Combustione: differenze tra le versioni

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{{Disclaimer|Pericolo}}

[[File:Midsummer bonfire closeup.jpg|thumb|right|Combustione di legna e ossigeno]]

{{F|chimica|luglio 2016|}}

[[File:Midsummer bonfire closeup.jpg|thumb|right|Combustione di [[legna]] e [[ossigeno]]]]

La '''combustione''' (dal [[Lingua latina|latino]] ''combustio'', ''-ōnis'', bruciamento)<ref>{{Cita web|url=https://www.treccani.it/enciclopedia/combustione_(Enciclopedia-Italiana)|titolo=COMBUSTIONE in "Enciclopedia Italiana"|sito=www.treccani.it|lingua=it-IT|accesso=2023-01-21}}</ref> è una [[reazione chimica]] che comporta l'[[ossidazione]] di un [[combustibile]] da parte di un [[comburente]] (che in genere è rappresentato dall'[[ossigeno]] presente nell'[[aria]]), con sviluppo di [[calore]] e [[radiazione elettromagnetica|radiazioni elettromagnetiche]], tra cui spesso anche [[luce|radiazioni luminose]].<ref name=gran1>{{Cita|Grandi|p. 1.}}</ref> 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 ottenute dalla combustione (in genere particelle carboniose), danno origine al [[fumo]].<ref name=gran1/> La combustione in assenza di fiamma è detta "combustione con brace".<ref>{{Cita|Grandi|p. 2.}}</ref>

In altri termini più rigorosi, la combustione è una un'[[ossidoriduzione]] esotermica, in quanto un composto si ossida mentre un altro si riduce (ad esempio nel caso della combustione degli idrocarburi, il carbonio si ossida, mentre l'ossigeno si riduce), con rilascio di energia e formazione di nuovi composti, principalmente(generalmente anidride carbonica ede acqua).

== Il triangolo del fuoco ==

{{Vedi anche|Triangolo del fuoco}}

[[File:Triangolo del fuoco; Combustibile + Comburente + Innesco = Fuoco.svg|thumb|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:<ref name=gran1/>

* [[combustibile]]

* [[comburente]]

* [[innesco combustione|innesco]]

Il combustibile può essere di vario tipo (solido, liquido o gassoso<ref name=gran1/>), adper esempio: [[idrocarburi]], [[legname]] o [[carbone]].<br />

Il comburente per eccellenza è l'[[ossigeno]] presente nell'aria.<ref name=gran1/><br />

Il combustibile e il comburente devono essere in [[Campo d'infiammabilità|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 ada opera del livello energetico della sostanza combustibile che degrada emettendo atomi di uncarbonio, idrogeno e altro capace di combinarsi con l'ossigeno emettendo ulteriore calore capace di mantenere il livello termico grazie al quale avviene la piroscissione innescodel esternocombustibile.

L'innesco può essere rappresentato adper 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, l'incendiola combustione non si sviluppaavvia o se è già in corso si estingue. SpegnereÈ uninfatti incendiopossibile èspegnere infattiil possibilefuoco 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).

== CineticaCatena di combustione ==

La reazione di combustione è un processo complesso, composto da più [[reazione a catena|reazioni a catena]]:

* Inizio - reazioni fortemente [[Processo endotermico|endotermiche]] (cioè che assorbono calore) spaiano un elettrone di valenza formando [[Radicale (chimica)|radicali liberi]], ovvero delle specie attive.

* Propagazione - specie attive e altre molecolari interagiscono a formare nuove specie attive.

* Ramificazione - le specie attive iniziali si diramano creandone di secondarie.

* Terminazione - l'interazione delle specie crea disattivazione o annichilimento delle specie attive, formando specie stabili.

Se le specie attive che si vanno a formare con le prime fasi della reazione a catena sono numericamente pari a quelle disattivate nella fase di terminazione, la combustione risulterà lenta e controllata; se al contrario le formazione di radicali sono superiori alle ricombinazioni si ottiene una combustione incontrollata: un'[[esplosione]].

