La combustione e i suoi prodotti

La combustione

La combustione è una reazione chimica che comporta l'ossidazione di un combustibile da parte di un comburente, con sviluppo di calore e radiazioni elettromagnetiche, tra cui spesso anche radiazioni luminose. Spesso la combustione è accompagnata anche dalla presenza di una fiamma e gas ad alta temperatura prodotti dalla combustione, che disperdendo al loro interno polveri ottenuti dalla combustione, danno origine al fumo. La combustione in assenza di fiamma è detta "combustione con brace".In altri termini, la combustione è un'ossidoriduzione esotermica, in quanto un composto si ossida mentre un altro si riduce, con rilascio di energia e formazione di nuovi composti, generalmente anidride carbonica ed acqua.

Il triangolo del fuoco

Il triangolo del fuoco consiste nei tre elementi che sono necessari allo svolgersi della reazione di combustione. Questi tre elementi sono: combustibile, comburente e innesco. Il combustibile può essere di vario tipo: solido, liquido o gassoso, per esempio gli idrocarburi, legname o carbone. Il comburente per eccellenza è l'ossigeno presente nell'aria. Il combustibile e il comburente devono essere in proporzioni adeguate perché la combustione abbia luogo, delimitate dal cosiddetto "campo d'infiammabilità". La reazione tra il combustibile e il comburente non è spontanea, ma avviene a opera del livello energetico della sostanza combustibile che degrada emettendo atomi di carbonio, idrogeno e altro capace di combinarsi con l'ossigeno emettendo ulteriore calore capace di mantenere il livello termico grazie al quale avviene la piroscissione del combustibile. L'innesco può essere rappresentato per esempio da una fonte di calore o da una scintilla. L'innesco rappresenta l'energia di attivazione necessaria alle molecole di reagenti per iniziare la reazione e deve essere fornita dall'esterno. In seguito l'energia rilasciata dalla reazione stessa ne rende possibile l'autosostentamento, senza ulteriori apporti energetici esterni. Per poter accelerare la combustione si può adoperare una turbolenza, la quale aumenta il mescolamento tra combustibile e comburente, velocizzando la combustione. Mancando uno degli elementi del triangolo, la combustione non si sviluppa o si estingue. Spegnere un incendio è infatti possibile per sottrazione (esaurimento o allontanamento) del combustibile, per soffocamento (separazione dell'ossigeno/comburente per mezzo di una sostanza coprente) o per raffreddamento (fermando la reazione a catena di autosostentamento dell'innesco).

Prodotti della combustione

I prodotti della combustione dipendono dalla natura del combustibile e dalle condizioni di reazione. Per esempio, nella combustione del carbone si produce esclusivamente anidride carbonica se vi è ossigeno in eccesso; in questo caso si parla di combustione completa. In difetto di ossigeno è invece favorita la produzione di monossido di carbonio accompagnata da fumi, nerofumo, in caso di forte carenza di ossigeno. L'azoto è un inerte e pertanto non reagisce con nessun elemento o sostanza durante la combustione. Tuttavia, sotto determinate condizioni (alte temperature, grande eccesso d'aria, presenza di azoto nel combustibile), può reagire e creare gli NOx. Anche il tipo di radiazione emessa dipende fortemente dalle specie chimiche in gioco nelle reazioni e in particolare dagli intermedi presenti nella fiamma in stati eccitati. Per esempio, la combustione dell'idrogeno, che produce acqua, presenta una fievole luce azzurrina a causa delle transizioni dell'idrogeno monoatomico, mentre la combustione di composti che contengono importanti quantità di carbonio comporta una fiamma spesso di colorazione giallo-arancio per via della specie C2. Il fatto sperimentale che composti diversi siano associati a una diversa colorazione della fiamma viene sfruttato nell'ambito della chimica analitica per effettuare un particolare tipo di analisi qualitativa, chiamata saggio alla fiamma. Le reazioni di combustione hanno una dinamica molecolare estremamente complessa, ma in genere si può dire che si tratta di reazioni radicaliche a catena. Per estensione ci si può riferire a reazioni di combustione anche quando l'ossidante non è l'ossigeno, per esempio si può dire che l'idrogeno brucia in presenza di cloro.