Qual è il processo di combustione?

In parole povere, combustione significa bruciare. Affinché avvenga il processo di combustione, sono necessari combustibile, ossigeno e una fonte di calore di accensione per avviare una reazione a catena chimica; in un falò, ad esempio, la legna è il combustibile, l'aria circostante fornisce ossigeno e un fiammifero o un accendino può accendere il fuoco. L'aumento di uno di questi elementi aumenta l'intensità del fuoco, mentre l'eliminazione di uno di essi provoca l'interruzione del processo. Se il fuoco da campo viene soffocato con acqua o sporcizia, ad esempio, l'ossigeno non può più arrivare al calore e al combustibile e si spegne.

Carburante

Il carburante è la sostanza che brucia durante il processo di combustione. Tutti i carburanti contengono energia potenziale chimica; questa è la quantità di energia che verrà rilasciata durante una reazione chimica. Quanta energia rilascia una sostanza mentre brucia è chiamata calore della combustione . Ogni combustibile ha una densità energetica specifica, o quanti megajoule (MJ) di energia vengono prodotti per chilogrammo (kg) di sostanza; il metano, ad esempio, ha una densità energetica di 55,5 MJ / kg, il che significa che può fornire più energia dello zolfo a 9,16 MJ / kg.

Un'ampia varietà di sostanze può essere utilizzata come combustibile, ma gli idrocarburi sono tra i più comuni. Questi includono metano, propano, benzina e carburante per aerei, solo per citarne alcuni; tutti i combustibili fossili, compresi carbone e gas naturale, sono idrocarburi. Altre sostanze che sono comunemente usate come carburanti includono idrogeno, alcool e biocarburanti, come il legno.

Durante la combustione, il combustibile viene trasformato in calore e scarico. Quando la benzina brucia, ad esempio, produce acqua (vapore), biossido di carbonio, azoto, monossido di carbonio e altri elementi. La combustione può anche rilasciare particelle, che sono particelle minuscole che galleggiano nell'aria; quelli liberati dalla combustione di combustibili fossili e legno spesso contribuiscono all'inquinamento atmosferico. Lo scarico può essere utilizzato per scopi benefici, tuttavia, come fornire la spinta che spinge un razzo in aria. La maggior parte dei gas di scarico è sotto forma di gas a causa del calore prodotto dal processo di combustione, ma può anche essere in forma liquida o solida.

Ossigeno

Perché il combustibile bruci nel processo di combustione, deve anche avere ossigeno. La fonte più comune è l'aria, che contiene circa il 21% di ossigeno. Altre fonti, spesso note come ossidanti o agenti ossidanti, includono perossido di idrogeno, nitrato di potassio e molti altri. Quando un agente ossidante viene introdotto in un combustibile, rilascia ossigeno e può aumentare la velocità con cui il fuoco brucia.

Come il carburante, l'ossigeno non deve essere in forma gassosa, sebbene sia molto comune. In un razzo solido, ad esempio, un ossidante solido viene miscelato con il carburante per creare il propellente, che brucia quando viene acceso e spinge il razzo in avanti. La navetta spaziale e altri veicoli spaziali utilizzano ossigeno liquido come parte del processo di combustione.

Quando un incendio non ha abbastanza ossigeno, non brucia completamente. Questa combustione incompleta produce monossido di carbonio, carbonio (fuliggine) e altri particolati che contaminano l'aria. La combustione incompleta in un camino o in una fornace di una casa può liberare gas tossici ed essere molto pericolosa.

Calore

Il calore o l'accensione è ciò che avvia il processo di combustione. Poiché il calore viene prodotto anche quando qualcosa brucia, una volta avviato il processo, non è sempre necessario calore aggiuntivo per mantenere attiva la reazione a catena chimica. La scintilla iniziale che innesca il processo chimico può essere fornita da una fiamma, attrito o persino dal calore del sole.

In caso di combustione spontanea, la fermentazione o l'ossidazione possono creare abbastanza calore per innescare un incendio. In una pila di compost, ad esempio, i batteri possono iniziare a scomporre i composti organici, creando abbastanza calore e ossigeno per causare la combustione. Alcuni materiali - chiamati sostanze piroforiche - si infiammano se esposti all'aria o all'acqua; il fosforo e il plutonio sono due esempi. Quando questi materiali incontrano una fonte di combustibile, possono innescare un incendio che è molto difficile da spegnere.

Controllo del processo di combustione

Poiché tutte e tre le parti sono necessarie per la combustione, aumentarne o diminuirne una qualsiasi influenzerà il processo. Aumentare la quantità di ossigeno aggiunto a un incendio usando un agente ossidante, ad esempio, farà bruciare il fuoco più velocemente. La rimozione o la riduzione della fonte di combustibile lo farà bruciare più piccolo o si spegnerà.

Esistono tre modi di base per arrestare il processo di combustione:

• portare via il carburante,
• rimuovere l'ossigeno,
• e / o togliere il calore.

La combustione può anche essere fermata arrestando la reazione a catena chimica che crea fiamme. Ciò è particolarmente importante quando alcuni metalli, come il magnesio, bruciano perché l'aggiunta di acqua al fuoco lo renderà solo più forte. In tali casi, sostanze chimiche secche o alometani vengono utilizzati per fermare la reazione.

Quale di questi è il modo migliore per fermare un incendio dipende dal tipo e dalle dimensioni dell'incendio. In un incendio in una casa, ad esempio, i vigili del fuoco usano acqua o schiuma per impedire all'ossigeno di raggiungere il combustibile e ridurre la temperatura. Mentre l'acqua può essere utilizzata in una foresta o in un incendio, rimuovere il nuovo combustibile per il fuoco eliminando il pennello e la vegetazione morta dall'area è spesso una parte importante per fermarlo.