Trovare contenuti di apprendimento
Caratteristiche
Scopri
Gli alcani sono ottimi carburanti. Un litro di benzina contiene circa 33,6 megajoule di energia e fornisce oltre 8000 calorie1. Se si potesse bere la benzina, sarebbe sufficiente a nutrire un uomo medio per oltre tre giorni! Quando viene bruciata, tutta l'energia immagazzinata viene rilasciata nell'ambiente sotto forma di calore. Per questo motivo, gli alcani vengono utilizzati come combustibili per auto, aerei e altri motori, per riscaldare le nostre case e per alimentare i nostri dispositivi elettronici.
Millions of flashcards designed to help you ace your studies
Sign up for free
Achieve better grades quicker with Premium
Geld-zurück-Garantie, wenn du durch die Prüfung fällst
Did you know that StudySmarter supports you beyond learning?
Review generated flashcards
Start learning or create your own AI flashcards
Team Combustione Teachers
Grazie per il tuo interesse per le preferenze di apprendimento!
Quale modalità di apprendimento preferisci? (ad esempio, « Audio », « Video », « Testo », « Nessuna preferenza ») (optional)
Send FeedbackMolti di noi hanno apprezzato la gioia di stare intorno a un falò in una fredda sera invernale, magari abbrustolendo marshmallow o sorseggiando una cioccolata calda. In effetti, il fuoco non è un segreto: è stato usato dai nostri antenati per oltre 1 milione di anni!2 Le fiamme sprigionate sono il risultato di una reazione di combustione.
La combustione è una reazione che comporta l'ossidazione di un combustibile come carbone, gas o benzina, di solito in presenza di ossigeno (il comburente). È esotermica, cioè rilascia molta energia nell'ambiente sotto forma di calore.
Le reazioni di combustione hanno molteplici usi nella vita quotidiana, grazie all'energia termica che rilasciano. Ad esempio, utilizziamo le reazioni di combustione per:
In effetti, è difficile pensare a una parte della nostra esistenza moderna che non si basi sulla combustione in un modo o nell'altro!
Ci sono due diversi tipi di reazioni di combustione:
Variano in base alle condizioni, ai prodotti e alle quantità relative di energia rilasciata. Diamo una breve occhiata.
Nella combustione completa, un combustibile viene bruciato in eccesso di ossigeno. Come combustibile usiamo comunemente gli idrocarburi. La combustione di un idrocarburo ossida i suoi atomi di carbonio e idrogeno, producendo anidride carbonica e acqua. Ma la cosa più importante è che la combustione completa rilascia anche molta energia termica nell'ambiente.
L'equazione per la combustione completa del metano è riportata di seguito:
CH4(g) + 2O2(g) ⟶ CO2(g) + 2H2O(g) ΔH° = - 802.3 kJ mol-1
Si noti la variazione entalpica è negativa. Ciò dimostra che la reazione è esotermica.
Non preoccuparti: tra un attimo ti spiegheremo come scrivere le equazioni di combustione. Prima di farlo, assicurati di dare un'occhiata alle variazioni di entalpia, se non sei sicuro di cosa intendiamo per reazioni esotermiche.
Nella combustione incompleta, il combustibile viene bruciato in presenza di una quantità limitata di ossigeno. Ciò significa che non c'è abbastanza ossigeno per ossidare completamente tutti gli atomi di carbonio del combustibile in anidride carbonica. Al contrario, essi vengono parzialmente ossidati in monossido di carbonio. Se l'ossigeno è davvero in quantità limitate, gli atomi di carbonio non vengono ossidati affatto, ma vengono rilasciati come carbonio puro, sotto forma di fuliggine. Sebbene sia comunque esotermica, la combustione incompleta è molto meno efficiente di quella completa e quindi rilascia meno energia.
Osserva le due equazioni seguenti per la combustione incompleta del metano:
CH4(g) + 3/2O2(g) ⟶ CO(g) + 2H2O(g) ΔH° = - 519.3 kJ mol-1
CH4(g) + O2(g) ⟶ CO(g) + 2H2O(g) ΔH° = - 408.8 kJ mol-1
Confrontale con l'equazione illustrata in precedenza per la combustione completa del metano.
Sappi che la combustione rilascia in genere una miscela di tutti e tre i prodotti del carbonio: CO2, CO e C. Tuttavia, possiamo favorire un prodotto o l'altro controllando la quantità di ossigeno presente quando bruciamo il combustibile.
