)(2)()(2)(

La combustione è una reazione di ossidoriduzione esotermica in cui si ha l'ossidazione di un combustibile da parte di un comburente (ossigeno presente nell‘aria), con sviluppo di calore e radiazioni luminose.

Nel caso degli idrocarburi, il carbonio si ossida, l'ossigeno si riduce con rilascio di energia e formazione di nuovi composti, principalmente anidride carbonica ed acqua.

CH₄
+
2O₂
→ CO₂
+
2H₂O

+


191
kcal

Combustione Combustione

C
+
O₂
→ CO₂



+




94
kcal H₂
+
1/2O₂
→ 
2H₂O



+




58
kcal

1

Entalpie standard di combustione

Reazione di combustione:

) ( 2 ) ( )

( 2 )

( _{2 2 2}

4 g O g CO g H O l

CH _{+ ! +}

Misurando, con un calorimetro, il calore di combustione, cioè l’effetto termico che accompagna la reazione di combustione, si determinano sperimentalmente i valori di ΔH°_comb

Questi valori possono essere utili per il calcolo di H°_f per reazioni che non possono essere studiate direttamente

Calcolare l’entalpia standard di formazione a 25°C dell’etano (C₂H₆) gassoso conoscendo i seguenti dati alla stessa temperatura.

ΔH° _{comb, C2H6(g)} = -373 Kcal/mol ΔH°_{f, CO2 (g)} = -94,1 Kcal/mol

ΔH°_{f, H2O (l)} = -68,3 Kcal/mol

Per prima cosa è necessario scrivere la reazione (bilanciata) della quale si vuole calcolare l’effetto termico

2C_(grafite) + 3H₂(g) C₂H_6(g) ΔH° _{f, C2H6(g)}

2C_(grafite) + 3H₂(g) C₂H_6(g)

E’ quindi necessario creare un ciclo termodinamico che porti dai reagenti ai prodotti della reazione in esame, utilizzando le reazioni delle quali conosciamo il ΔH (le reazioni di formazione dell’acqua e della CO₂ e la reazione di combustione dell’etano)

2 CO_2(g)

+2O_2(g)

ΔH° x

ΔH°I +3/2 O_2(g)

3H₂O +

ΔH°II ΔH°III +7/2 O_2(g)

Per la legge di Hess sarà quindi: ΔH° _x = ΔH°_I+ ΔH°_II - ΔH°_III Ed essendo:

ΔH°_I⁼ 2ΔH°_{f, CO2 (g)} ΔH°_II⁼ 3ΔH°_{f, H2O (l)} ΔH°_III⁼ ΔH°_{comb, C2H6 (g)}

ΔH° f, C₂H_6(g)= 2ΔH°_{f, CO2 (g)} + 3ΔH°_{f, H2O (l)} - ΔH°comb, C₂H_{6 (g)}

ΔH° _{f, C2H6(g)} =-188,2 - 204,9 + 373 = -20,1 Kcal/mol

Lenta

Lenta Veloce: esplosione Veloce: esplosione

• condizioni isoterme

• consumo lento di reagenti

• aumento di temperatura e pressione

• rapida generazione di calore

• elevata velocità di reazione

Combustione Combustione

Esplosione spontanea: fenomeno per cui una miscela di combustibile passa, per variazione della temperatura o della pressione, da regime di combustione lenta a quello di esplosione.

Fiamma: onda di combustione che si propaga in un mezzo gassoso.

Avviene con generazione di calore e luce.

Può essere DEFLAGRANTE o DETONANTE a seconda che l’onda si propaghi con velocità subsonica (debole) o supersonica (veloce).

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Combustione Combustione

Meccanismo e cinetica della combustione

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Meccanismo e cinetica della combustione del CH

Combustione Combustione

7

Combustione Combustione

Prodotti della combustione

Prodotti gassosi (fumi) e solidi (ceneri)

La composizione dei fumi dipende dalla composizione del combustibile, del comburente e dal regime

di combustione.

Combustione completa

CO

H

O SO

N

O

No

(NO, NO

)

Combustione incompleta

CO

HC (idrocarburi)

IPA (idrocarburi policiclici aromatici) C pirolitico

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Combustione Combustione

L'energia rilasciata dalla reazione stessa ne rende possibile l'autosostentamento, senza ulteriori

apporti energetici esterni. ⁹

Il potere calorifico o calore di combustione esprime la quantità di massima di calore che si può ricavare dalla combustione completa di 1 kg di sostanza combustibile (o 1 m³ di gas a 0 °C e 1 atm).

Si misura in Joule su chilogrammo (J/kg).

Combustione Combustione

Potere calorifico superiore (H_s): la quantità di calore che si rende disponibile per effetto della combustione completa a pressione costante della massa unitaria del combustibile, quando i prodotti della

combustione siano riportati alla temperatura iniziale del combustibile e del comburente.

La determinazione del potere calorifico si può ottenere approssimativamente col calcolo, in base all‘analisi elementare del combustibile, oppure direttamente mediante l'uso di appositi strumenti calorimetrici.

Per combustibili in cui si trovi acqua o umidità, si distingue in:

Potere calorifico inferiore (H_i): il potere calorifico superiore diminuito del calore di condensazione del vapore d'acqua durante la combustione.

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Velocità di reazione e temperatura raggiunta dalla fiamma dipendono dal rapporto combustibile - comburente.

Sono massime quando il rapporto coincide con il rapporto stechiometrico.

Per miscele molto ricche o molto povere di combustibile la temperatura di fiamma si riduce drasticamente.

Combustione Combustione

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Il campo di infiammabilità è definito da un limite superiore di infiammabilità (L_I) e da un limite inferiore di infiammabilità (L_I). Al di sotto del limite inferiore il gas non è abbastanza concentrato per infiammarsi, infatti benché un innesco possa produrre una reazione combustibile-comburente, la reazione non si propaga all'interno della miscela. Al di sopra del limite superiore, viceversa, l'atmosfera è ricca del gas ma scarsa di comburente.

I limiti di infiammabilità sono influenzati da:

•temperatura, che aumenta il limite superiore e abbassa il limite inferiore.

•pressione, che allarga i limiti rendendo più frequenti gli urti tra le molecole e quindi favorisce la combustione.

•presenza di gas inerti, che abassa il limite superiore

•presenza di altri gas infiammabili.

Con limiti di infiammabilità o campo di infiammabilità si intende la

concentrazione percentuale massima e minima di un gas combustibile tra le quali può avvenire la combustione.

Combustione Combustione

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Combustione Combustione

Limiti di infiammabilità in aria di alcuni gas combustibili

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