A combustão é geralmente entendida como sinônimo de queima, mas, do ponto de vista químico, a combustão é um fenômeno muito mais amplo. A combustão pode ser definida como uma reação de oxidação altamente exotérmica, o que significa que é uma reação que emite energia na forma de calor , por vezes acompanhada de luz, como ocorre no fogo.

Embora a combustão seja uma reação exotérmica, seu início pode exigir que seja fornecido calor até atingir a temperatura de ignição , característica de cada substância. Uma vez iniciada a combustão, o próprio calor liberado pela reação ajuda a continuar.

Combustíveis e oxidantes

Como em qualquer reação, existem substâncias que reagem umas com as outras, os substratos, para formar outras substâncias, os produtos. Os substratos de combustão são chamados de combustível e oxidante:

  • combustível : é a substância oxidável, aquela que “queima”.
  • oxidante : é a substância oxidante, que causa ou favorece a combustão de combustível (não deve ser confundido com combustível , que é um tipo de combustível).

Os combustíveis são substâncias que desprendem calor quando oxidados e alguns dos mais comuns são os hidrocarbonetos, tanto gasosos, líquidos e sólidos. Por exemplo, o butano é um hidrocarboneto gasoso, o diesel é um líquido e o carvão é um sólido. Entre os oxidantes, o mais comum é o oxigênio do ar .

Os produtos derivados da combustão dependem dos combustíveis e oxidantes envolvidos. Na combustão mais típica, a de um hidrocarboneto e oxigênio, as ligações carbono-hidrogênio presentes no hidrocarboneto são quebradas e ambos os elementos se combinam com o oxigênio para formar dióxido de carbono (CO 2 ) e vapor d’água (H 2 O) .

Por exemplo, na combustão de metano (CH 4 ) com oxigênio, ocorre a seguinte reação:

Reação da combustão de metano e oxigênio

Como as ligações CH contêm mais energia do que as ligações CO e HO, há energia que é liberada e é a causa do calor.

A combustão é uma reação essencial para muitas formas de vida em nosso planeta, incluindo os humanos, que usam a combustão controlada de nutrientes no nível celular como fonte de energia. Por exemplo, as mitocôndrias usam a energia emitida pela combustão da glicose para formar ATP , uma molécula que a célula pode usar posteriormente em seus processos vitais que requerem ingestão de energia.

Combustão completa e combustão incompleta

Olhando para o exemplo acima da combustão do metano, pode-se ver que duas moléculas de O 2 são necessárias para a combustão de uma molécula de CH 4 . Se houver oxigênio suficiente, haverá uma combustão completa em que todo o metano será transformado em CO 2 e H 2 O.

A proporção da quantidade de combustível para o oxidante para a combustão completa é a proporção estequiométrica . No exemplo do metano e do oxigênio, essa proporção seria 1: 2. Abaixo desse nível, a combustão de um material pode continuar a ocorrer, mas chegará um momento em que o oxigênio se esgotará e a reação será interrompida ou parcialmente interrompida . A combustão terá sido incompleta .

Na combustão incompleta de hidrocarbonetos, além de produzir CO 2 , H 2 O e restante do combustível não reagido, outras substâncias derivadas podem ser produzidas . Por exemplo, fuligem são pequenas partículas sólidas, consistindo principalmente de carbono impuro , que são produzidas como resultado da combustão incompleta de madeira , carvão e outros combustíveis de hidrocarbonetos.

O controle da combustão é muito importante em certas aplicações, por exemplo, motores de combustão interna de automóveis. O design do dispositivo deve garantir um fluxo de ar adequado que permite a combustão completa e minimiza a formação de detritos que podem danificar o próprio dispositivo.

Além disso, a combustão incompleta de hidrocarbonetos também produz monóxido de carbono (CO), gás de maior impacto ambiental e mais tóxico que o CO 2 .

Metano: combustão completa e incompleta

Para se ter uma ideia da toxicidade mais alta, o limite de exposição permissível da OSHA para CO no ar é de 50 ppm, enquanto é de 5000 ppm para CO 2 (a ASHRAE recomenda não exceder 1000 ppm). Por esse motivo, a produção de monóxido de carbono por combustão incompleta é uma das principais considerações de segurança em eletrodomésticos , como fogões e fogões.