Vuoi vedere la combustione completa e incompleta in azione? Basta dare uno sguardo ad un comune apparecchio chimico: il becco di Bunsen.
Quando si lavora con un becco Bunsen in laboratorio, si sa che chiudendo il foro dell'aria si ottiene la fiamma di sicurezza. Questa fiamma è di colore giallo-arancio. Aprendo il foro dell'aria, invece, si ottiene una fiamma blu. La fiamma di sicurezza è così chiamata perché è molto più facile da vedere rispetto alla fiamma blu ed è anche molto meno calda. Questo perché l'ossigeno è limitato e quindi il combustibile brucia in una reazione di combustione incompleta. L'uso della fiamma di sicurezza fa sì che il fondo del beaker tenuto sopra il becco Bunsen diventi nero e fuligginoso a causa delle particelle di carbonio che si formano, motivo per cui la fiamma di sicurezza viene talvolta soprannominata fiamma "sporca". La fiamma blu, invece, utilizza una combustione completa. La fiamma blu, invece, utilizza una combustione completa e rilascia molta più energia durante la combustione, dando luogo a una fiamma più pulita, più calda e più pericolosa.
Sei pronto a imparare a scrivere le equazioni di combustione? Proviamo. Prima, però, una breve nota: durante la vostra formazione di chimici, probabilmente vi sarà stato detto di scrivere sempre equazioni con numeri interi. Le equazioni di combustione sono un'eccezione a questa regola. In questo caso, far reagire mezza mole di molecole di ossigeno è perfettamente accettabile.
Come mai si può fare a meno di mezza mole di ossigeno? Perché è considerato usuale scrivere le reazioni di combustione utilizzando una mole di combustibile. Ciò è dovuto alla definizione di variazione entalpica standard della combustione, che considera la variazione entalpica quando una mole di una sostanza viene bruciata in eccesso di ossigeno in condizioni standard. Non preoccuparti se non hai mai sentito questo termine: abbiamo un intero articolo dedicato alle entalpie standard su Variazioni di Entalpia. Clicca sul link per saperne di più.
Ecco come scrivere e bilanciare le equazioni per la combustione (completa) degli idrocarburi:
La scrittura delle equazioni per la combustione incompleta segue un processo simile. Tuttavia, bisogna ricordare che si produce monossido di carbonio (o carbonio puro) invece di anidride carbonica. Di conseguenza, sono necessarie meno moli di ossigeno. Tuttavia, è necessario lo stesso numero di moli del prodotto a base di carbonio e lo stesso numero di moli di acqua.
Scrivere un'equazione per:
Iniziamo con il punto a. Nell'equazione non bilanciata, bruciamo una mole di propano (C3H8) in una quantità incognita di ossigeno (O2) per produrre quantità incognite di anidride carbonica (CO2) e acqua (H2O):
C3H8 + O2 ⟶ CO2 + H2O
C3H8 contiene tre atomi di carbonio. Quindi produce tre moli di CO2:
C3H8 + O2 ⟶ 3CO2 + H2O
C3H8 contiene anche 8 atomi di idrogeno. Nota che ogni molecola di H2O contiene due atomi di idrogeno. Quindi produciamo solo quattro moli di H2O:
C3H8 + O2 ⟶ 3CO2 + 4H2O
Ora dobbiamo solo bilanciare gli atomi di ossigeno. Abbiamo 3(2) = 6 atomi di ossigeno dalle nostre tre moli di CO2 e 4(1) = 4 atomi di ossigeno dalle nostre quattro moli di H2O. Il totale è di dieci atomi di ossigeno. Ancora una volta, si noti che ogni molecola di O2 contiene due atomi di ossigeno. Pertanto, abbiamo bisogno di 5 moli di O2. Ecco la risposta finale:
C3H8 + 5O2 ⟶ 3CO2 + 4H2O
Nel punto b, produciamo monossido di carbonio (CO) invece di anidride carbonica. Anche in questo caso, produciamo tre moli del prodotto a base di carbonio e quattro moli di H2O. Questa volta, però, produciamo solo 3(1) = 3 più 4(1) = 4 atomi di ossigeno, per un totale di sette. Pertanto, abbiamo bisogno solo di 7/2 moli di O2:
C3H8 + 7/2O2 ⟶ 3CO + 4H2O
Nel punto c, produciamo una sola mole di monossido di carbonio (CO) e due moli di carbonio puro (C). In questo modo otteniamo tre moli di prodotti a base di carbonio. Anche in questo caso, produciamo quattro moli di H2O. In totale, abbiamo 1(1) = 1 più 2(0) = 0 più 4(1) = 4 atomi di ossigeno, che equivalgono a cinque. Pertanto, abbiamo bisogno di 5/2 moli di O2:
C3H8 + 5/2O2 ⟶ CO + 4H2O + 2C
Come accennato all'inizio di questo articolo, le reazioni di combustione svolgono un ruolo importante nella nostra vita. In particolare, ci affidiamo a combustibili ricavati da idrocarburi, come il carbone, il gas e i derivati del petrolio greggio. Per esempio, la tua auto probabilmente funziona a benzina o a diesel, entrambi derivati dal petrolio greggio, e la tua casa potrebbe essere riscaldata da una caldaia a gas. Tuttavia, la pressione sui governi, sulle imprese e sui consumatori affinché abbandonino gli idrocarburi e si orientino verso le fonti di energia rinnovabili è in costante aumento. Ciò è dovuto in parte ai prodotti delle reazioni di combustione degli idrocarburi e al loro impatto ambientale negativo. Li analizzeremo ora.
