Combustión

Física y Química
LA COMBUSTIÓN
ÍNDICE
• La combustión
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• Aplicaciones
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• Efectos ambientales
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• Bibliografía
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REACCIONES DE COMBUSTIÓN
Dentro de las reacciones químicas hay un tipo llamado reacciones de combustión.
Una reacción de combustión es una reacción de oxidación rápida en la que se libera energía luminosa y
calorífica.
Los procesos de combustión y de oxidación tienen algo en común: la unión de una sustancia con el oxígeno.
La única diferencia es la velocidad con que el proceso tiene lugar. Así, cuando el proceso de unión con el
oxígeno es lo bastante lento como para que el calor desprendido durante el mismo se disipe en el ambiente sin
calentar apreciablemente el cuerpo, se habla de oxidación. Si el proceso es rápido y va acompañado de un
gran aumento de temperatura y en ocasiones de emisión de luz (llama), recibe el nombre de combustión.
Ésta consiste en una combinación química con el oxígeno de la atmósfera para dar dióxido de carbono y agua.
Se obtiene una gran cantidad de energía que se utiliza con fines industriales y domésticos.
Un ejemplo de reacción de combustión puede ser la del metano (gas natural):
metano + oxígeno dióxido de carbono + agua + energía
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + 890 kJ/mol
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Las reacciones químicas implicadas en la combustión no suelen, al contrario de lo que sucede en la oxidación,
producirse de forma espontánea. Una fuga de gas puede permanecer un tiempo considerable sin que se
produzca reacción alguna, pues es necesario un iniciador, como puede ser el contacto con una llama o chispa
accidental, para que la combustión de comienzo.
Normalmente se requiere un aporte continuo de calor hasta que en un punto del material se alcanza la
temperatura de inflamación y se produce la ignición. Una vez iniciada, la combustión se autoalimenta debido
al carácter exotérmico de las reacciones de oxidación, generando calor y transmitiéndolo a otras partes del
mismo combustible.
Aunque poco frecuente, la combustión espontánea puede darse si un cuerpo se oxida fácilmente y disipa muy
mal el calor generado en la oxidación, de manera que aumenta gradualmente su temperatura hasta alcanzar el
punto de inflamación.
Bajo determinadas condiciones de presión y temperatura, la combustión de ciertas sustancias puede ser
extremadamente rápida, generando grandes cantidades de energía calorífica y de gases que se expanden y que
pueden hacer estallar el recipiente que los contiene. En este hecho se fundamentan los explosivos.
APLICACIONES
Las aplicaciones de las reacciones de combustión son muy diversas. Pero las más importantes son las que se
describen a continuación:
• La combustión en los seres vivos.
Los trabajos de Priestley y Lavoisier, llevados a cabo a finales del siglo XVIII, permitieron conocer que el
mantenimiento de la vida en los seres vivos era posible gracias a reacciones internas de combustión que
suministran la energía necesaria para mantener la actividad del organismo y, en el caso de animales de sangre
caliente, la temperatura del propio cuerpo, venciendo el desequilibrio entre ésta y la del medio líquido o
gaseoso que les rodea. En ambos procesos el aire que se respira produce la oxidación del carbono y el
hidrógeno contenidos en la sangre, procedentes de la digestión de los alimentos ingeridos.
Si se realiza la combustión de esos alimentos en un laboratorio, se observa que se desprende una cantidad de
energía superior a la generada por su oxidación en el organismo, si bien los productos finales son los mismos:
dióxido de carbono y agua. Esa pérdida de energía aprovechable en el proceso respiratorio se debe a que su
cadena de reacciones es muy distinta a la de una combustión ordinaria, que lleva implícita la formación de
llama, evidentemente inexistente en la oxidación biológica, que debe verificarse dentro de los límites
impuestos por las condiciones vitales del organismo.
• Fuentes de energía.
Entre los compuestos de carbono e hidrógeno, los más utilizados como fuente de energía son: el carbón, el gas
natural y los productos derivados del petróleo. Para que su combustión sea completa, se requiere que la
cantidad de aire utilizado en la misma tenga el oxígeno necesario que permita transformar todo el hidrógeno
en agua y el carbono en dióxido de carbono.
Si la cantidad de oxígeno empleado es inferior, la combustión se denomina incompleta y se caracteriza por la
presencia de cuerpos no totalmente oxidados, como el venenoso monóxido de carbono. Tal es el caso de los
gases que desprenden los automóviles, que contienen entre el 1% y el 8% de dicho gas, lo que representa un
peligro potencial en calles estrechas o garajes mal ventilados.
Cuando el aire utilizado en la combustión contiene mayor cantidad de oxígeno que la necesaria, el
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rendimiento disminuye, al utilizar parte de su calor para elevar la temperatura de una masa superior de aire
que no contribuye en nada a la energía liberada.
EFECTOS AMBIENTALES
Uno de los efectos más importantes y, por desgracia, más comunes de la combustión es la contaminación del
aire.
Esta contaminación consiste en la presencia en la atmósfera de una o varias sustancias en tales
concentraciones que puedan originar riesgos, daños o molestias a las personas y al resto de seres vivos,
perjuicios a los bienes o cambios de clima.