Si può notare nella fase iniziale la necessità di energia per far attivare la reazione che è endotermica, chiarendo la necessità di un' energia di innesco rappresentata sopra nel triangolo del fuoco.

L'accensione di una miscela combustibile comburente può avvenire in due modi:

* Autoaccensione: è l'accensione simultanea dell'intera massa di miscela. Se la temperatura di questa è elevata, il calore evacuato all'ambiente risulta minore di quello prodotto, la reazione è autocatalizzata e la pressione sale velocemente: si ha un'esplosione ([[teoria di Semenov]]).

* Accensione provocata: si ha quando una sorgente entro la miscela cede energia, e dadà luogo ada un'accensione locale che poi può propagarsi nell'intera miscela. Questo si verifica se:

** localmente il calore della sorgente sviluppa una temperatura superiore a quella di autoaccensione.

** la quantità di miscela accesa abbia un'energia sufficiente a sostenere e propagare la combustione nell'intero volume.

== Prodotti della combustione ==

I prodotti della combustione dipendono dalla natura del combustibile e dalle condizioni di reazione. AdPer esempio, nella combustione del [[Carbone (energia)|carbone]] (esente da impurezzeimpurità e quindi contenente solo [[carbonio]]) si produce esclusivamente [[diossido di carbonio|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, [[Particolato carbonioso|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]].

Alcune reazioni di ossidazione dell'[[azoto]] e del [[carbonio]] sono le seguenti:

:<tt>N<sub>2</subchem>N2(g) + O₂O2(g) →-> 2NO(g)</ttchem>

:<ttchem>NO(g) + 1/2O₂ O2(g) →-> NO₂NO2(g)</ttchem>

:<ttchem>C(g) + O₂O2(g) →-> CO₂CO2(g)</ttchem>

[[File:FlameCNX TestChem Ca18 01 NaFlame.jpg|thumb|200px75px|[[Saggio alla fiamma]] sucon [[clorurosali di calcio[[sodio]].]]

Anche il tipo di [[radiazione]] emessa dipende fortemente dalle specie chimiche in gioco nelle reazioni ede in particolare dagli intermedi presenti nella [[fiamma]] in stati eccitati. AdPer 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 ada una diversa colorazione della fiamma viene sfruttato nell'ambito della [[chimica analitica]] per effettuare un particolare tipo di analisi qualitativa, chiamata [[saggio alla fiamma]].

[[File:Flame Test Ca.jpg|thumb|200px|[[Saggio alla fiamma]] su [[cloruro di calcio]].]]

Anche il tipo di [[radiazione]] emessa dipende fortemente dalle specie chimiche in gioco nelle reazioni ed in particolare dagli intermedi presenti nella [[fiamma]] in stati eccitati. Ad 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 ad 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.

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== Combustione del metano ==

La combustione completa del [[metano]], CH₄, produce [[anidride carbonica]] e [[acqua]], mentre in difetto di ossigeno possono avvenire numerose reazioni conducendo a diversi prodotti, tra i quali, oltre al monossido di carbonio, anche [[metanolo]].

Volendo analizzare nel particolare la combustione del metano si ha che la reazione stechiometrica di combustione è:

:<chem>CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O</chem>

:<tt>CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O</tt>

ciò vuol dire che per bruciare 1 [[mole]] (o, in modo equivalente 022,022414 m³414L) di metano servono 2 moli di ossigeno. In uscita si avranno 1 mole di anidride carbonica e 2 di acqua allo stato di vapore o, in alcuni casi, liquido (quest'ultimo caso si ha se si utilizza il calore latente di vaporizzazione che condensa l'acqua, come avviene nelle caldaie a condensazione).