Come abbiamo appreso in precedenza, la combustione completa degli idrocarburi rilascia anidride carbonica. L'anidride carbonica può essere un problema perché è un potente gas serra.
Un gas serra è un gas che intrappola la radiazione solare riflessa dalla Terra, invece di lasciarla passare attraverso l'atmosfera e tornare nello spazio esterno.
Intrappolando il calore solare, i gas serra riscaldano il pianeta e contribuiscono al riscaldamento globale. Tuttavia, è evidente che dall'inizio della rivoluzione industriale, quando abbiamo iniziato a bruciare idrocarburi su scala di massa (aumentando così rapidamente i livelli atmosferici di particelle di anidride carbonica), le temperature medie globali sono salite alle stelle. Attualmente, il nostro pianeta è più caldo di circa 1,1 °C rispetto al 1880, anno in cui sono iniziate le registrazioni delle temperature.3 L'aumento della temperatura è stato accompagnato da un numero crescente di casi di fenomeni meteorologici estremi, di crolli dei raccolti e di estinzioni di massa. Naturalmente, la correlazione tra l'aumento dei livelli di CO2 e la temperatura potrebbe essere solo un'enorme coincidenza, ma le prove dimostrano sempre più spesso il contrario.
A differenza della combustione completa, quella incompleta non produce anidride carbonica. Rilascia invece monossido di carbonio e carbonio puro. Questi prodotti non sono migliori del loro cugino gas serra! Ad esempio, il monossido di carbonio è altamente tossico per l'uomo e gli animali. Inoltre, è inodore e incolore, il che lo rende difficile da individuare e quindi ancora più letale. Le particelle di carbonio della fuliggine, invece, possono causare irritazione respiratoria, alcuni tipi di cancro e l'oscuramento globale. Non è il caso di respirare nessuna di queste sostanze!
Purtroppo, i prodotti a base di carbonio e acqua non sono gli unici prodotti della combustione. Infatti, i nostri combustibili sono tipicamente impuri, pieni di contaminanti. Queste impurità vengono poi rilasciate nell'atmosfera quando i combustibili vengono bruciati. Una di queste impurità comuni è lo zolfo, che bruciando produce anidride solforosa. L'anidride solforosa reagisce con l'ossigeno e l'acqua presenti nell'aria formando le piogge acide, una sostanza corrosiva che danneggia edifici, monumenti, habitat e piante.
Un altro inquinante prodotto nelle reazioni di combustione è il protossido di azoto. Si forma perché alcuni combustibili, come quelli utilizzati nei motori a combustione, richiedono temperature elevate per bruciare efficacemente. Tali temperature elevate fanno sì che l'azoto e l'ossigeno dell'aria reagiscano producendo ossidi nitrosi. Come il biossido di zolfo, gli ossidi di azoto possono formare piogge acide. Inoltre, causano difficoltà respiratorie e smog fotochimico.
Riscaldamento globale, piogge acide, smog: dopo aver esaminato gli impatti negativi della combustione di combustibili come gli idrocarburi, ci si potrebbe chiedere perché non interrompere del tutto queste reazioni di combustione. Si tratta di valutare i pro e i contro. Gli idrocarburi non solo sono abbondanti e facili da reperire, ma rilasciano anche molta energia quando vengono bruciati. Per questo motivo sono ottimi combustibili e non è facile abbandonarli completamente. Tuttavia, gli scienziati hanno lavorato duramente per trovare modi per ridurre gli effetti della combustione degli idrocarburi sull'ambiente. Tra questi vi sono:
Il gas di scarico è il gas prodotto dalla combustione del carbone nelle centrali elettriche. Contiene anidride solforosa a causa delle impurità presenti nel combustibile. Possiamo rimuovere lo zolfo attraverso la desolforazione dei gas di scarico, facendo reagire i gas di scarico con ossido di calcio e acqua o carbonato di calcio e ossigeno. In questo modo si forma il gesso, un prodotto vendibile utilizzato per la produzione di cartongesso.
