Química del fuego: datos, composición y fórmula

Publicado el 17 marzo, 2023

Química

Tabla de Contenido

¿Qué es el fuego?

El fuego es el calor y la luz que se desprende de la combustión, lo que significa quemar algo en presencia de un oxidante, una sustancia química que toma electrones de otro reactivo. Ejemplos comunes de fuego son:

El fuego en una chimenea.
La llama en una estufa de gas.
El fuego que resulta cuando un árbol es alcanzado por un rayo.

El fuego ocurre cuando una sustancia u objeto combustible recibe suficiente energía en presencia de un oxidante, que generalmente es oxígeno gaseoso, para iniciar la reacción. Así, los tres requisitos para el fuego son:

Una sustancia combustible (el combustible).
Energía suficiente para iniciar la combustión.
Suficiente oxígeno gaseoso u otro oxidante para sostener la combustión.

La cantidad inicial de energía necesaria para iniciar el fuego se llama energía de activación. Después de suministrar la energía de activación, la reacción se impulsará a sí misma mientras haya suficiente oxígeno gaseoso y suficiente material para quemar. Entonces, por ejemplo, una vez que un rayo cae sobre un árbol y el árbol estalla en llamas, el árbol no tiene que seguir siendo golpeado por un rayo para que el fuego continúe.

El fuego puede tener resultados útiles, como la llama de una barbacoa, o efectos dañinos, como la destrucción de un edificio. Además de la propia llama, el fuego puede generar productos puramente gaseosos o gases y sólidos (cenizas y partículas).

¿De qué está hecho el fuego?

Si bien toda combustión combina una fuente de combustible con un oxidante, la composición química del fuego depende de la identidad y pureza del combustible. Por ejemplo, quemar una muestra de azúcar pura producirá solo dióxido de carbono y vapor de agua, mientras que quemar un árbol producirá dióxido de carbono, monóxido de carbono, vapor de agua, cenizas, humo y madera carbonizada.

Si el oxidante no es oxígeno, eso también cambiará la química de la reacción. Por ejemplo, el flúor es un oxidante, por lo que ocupa el lugar del oxígeno gaseoso en la reacción. La llama en sí es el calor y la luz emitidos por la reacción, así como cualquier producto que aún no haya escapado de la región envuelta por la llama.

Química del fuego

¿Es el fuego una reacción química? Técnicamente hablando, el fuego es el resultado de una reacción química, pero no siempre la misma reacción. La fórmula química general del fuego es: combustible + oxidante –> elementos combustibles oxidados + calor + luz, en la que oxidado significa haber perdido electrones en una reacción. El término “oxidado” lleva el nombre de oxígeno, ya que el oxígeno es el oxidante más común. Por lo tanto, los productos del fuego suelen ser óxidos de los elementos del combustible.

El caso más simple de incendio es una reacción de combustión clásica, que ocurre cuando un hidrocarburo o carbohidrato recibe suficiente energía, generalmente en forma de chispa, en presencia de oxígeno gaseoso. Cuando esto ocurre, el combustible se convierte en dióxido de carbono y vapor de agua.

Un ejemplo común de una reacción de combustión es la quema de glucosa: C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O. La glucosa es el combustible, mientras que el oxígeno gaseoso es lo que sostiene el fuego. En otras palabras, cuando se acaba el oxígeno, la llama se apagará. Es por eso que la llama de un fósforo encendido se extinguirá cuando se coloque en un frasco que luego se sella.

Los productos del fuego en la vida real suelen ser dióxido de carbono, monóxido de carbono, vapor de agua, humo y las cenizas de lo que se quemó (p. ej., un leño en una chimenea, como se muestra en la Figura 1).

Figura 1: La quema de madera produce una llama naranja, cenizas, madera carbonizada y humo.

Las cenizas representan las impurezas en el hidrocarburo o las partes no combustibles de lo que fue quemado. Si el combustible contiene azufre, normalmente formará dióxido de azufre, y si el combustible contiene nitrógeno, a menudo producirá gas nitrógeno (a veces también óxido de nitrógeno).

