La combustione, definita come la rapida ossidazione di una sostanza accompagnata da un’elevata temperatura e solitamente una fiamma, può produrre un numero di prodotti diversi, a seconda dei materiali disponibili nella reazione. I prodotti della combustione pulita tra un idrocarburo e l’ossigeno sono anidride carbonica (CO2), acqua (H2O) ed energia. Anche la combustione incompleta, sporca o parziale può formare monossido di carbonio (CO), carbonio libero o fuliggine, ossidi di azoto, acido cianidrico (HCN) e ammoniaca (NH3).
I prodotti di combustione della combustione pulita includono CO2, H2O ed energia. Nessun altro gas o particolato solido si forma come prodotti di combustione in questo tipo di reazione. La seguente reazione bilanciata è quella del propano, che è un alcano, che reagisce con l’ossigeno:
C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
Quando una reazione di combustione avviene in un ambiente privo di ossigeno, possono essere prodotti diversi prodotti di combustione. Il carbonio libero, più comunemente noto come fuliggine, e il monossido di carbonio vengono prodotti insieme a CO2, H2O ed energia. La formazione di fuliggine come prodotto della combustione è il motivo per cui la combustione incompleta è nota anche come combustione sporca. Nell’industria chimica, i gassificatori bruciano materiali infiammabili in ambienti privi di ossigeno per produrre gas di sintesi, costituito da idrogeno e monossido di carbonio. Al di fuori delle industrie chimiche, la combustione incompleta si verifica spesso nei motori a combustione interna e nei forni poco ventilati.
L’ossigeno dall’aria è la fonte più comune di ossigeno per la maggior parte delle reazioni di combustione. Tuttavia, l’aria è composta principalmente da azoto e, durante la combustione, l’azoto è in grado di produrre una serie di prodotti della combustione. I gas di ossido di azoto, spesso indicati come gas NOX, possono formarsi in una reazione di combustione. Il gas NOX più comune è il biossido di azoto tossico (NO2). Si possono formare anche ammoniaca (NH3) e il letale acido cianidrico (HCN).
Anche alogeni, zolfo e fosforo possono produrre i propri prodotti di combustione. Gli alogeni come il cloro possono reagire con l’idrogeno radicalico per formare sostanze chimiche come l’acido cloridrico (HCl). Lo zolfo può produrre sostanze chimiche tossiche e maleodoranti anidride solforosa (SO2) e idrogeno solforato (H2). Quando il fosforo è presente in una reazione di combustione, produce anidride fosforica (P2O5) come particolato solido bianco.
La tendenza di un combustibile idrocarburico a favorire prodotti di combustione puliti o sporchi può essere stimata esaminando il potenziale di emissione di calore della reazione e l’energia necessaria per avviare la reazione. Aumentando il potenziale di produzione di calore aumenta la tendenza del combustibile a subire una combustione incompleta. Il propano, che non richiede molta energia per avviare la combustione, tende a bruciare in modo pulito. I composti aromatici come il benzene e il toluene, d’altra parte, tendono a produrre molta fuliggine quando vengono bruciati.