Per esempio:
CaCO3(s) + 1/2O2(g) + SO2(g) ⟶ CaSO4(s) + CO2(g)
Nel 1993 è stato introdotto l'obbligo per tutte le nuove autovetture del Regno Unito di montare i convertitori catalitici sugli scarichi. Le marmitte catalitiche riducono infatti la quantità di monossido di carbonio, ossidi di azoto e idrocarburi incombusti presenti nei fumi di scarico dei motori a combustione interna dei veicoli. Ecco come funzionano:
Le reazioni speficihe dipendono dai tipi di ossidi di azoto e idrocarburi incombusti presenti nei gas di scarico. Ecco alcuni esempi di equazioni chimiche bilanciate:
8CO(g) + 4NO2(g) ⟶ 2N2(g) + 8CO2(g)
C9H20(g) + 28NO(g) ⟶ 14N2(g) + 9CO2(g) + 10H2O(g)
Come sapete, la combustione di combustibili fossili come il carbone e il gas provoca un aumento netto dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera. Questo è fortemente legato al riscaldamento globale. Ma cosa succederebbe se potessimo trovare un combustibile che non produce emissioni complessive di carbonio e quindi non riscalda il nostro pianeta? Ebbene, questi combustibili esistono davvero! Diciamo che sono neutrali rispetto al carbonio.
Le sostanze neutre dal punto di vista del carbonio sono sostanze che non producono emissioni nette complessive di anidride carbonica nel corso della loro vita. Tutta l'anidride carbonica che rilasciano è controbilanciata dall'anidride carbonica assunta in diversi momenti della loro vita.
Esempi di carburanti a zero emissioni sono i biocarburanti e i carburanti sintetici:
La cattura del carbonio è ancora un'industria relativamente piccola, ma sta crescendo rapidamente grazie al miglioramento delle tecniche. Ad esempio, l'azienda svizzera Climeworks cattura direttamente il carbonio dall'aria utilizzando filtri speciali e lo immagazzina in profondità nel terreno o lo ricicla in combustibili.4
Sign up for free to gain access to all our flashcards.
Che cosa si intende per combustione?
La combustione è una reazione esotermica, cioè che rilascia molta energia nell'ambiente sotto forma di calore e comporta l'ossidazione di un combustibile come carbone, gas o benzina.
Quando avviene la combustione?
La combustione avviene in presenza di un comburente, solitamente ossigeno.
Quali sono i tipi di combustione?
Ci sono due diversi tipi di reazioni di combustione:
Che cosa produce la combustione?
At StudySmarter, we have created a learning platform that serves millions of students. Meet the people who work hard to deliver fact based content as well as making sure it is verified.
Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
Get to know Lily
Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
Get to know Gabriel
StudySmarter is a globally recognized educational technology company, offering a holistic learning platform designed for students of all ages and educational levels. Our platform provides learning support for a wide range of subjects, including STEM, Social Sciences, and Languages and also helps students to successfully master various tests and exams worldwide, such as GCSE, A Level, SAT, ACT, Abitur, and more. We offer an extensive library of learning materials, including interactive flashcards, comprehensive textbook solutions, and detailed explanations. The cutting-edge technology and tools we provide help students create their own learning materials. StudySmarter’s content is not only expert-verified but also regularly updated to ensure accuracy and relevance.
Learn moreSalva le spiegazioni nel tuo spazio personalizzato e accedile ovunque e in qualsiasi momento
Iscriviti con l'e-mail Iscriviti con AppleIscrivendoti accetti Termini e Condizioni e Informativa sulla Privacy di StudySmarter.
Hai già un account? Login
Iscriviti per sottolineare e prendere appunti. É tutto gratis.
The first learning app that truly has everything you need to ace your exams in one place
Hai già un account? Accedi
The first learning platform with all the tools and study materials you need.
Spiegazioni 
Flashcards 
Appunti 
Piano di studi 
Materiale didattico 
Spaced Repetition 
Esami 
Magazine 
Fare carriera 
App mobile 
