Reacción de Combustión: Definición, fórmula y reactivos

Reacción de combustión

Combustión significa quemar. Las reacciones de combustión normales, como el uso de gas para vehículos, involucran oxígeno, un reactivo necesario para el proceso. Los combustibles para vehículos y para cocinar son hidrocarburos que son compuestos que contienen sólo dos elementos: carbono e hidrógeno.

Una reacción de combustión se puede definir como una reacción en la que una sustancia se quema en oxígeno con liberación de dióxido de carbono, agua y energía en forma de calor, luz e incluso sonido. Siempre es exotérmico. Esta forma de combustión se llama combustión completa.

Los hidrocarburos están disponibles en las gasolineras, en los campings e incluso en casa para cocinar. El oxígeno está presente en el aire. ¿Por qué no se produce combustión en estos lugares todo el tiempo?

La razón es que los hidrocarburos necesitan algo para iniciar la reacción. Los hidrocarburos tienen enlaces covalentes; también lo hace el oxígeno. Para iniciar la reacción de combustión es necesario romper los enlaces presentes en estas moléculas. Eso requiere energía llamada energía de activación. Una vez que comienza la reacción, la energía liberada es suficiente para que se produzca la combustión.

Las reacciones de combustión pueden tener lugar incluso cuando hay oxígeno disponible en cantidades limitadas. Entonces se llama combustión incompleta. En tales casos, uno de los productos de la reacción de combustión es el monóxido de carbono, y no el dióxido de carbono . Existe una diferencia en la energía producida y en cómo se quema el combustible. Las dos formas de combustión se pueden comparar de la siguiente manera:

Tipo/Núm.	Combustión completa	Combustión incompleta
1	Tiene lugar en exceso de oxígeno.	Tiene lugar en una cantidad limitada de oxígeno.
2	Se producen dióxido de carbono y agua.	Se produce monóxido de carbono y agua.
3	Altamente exotérmico	No tan exotérmico
4	Arde con llama azul	Arde con llama amarilla o hollín.

Energía de bonos

Los átomos con capas de electrones incompletas son inestables y reactivos. Cuando se combinan, los átomos alcanzan la configuración electrónica completa de las capas y se vuelven estables. Esto libera energía. Se debe suministrar la misma cantidad de energía para disociar los átomos de sus compuestos o moléculas. Esta es la energía de enlace. La energía de enlace se define como la energía necesaria para romper un mol de enlace. También se le llama entalpía de enlace. Se mide en kJ/mol. Cuanto mayor sea la energía del enlace, más fuerte será el enlace.

La siguiente tabla proporciona una lista de las energías de enlace de algunos enlaces.

No	Vínculo	Energía de enlace (kJ/mol)
1	S.S	432
2	CH	413
3	CC	347
4	O=O	495
5	C=O	745
6	OH	467

Fórmula de reacción de combustión

La fórmula de la reacción de combustión muestra los reactivos y productos de la reacción de combustión. La fórmula de la reacción de combustión se puede escribir con el hidrocarburo y el oxígeno en el lado izquierdo; dióxido de carbono y agua en el lado derecho. La energía liberada también se muestra en el lado del producto.

Ejemplo: Combustible + oxígeno = Dióxido de carbono + agua + energía

Para la combustión de metano.

Metano + oxígeno = Dióxido de carbono + agua + energía.

o como

La fórmula de la reacción de combustión se puede generalizar como

{eq}C_{x}H_{y} +(x+\frac{y}{4})O_{2} \rightarrow xCO_{2}+\frac{y}{2}H_{2}O{/eq}

Los símbolos xey son los números de átomos de carbono e hidrógeno en el hidrocarburo.

La siguiente imagen da una idea de los enlaces implicados en la combustión del metano.

Productos de reacción de combustión

Las reacciones de combustión siempre dan los mismos productos. El principal es la energía, ya que se llevan a cabo reacciones de combustión para producir energía. Los otros productos son dióxido de carbono y agua.

Durante la combustión, el carbono del hidrocarburo se combina con el oxígeno para formar dióxido de carbono. El hidrógeno del hidrocarburo se combina con el oxígeno para formar agua. A medida que se rompen y crean enlaces, se producen cambios de energía. La energía liberada durante la formación de nuevos enlaces entre el carbono y el oxígeno y entre el hidrógeno y el oxígeno es mucho mayor que la energía dada para romper los enlaces entre el carbono y el hidrógeno y los dobles enlaces de las moléculas de oxígeno. Entonces la reacción es exotérmica.

Reactivos de combustión

Los reactivos en una reacción de combustión son siempre hidrocarburos y oxígeno. Los hidrocarburos son el combustible y el oxígeno es necesario para la combustión.