Questo processo ha un [[potere calorifico]] che può raggiungere i 9520[[Kcal]]/[[metro cubo normale|Nm³]].<ref>{{Cita web|url=https://www.chimica-online.it/download/combustione-del-metano.htm|titolo=Combustione del Metano|sito=Chimica Online}}</ref>

Nella combustione del metano, lo [[stato di ossidazione]] del carbonio passa da -4 a +4, mentre per l'ossigeno la variazione è da 0 (ossigeno molecolare) a -2 (nell'acqua).

Nella combustione del metano, lo [[stato di ossidazione]] del carbonio passa da -4 a +4, mentre per l'ossigeno la variazione è da 0 (ossigeno molecolare) a -2 (nell'acqua e nell'anidride carbonica).

Dato che spesso si utilizza l'aria anziché l'ossigeno puro, bisogna tenere conto anche della presenza dell'azoto. L'aria è teoricamente formata (in volume) da 21% di ossigeno e da 79% da azoto; ciò vuol dire che il rapporto ossigeno/azoto è di 1:3,76. Pertanto la reazione di combustione diventa:

Dato che spesso si utilizza l'aria anziché l'ossigeno puro, bisogna tenere conto anche della presenza dell'azoto. L'aria è teoricamenteapprossimativamente formata (in volume) da 21% di ossigeno e da 79% da azoto; ciò vuol dire che il rapporto ossigeno/azoto è di 1:3,76. Pertanto la reazione di combustione diventa:

:<tt>CH₄ + 2O₂ + 7,52N₂ → CO₂ + 2H₂O + 7,52N₂</tt>

:<chem>CH4 + 2O2 + 7,52N2 -> CO2 + 2H2O + 7,52N2</chem>

Nella pratica non si brucia mai secondo la reazione stechiometrica. Questo perché rispettando le giuste quantità si rischia di avere incombusti; ecco perché generalmente si cerca sempre di bruciare in eccesso d'aria (o di ossigeno). Dato che stechiometricamente per 1 volume di metano servono 9,52 volumi di aria, nella realtà si ha che il rapporto metano/aria è di circa 1:10.

Quanto anzidetto è utile per calcolare quanta aria serva per la combustione completa di metano usando aria come comburente, ma non per i rapporti stechiometrici di reazione tra metano ed ossigeno, che sono i rapporti di reazione in moli (o volumi molari, per i gas) tra reagenti e prodotti di una reazione chimica: l'azoto infatti non è un reagente (diverso sarebbe se si considerasse anche una sua trasformazione a ossidi di azoto NOx), bensì si comporta da gas inerte, ovvero come "diluente" per l'ossigeno, non reagendo nella reazione su riportata. Se invece di ossigeno puro si usa aria o altra miscela in cui sia presente ossigeno, durante la combustione è necessario dosarla in maniera che l'ossigeno sia almeno in quantità stechiometrica rispetto al combustibile.

== Note ==

<references/>

== Bibliografia ==

* {{cita libro | cognome= Grandi | nome= Marco | titolo= Manuale per addetti antincendio nei cantieri | editore= IPSOA | città= | ed= | anno= 2011 | id= ISBN 8821736156 | cid= Grandi | url= https://books.google.it/books?id=qPxiBAAAQBAJ}}

== Voci correlate ==

* [[Ignifugazione]]

* [[Fuoco]]

*[[Normativa comunitaria RoHS]]

* [[Fuoco (fisica)Incendio]]

* [[Aria teorica di combustione]]

*[[Incendio]]

* [[Potenziale termico]]

*[[Aria teorica di combustione]]

* [[Potenziale termicoCombustore]]

* [[Temperatura d'ignizione]]

*[[Combustore]]

* [[Fiamma]]

*[[Temperatura d'ignizione]]

* [[FiammaFlashover]]

* [[Combustione dolce]]

* [[Arrestatore di fiamma]]

* [[Fattore di ventilazione]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto|wikt=combustione|preposizione=sulla}}

== Collegamenti esterni ==

* {{Collegamenti esterni}}

* {{en}} [http://www.thermopedia.com/content/643 Thermopedia, "Combustion"]

{{Controllo di autorità}}

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[[Categoria:Combustione| ]]

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