Una reazione di combustione avviene quando un combustibile e un agente ossidante, o ossidante, reagiscono, liberando energia sotto forma di calore e talvolta luce. I processi più noti di questo tipo comportano la combustione di materiali organici contenenti carbonio e idrogeno, che si combinano con l’ossigeno dell’aria per formare anidride carbonica e acqua. Qui il combustibile è qualcosa come il legno, la benzina o il carbone e l’ossidante è l’ossigeno. Sono tuttavia possibili molti altri tipi di reazione di combustione. Reazioni di questo tipo sono essenziali per la vita e vengono sfruttate per generare energia, fornire calore, far funzionare veicoli a motore e in molti altri modi.
Ossidazione
L’ossidazione è un processo chimico in cui gli elettroni vengono rimossi da una sostanza, rilasciando energia. Il termine deriva dal fatto che gli esempi più familiari riguardano sostanze che si combinano con l’ossigeno, che nel processo acquisisce elettroni. Altri elementi, tuttavia, possono agire anche come ossidanti. Ad esempio, l’elemento fluoro è un ossidante più potente dell’ossigeno. Il processo può avvenire in modo estremamente rapido, il che può provocare un’esplosione in cui tutta l’energia viene rilasciata quasi istantaneamente e il gas caldo si espande violentemente creando un’onda di pressione e un forte rumore. In alternativa, può avvenire moderatamente rapidamente, come nel caso di un incendio, o molto più lentamente, come nell’arrugginimento del ferro.
Combustione spontanea
Di solito, è necessario fornire energia per avviare una reazione di combustione. Questo può essere semplicemente accendere un fiammifero o generare una scintilla. Dopo questo, la reazione è autosufficiente, il che significa che l’energia rilasciata dalla reazione stessa la fa andare avanti.
In alcuni casi, tuttavia, può essere presente energia sufficiente a temperatura ambiente, o anche inferiore, perché la reazione possa procedere. Tutto dipende dall’ossidante e dal combustibile: se l’agente ossidante è sufficientemente potente e il combustibile si infiamma facilmente, possono prendere fuoco se miscelati, senza bisogno di fornire calore. Questo è noto come combustione spontanea. Gli ossidanti forti devono quindi essere maneggiati con molta cura, in quanto possono causare incendi o esplosioni se entrano in contatto con materiali infiammabili.
Prodotti di combustione
Poiché la combustione di solito coinvolge elementi nel combustibile che si combinano con l’ossigeno, i prodotti sono tipicamente ossidi. Nelle sostanze organiche, il carbonio e l’idrogeno si combinano generalmente con l’ossigeno per produrre anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O). Tuttavia, anche altre sostanze possono bruciare. Ad esempio, zolfo e fosforo bruciano facilmente, producendo ossidi. Anche i metalli, se polverizzati, bruceranno, formando ossidi e spesso producendo fiamme brillantemente luminose: per questo motivo vengono spesso utilizzati magnesio, alluminio e altri metalli nei fuochi d’artificio.
Spesso una reazione di combustione che coinvolge materiali organici è incompleta. Nel caso del legno, ad esempio, parte del carbonio incombusto viene rilasciato come minuscole particelle sotto forma di fumo e, di solito, parte viene lasciata indietro come carbone. Quando non c’è abbastanza ossigeno disponibile per ossidare tutto il carbonio in alcuni combustibili in anidride carbonica (CO2), può essere prodotto un altro gas chiamato monossido di carbonio (CO). Quando ciò avviene in uno spazio chiuso, come potrebbe essere il caso di una caldaia difettosa, le conseguenze possono essere fatali, poiché la CO è tossica e inodore.
Fattori che influenzano l’infiammabilità
Oltre ai fattori chimici, come la reattività del carburante e dell’ossidante, ci sono una serie di fattori fisici che influenzano l’infiammabilità. Uno di questi è la superficie del carburante che entra in contatto con l’ossidante. In circostanze normali non è possibile far bruciare un pezzo di ferro, ma sotto forma di polvere estremamente fine, questo metallo si accenderà spontaneamente nell’aria.
I combustibili liquidi in realtà non bruciano, anche se spesso sembra che lo facciano. È il vapore rilasciato dal carburante che prende fuoco, quindi l’infiammabilità di un liquido dipende in parte dalla quantità di vapore che produce. La temperatura alla quale c’è abbastanza vapore nell’aria per accenderla è nota come punto di infiammabilità; questa è un’informazione importante per lo stoccaggio e la manipolazione di liquidi infiammabili
Respirazione cellulare
Questo è il processo mediante il quale le cellule degli organismi viventi ossidano i nutrienti come i carboidrati in anidride carbonica e acqua. Poiché i prodotti finali sono gli stessi che si produrrebbero se queste materie prime venissero bruciate, la reazione complessiva può essere considerata una combustione, ma poiché avviene in più fasi separate, è molto più lenta di quanto normalmente si intende da questo termine. Tuttavia, produce ancora calore e aiuta a mantenere la temperatura corporea. In una nota dimostrazione, una piccola quantità di zucchero viene mescolata con un forte ossidante e accesa, facendola bruciare abbastanza forte da fondere il vetro, mostrando quanta energia è racchiusa nelle molecole di zucchero. Nel corpo, questa energia viene rilasciata molto più lentamente, ma il principio è lo stesso.
si utilizza
L’uomo primitivo usava prima il fuoco per riscaldarsi e poi per cucinare il cibo, una pratica che uccideva microrganismi e parassiti nocivi. La rivoluzione industriale è dipesa dalla combustione di combustibili – inizialmente legno, e poi combustibili fossili come carbone e petrolio – per fornire il calore necessario per fondere i metalli. Oggi, la combustione viene utilizzata per generare elettricità e produrre una vasta gamma di prodotti chimici e prodotti, e il motore a combustione interna utilizza anche la rapida combustione di combustibili fossili per fornire l’energia cinetica che alimenta automobili e altri veicoli.