Ejemplos comunes de combustión que vemos todos los días son:

• Un fuego en una chimenea
• incendios forestales
• El motor de un coche que está en movimiento.
• Un espectáculo de fuegos artificiales
• Una fogata

Dado que la combustión necesita oxígeno, los incendios pueden apagarse sofocándolos, cortando el suministro de oxígeno. Si un objeto está en llamas, se puede apagar arrojándole un paño grueso como una toalla o una manta. La tela corta el oxígeno y el fuego finalmente se apaga.

Equilibrio de las reacciones de combustión

El proceso de equilibrar las reacciones de combustión puede parecer desalentador, pero es sencillo si se siguen los siguientes pasos.

• Paso 1. El primer paso es escribir la ecuación esqueleto, asegurándose de que la fórmula del hidrocarburo sea correcta.
• Paso 2. Los átomos de carbono e hidrógeno se hacen iguales en ambos lados de la ecuación.
• Paso 3. A continuación se equilibran los átomos de oxígeno.
• Paso 4. El último paso es contar el número de átomos de cada tipo en ambos lados. Se realiza un equilibrio adicional para garantizar que la ecuación esté equilibrada.

Aquí hay unos ejemplos.

Ejemplo: combustión de pentano

Paso 1. El pentano tiene cinco átomos de carbono y doce átomos de hidrógeno. Reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono, agua y energía.

{eq}C_{5}H_{12} + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O {/eq}

Paso 2. Dado que hay 5 átomos de carbono en el hidrocarburo, debería haber cinco moléculas de dióxido de carbono; doce átomos de hidrógeno representarán seis moléculas de agua.

{eq}C_{5}H_{12} + O_{2} \rightarrow 5CO_{2} + 6H_{2}O {/eq}

Paso 3. Hay 16 átomos de oxígeno en el lado del producto. Entonces el coeficiente de oxígeno en el lado izquierdo debería ser 8.

{eq}C_{5}H_{12} + 8O_{2} \rightarrow 5CO_{2} + 6H_{2}O {/eq}

Paso 4. La verificación se realiza por elementos para garantizar que se tengan en cuenta todos los átomos.

Entonces, la reacción balanceada es

{eq}C_{5}H_{12} +8O_{2} \rightarrow 5CO_{2} + 6H_{2}O {/eq}

Determinación de la energía de reacción final.c

La energía final liberada por un hidrocarburo en combustión se puede calcular determinando el número y los tipos de enlaces rotos y el número y los tipos de enlaces formados. La combustión de metano se puede mostrar de la siguiente manera.

No	Enlace roto	Tipo de bonos rotos	Energía de enlace (kJ/mol)	Energía absorbida (kJ)
1	CH	4	412	1652
3	O=O	2	495	990

No	Enlace hecho	Tipo de bonos formados	Energía de enlace (kJ/mol)	Energía liberada (kJ)
1	C=O	2	745	1490
3	OH	4	467	1868

La energía absorbida al romper los enlaces es 1652 +990 = 2642 kJ.

La energía liberada durante la formación del enlace es 1490 +1868 = 3358 kJ

La energía liberada durante la formación del enlace es mayor.

La energía neta liberada es 3358-2642 = 712 kJ.

Este valor es una aproximación ya que los valores de energía de enlace son promedio. El valor real de la energía liberada es mucho mayor.

De manera similar, se puede calcular la energía liberada durante la combustión de diferentes hidrocarburos.

Resumen de la lección

Una reacción de combustión es aquella en la que el combustible se quema para producir energía. Los combustibles más utilizados son los hidrocarburos, los compuestos de carbono y el hidrógeno. Los reactivos de combustión son los hidrocarburos y el oxígeno. Las reacciones de combustión pueden sufrir combustión completa o combustión incompleta. Los productos de la reacción de combustión de hidrocarburos son siempre dióxido de carbono, agua y energía cuando tienen lugar en exceso de oxígeno. La combustión incompleta de un hidrocarburo produce monóxido de carbono, agua y poca energía. Las reacciones de combustión son exotérmicas ya que hay una diferencia en la energía entre el momento en que se rompen los enlaces y se forman nuevos enlaces. La energía de enlace se define como la energía necesaria para romper un mol de enlace. La fórmula general de combustión de hidrocarburos se puede escribir como

Combustible + oxígeno = dióxido de carbono + agua + energía.

Para equilibrar una ecuación de reacción de combustión,

• primero se escribe la ecuación esqueleto;
• los átomos de carbono están equilibrados;
• los átomos de hidrógeno están equilibrados; y
• el oxígeno está equilibrado.
• Se realiza una verificación final para asegurarse de que el número de átomos de diferentes tipos sea el mismo en ambos lados de la ecuación equilibrada de combustión de hidrocarburos.

Utilizando los valores de las energías de enlace se puede calcular la cantidad aproximada de energía liberada durante la combustión de hidrocarburos.