La combustión, definida como la oxidación rápida de una sustancia acompañada de una temperatura alta y generalmente una llama, puede producir una serie de productos diferentes, dependiendo de los materiales disponibles en la reacción. Los productos de la combustión limpia entre un hidrocarburo y el oxígeno son el dióxido de carbono (CO2), el agua (H2O) y la energía. La combustión incompleta, sucia o parcial también puede formar monóxido de carbono (CO), carbono libre u hollín, óxidos de nitrógeno, cianuro de hidrógeno (HCN) y amoniaco (NH3).
Los productos de combustión de combustión limpia incluyen CO2, H2O y energía. No se forman otros gases o partículas sólidas como productos de combustión en este tipo de reacción. La siguiente reacción equilibrada es la del propano, que es un alcano, que reacciona con el oxígeno:
C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
Cuando tiene lugar una reacción de combustión en un entorno privado de oxígeno, se pueden producir diferentes productos de combustión. El carbono libre, más comúnmente conocido como hollín, y el monóxido de carbono se producen junto con CO2, H2O y energía. La formación de hollín como producto de combustión es la razón por la que la combustión incompleta también se conoce como combustión sucia. En la industria química, los gasificadores queman materiales inflamables en ambientes privados de oxígeno para producir gas de síntesis, que consiste en hidrógeno y monóxido de carbono. Fuera de las industrias químicas, la combustión incompleta a menudo ocurre en motores de combustión interna y hornos mal ventilados.
El oxígeno del aire es la fuente más común de oxígeno para la mayoría de las reacciones de combustión. Sin embargo, el aire está compuesto principalmente de nitrógeno y, durante la combustión, el nitrógeno es capaz de producir varios de sus propios productos de combustión. Los gases de óxido de nitrógeno, a menudo denominados gases NOX, se pueden formar en una reacción de combustión. El gas NOX más común es el dióxido de nitrógeno tóxico (NO2). También se pueden formar amoníaco (NH3) y el letal cianuro de hidrógeno (HCN).
Los halógenos, el azufre y el fósforo también pueden producir sus propios productos de combustión. Los halógenos como el cloro pueden reaccionar con los radicales libres de hidrógeno para formar sustancias químicas como el cloruro de hidrógeno (HCl). El azufre puede producir sustancias químicas tóxicas y malolientes dióxido de azufre (SO2) y sulfuro de hidrógeno (H2). Cuando el fósforo está presente en una reacción de combustión, produce pentóxido de fósforo (P2O5) como una partícula sólida blanca.
La tendencia de un combustible de hidrocarburo a favorecer los productos de combustión limpios o sucios se puede estimar examinando el potencial de producción de calor de la reacción y la energía necesaria para iniciar la reacción. El aumento del potencial de producción de calor aumenta la tendencia del combustible a sufrir una combustión incompleta. El propano, que no requiere mucha energía para iniciar la combustión, tiende a arder limpiamente. Los compuestos aromáticos como el benceno y el tolueno, por otro lado, tienden a producir mucho hollín cuando se queman.