El fuego es exotérmico, lo que significa que se libera energía durante la reacción de combustión. Como resultado, los productos tienen menos energía que los reactivos. El fuego involucra múltiples estados de la materia. El combustible puede ser un sólido, un líquido o un gas. Los productos son gases ya veces sólidos. La llama puede ser gas y/o plasma, que es gas ionizado (es decir, el cuarto estado de la materia, que es incluso de mayor energía que el gas). El plasma tiene una energía tan alta que la sustancia misma comienza a descomponerse a nivel atómico, a medida que los electrones abandonan sus núcleos.

Propiedades del fuego

Las propiedades del fuego dependen principalmente del combustible que se quema. Las propiedades del fuego son:

Energía: Como se explicó anteriormente, se necesita energía para iniciar la reacción y se liberan grandes cantidades de energía durante la reacción en forma de calor y luz.
Temperatura de ignición: esta es una medida de qué tan caliente debe calentarse el combustible para comenzar a quemarse. El fuego frío es el fuego que arde a temperaturas muy bajas. El fuego frío es muy difícil de crear en condiciones de gravedad normal, pero se puede lograr en entornos de microgravedad.
Capacidad de propagación: Esto depende principalmente de las características de combustión del combustible. Por ejemplo, el fuego se propagará mucho más fácil y rápidamente a través de la maleza seca que a través de la hierba mojada.
Color: El arco iris de colores que se ve en varios fuegos se debe al hecho de que diferentes materiales producen diferentes colores de llamas. Vea la Figura 1 para la llama naranja que resulta de quemar madera, vea la Figura 2 para la llama roja que resulta de quemar litio y vea la Figura 3 para la llama verde que resulta de quemar cobre.

Figura 2: La quema de litio produce una llama roja.

Figura 3: El cobre quemado produce una llama verde.

Datos de fuego

El fuego es una parte única e importante de la vida humana. Algunos datos interesantes sobre el fuego son:

El fuego jugó un papel importante en la evolución humana. La capacidad de cocinar alimentos protegió a los humanos de muchos patógenos transmitidos por los alimentos y también influyó en la evolución del tracto gastrointestinal humano. Además, permitió a los primeros humanos tener una dieta que facilitó un aumento en el tamaño del cerebro.
Los incendios en las cocinas son la causa más común de incendios en los Estados Unidos y representan aproximadamente la mitad de todos los incendios.
La reacción básica del fuego es la misma reacción que la reacción neta para metabolizar el azúcar en humanos. Los humanos no se queman al metabolizar el azúcar porque ese proceso ocurre en muchos pasos pequeños en lugar de todos a la vez.
Los fuegos artificiales utilizan los mismos combustibles (nitrato de potasio, carbono y azufre) que la pólvora, mezclados con elementos metálicos para darle color.

Resumen de la lección

La combustión consiste en quemar un combustible con un oxidante (un reactivo que toma electrones de otro reactivo), generalmente oxígeno. El fuego es el calor y la luz que se desprende de la reacción de combustión, ya que el fuego es altamente exotérmico (liberador de energía). Los tres requisitos para el fuego son:

Un combustible combustible.
Suficiente energía para iniciar la combustión (es decir, energía de activación ). A excepción del fuego frío, que es un fuego que arde a muy bajas temperaturas, el fuego tiene una alta energía de activación.
Oxígeno gaseoso (u otro oxidante ) para sostener la combustión.

La química básica de la combustión es: combustible + oxidante –> elementos combustibles oxidados + calor + luz ( oxidado significa haber perdido electrones). La química específica, los colores y las propiedades de los incendios dependen principalmente del tipo de combustible. Por ejemplo, algunos combustibles se queman lo suficientemente calientes como para producir plasma, que es un gas ionizado, mientras que otros solo producen productos gaseosos. Además de fabricar los productos estándar (vapor de agua y dióxido de carbono), los incendios en la vida real a menudo producen monóxido de carbono, gas nitrógeno y óxidos de azufre, así como cenizas y/o humo, que provienen de las partes no combustibles del combustible.