “Combustione” è generalmente inteso come sinonimo di “bruciare”, sebbene la definizione chimica sia di solito molto più ampia del semplice bruciare con fiamme o fuoco. Gli incendi sono certamente una forma di combustione e possono portare alla combustione completa di legna e altri materiali. Ci sono anche una serie di altre possibilità, però. Da un punto di vista scientifico, questo tipo di reazione si verifica ogni volta che ossigeno, calore e qualsiasi tipo di combustibile contenente carbonio sono presenti insieme. Gli atomi di carbonio si legano agli atomi di ossigeno in modo tale da essere esattamente accoppiati e il calore innesca una conversione, solitamente in anidride carbonica e acqua, ma ciò può dipendere dalla composizione chimica degli elementi nel punto di partenza.
Se non c’è abbastanza ossigeno nell’atmosfera per abbinare ogni atomo di carbonio, la combustione è solitamente incompleta, il che significa che la conversione trasforma parte del materiale in gas, ma non tutto. La quantità di calore richiesta per la reazione in entrambi gli eventi di solito dipende dal combustibile, poiché la temperatura deve essere pari o superiore alla soglia di combustione di quel materiale affinché la reazione abbia luogo.
Capire la combustione in generale
Molti materiali, e tutto ciò che sostiene la vita, sono considerati “a base di carbonio”. Il carbonio è un elemento quasi onnipresente, proprio come l’ossigeno. Ogni composto contenente carbonio ha la cosiddetta “temperatura di accensione”, che è la temperatura alla quale brucerà. Mescole diverse hanno soglie diverse, ma il calore è sempre il primo requisito. A volte questo calore può essere davvero basso, come quello prodotto dall’attrito quando un fiammifero colpisce una superficie ruvida; in molti casi deve essere molto più alto, però.
Una volta che il materiale è esposto al calore oltre la sua temperatura di accensione, gli atomi di carbonio iniziano a riorganizzarsi. Corrispondono all’ossigeno nell’atmosfera e si verifica una piccola reazione a livello atomico che, se vista dall’esterno, può spesso essere piuttosto drammatica. A volte l’intera cosa va in fiamme, o potrebbe sembrare che si sciolga o si dissolva rapidamente; potrebbe andare in fumo e a volte fa un rumore come un botto o un pop. Molto dipende dalle sostanze coinvolte, nonché da cos’altro contiene il composto comburente oltre al semplice carbonio. Questi elementi secondari sono solitamente coinvolti piuttosto per impostazione predefinita.
Cosa rende una combustione “completa”
Quando gli scienziati parlano di combustione “completa”, di solito parlano di un evento in cui tutto viene consumato dalla reazione. Affinché ciò accada, deve esserci abbastanza ossigeno disponibile per ogni atomo di carbonio nel composto per trovare una corrispondenza o una coppia nell’aria ambientale. Il più delle volte questo non è un problema; l’atmosfera di solito contiene molto ossigeno. Di solito c’è solo una carenza quando la reazione avviene in un luogo più insolito; sottoterra in una grotta, per esempio, ad altissima quota, o in un laboratorio dove le condizioni sono controllate artificialmente.
Alternative incomplete
Il rapporto perfetto tra carbonio e ossigeno viene anche definito stechiometrico o combustione dell’aria in eccesso zero. La combustione può ancora verificarsi quando il rapporto è squilibrato, ma in queste circostanze di solito rimane qualcosa, vale a dire che l’intero composto non si converte in un gas o cambia forma in altro modo. Nella maggior parte dei casi questo è noto come combustione incompleta. Il processo è lo stesso fino al punto finale; il carbonio e l’ossigeno combaciano il più possibile, quindi lasciano il resto più o meno intatto.
Propano come modello
La combustione del propano serve come esempio di un idrocarburo comunemente bruciato nell’uso domestico. Di solito, la combustione del propano si verifica quando il gas nella miscela d’aria è compreso tra il 2.2% e il 9.6%. Questo intervallo è indicato come “limiti di infiammabilità” del propano. Un apparecchio a propano correttamente funzionante che produce una combustione ideale di solito emette una fiamma blu.
La combustione incompleta del propano si verifica quando il rapporto di miscelazione è superiore o inferiore al rapporto ideale, ma avviene comunque entro i limiti di infiammabilità. Se il rapporto tra propano e aria è inferiore al rapporto ideale, si verificherà una “bruciatura magra”, come evidenziato dalle fiamme che sembrano sollevarsi dal bruciatore o spegnersi. In alternativa, si verifica una “bruciatura ricca” quando il rapporto tra propano e aria è maggiore del rapporto ideale e può essere riconosciuto da fiamme più grandi che sono gialle anziché blu. La combustione incompleta di propano o altri idrocarburi in genere provoca il rilascio di monossido di carbonio, un rischio ambientale e sanitario estremamente serio per l’uomo e la maggior parte degli animali. Il monossido di carbonio è inodore e non può essere rilevato senza sensori speciali, ma è spesso letale se inalato per periodi prolungati.