• Los óxidos de azufre, SO2 y SO3, son los agentes contaminantes más habituales en el aire. Proceden
de la combustión de los combustibles utilizados en la industria y en la calefacción doméstica. El
principal peligro que representan son las reacciones químicas a las que dan lugar en condiciones de
humedad:
SO2 + H2O H2SO3
SO3 + H2O H2SO4
A fin de reducir las emisiones de óxidos de azufre, es preciso eliminar el azufre presente en los combustibles
antes de proceder a su combustión. Si ya se ha producido ésta, hay que reducir en los gases de emisión los
óxidos de azufre a azufre, el cual puede ser comercializado posteriormente.
Los óxidos de nitrógeno se encuentran entre los gases emitidos por los tubos de escape de los vehículos a
motor. Se eliminan instalando un catalizador en el tubo de escape.
Al igual que los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno reaccionan con el agua que existe en la atmósfera y
dan lugar a dos
sustancias ácidas:
N2O5 + H2O HNO3
N2O3 + H2O HNO2
Todas estas sustancias ácidas forman lo que se ha denominado lluvia ácida, que destruye bosques, lagos de
escasa profundidad y monumentos.
En la década de los 80 fue cuando la gente comenzó a darse cuenta de que los bosques de Europa,
Escandinavia y Norteamérica enfermaban y morían marcados por la lluvia ácida. En todo el mundo, los ríos se
contaminaban con los productos químicos de la industria. En áreas deltaicas situadas a bajo nivel, como
Bangladesh, las inundaciones originadas por la deforestación del Himalaya, a miles de kilómetros al norte,
provocaron la muerte de miles de personas y arrojaron de sus casas a decenas de miles de damnificados. En el
Caribe y en el Pacífico, las tormentas que antes azotaban estas zonas cada cien años empezaron a causar
destrozos cada dos o tres años.
• El dióxido de carbono se origina de la combustión de los compuestos orgánicos e incide en el
recalentamiento de la atmósfera, fenómeno conocido como efecto invernadero.
Las plantas toman dióxido de carbono del aire mediante la fotosíntesis y los seres vivos lo expulsan a la
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atmósfera en la respiración. Durante millones de años, estos procesos han mantenido en equilibrio la cantidad
de dióxido de carbono en la atmósfera.
Sin embargo, este equilibrio se ha roto, por la masiva emisión de dióxido de carbono procedente de las
reacciones de combustión de los combustibles fósiles y porque en muchas zonas del planeta la vegetación ha
sido destruida en los últimos años.
Este exceso de dióxido de carbono en la atmósfera actúa como una pantalla sobre la Tierra, que evita que la
energía pueda escapar.
La luz visible que llega a la Tierra desde el Sol pierde energía al atravesar la atmósfera terrestre y se
transforma en radiación infrarroja. El dióxido de carbono absorbe esta radiación, impidiendo que escape de
nuevo al espacio. Este efecto (efecto invernadero) es el responsable de que el hielo de las zonas polares se
funda y del aumento de la temperatura media del planeta.
GASES QUE CONTRIBUYEN AL EFECTO INVERNADERO
TIPO DE GAS
CONCENTRACIÓN ACTUAL
Vapor de agua
Dióxido de carbono
Ozono
Óxido de nitrógeno
Metano
Otros1
Entre 0 y 4%
360 ppm2
0.03 ppm
0.3 ppm
1.7 ppm
± 2 ppm
CONTRIBUCIÓN EN
ºC
20.6
7.2
2.4
1.4
0.8
0.6
Notas: 1CFC sobre todo 2Partes por millón Datos de 2001
• Otros tipos de contaminación provocada por la combustión:
Monóxido de carbono − Es un gas incoloro, inodoro e insípido producido cuando el carbón, el petróleo o el
gas arden con poco oxígeno. Reacciona con la hemoglobina de la sangre reemplazando al oxígeno impidiendo
que llegue a las células, por consecuencia, es muy tóxico.
Sus principales efectos son:
Al ser su afinidad con la hemoglobina 250 veces mayor que la del oxígeno forma carboxihemoglobina,
disminuyendo la cantidad de oxígeno que llega a los tejidos y actuando como agente asfixiante. Los efectos
son más pronunciados e intensos en los fumadores y en las personas con problemas cardiacos. Los síntomas
típicos son mareos, dolor de cabeza concentrado, náuseas, sonoridad en los oídos y latidos intensos del
corazón. La exposición a altas concentraciones puede tener efectos graves permanentes y, en algunos casos,
puede producir la muerte.
Hidrocarburos aromáticos − No todos los componentes de la gasolina se queman en los motores de los coches.
Algunos hidrocarburos escapan a la atmósfera y producen daños en los seres vivos.
Partículas de la combustión − Incluyen una gama muy amplia de partículas químicas y físicas, incluyendo
gotas de líquido. Afectan al funcionamiento de los pulmones. Las partículas más pequeñas (micrométricas)
presentan el mayor riesgo, ya que son inhaladas más profundamente en los pulmones.
BIBLIOGRAFÍA
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• Física y química 4º ESO. Ed. Oxford
• Década 1980−1990. Ed. Difusora Internacional
• Los temas y sus protagonistas 2001. Ed. Difusora Internacional
• www.atexport.com
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