Combustibilidad: qué es, punto de inflamación y características
¿Qué es la combustibilidad?
La combustibilidad es el nivel de facilidad con la que una sustancia puede incendiarse, ya sea por fuego o por combustión. No solo aplica a sustancias químicas, sino también a una amplia gama de materiales, clasificados por Códigos de Construcción en función de esta.
Por lo tanto, la combustibilidad es sumamente importante para establecer la facilidad con la que arde la materia. De aquí se desprende que haya sustancias o compuestos inflamables, los combustibles, y los no combustibles.
La combustibilidad del material depende no solo de sus propiedades químicas (estructura molecular o estabilidad de los enlaces) sino de su relación superficie-volumen; esto es, mientras un objeto tenga mayor área superficial (como ocurre con el polvo granizado), mayor será su tendencia a arder.
Visualmente, sus efectos incandescentes y llameantes pueden resultar impresionantes. Las llamas con sus tonalidades de amarillo y rojo (azules y otros colores), son indicadoras de una transformación latente, aunque antiguamente se creía que los átomos de materia se destruían en el proceso.
Los estudios del fuego, así como de la combustibilidad, implican una densa teoría de dinámica molecular. Además, participa el concepto de autocatálisis, debido a que el calor de la llama “alimenta” la reacción para que no se detenga hasta que todo el combustible haya reaccionado.
Por esa razón, quizás el fuego en ocasiones da la impresión de estar vivo. Sin embargo, en un estricto sentido racional, el fuego no es más que energía manifestada en luz y calor (aun con la inmensa complejidad molecular de trasfondo).
Punto de inflamación o ignición
Conocido en inglés como Flash Point, es la temperatura mínima a la cual una sustancia se enciende para dar inicio a la combustión.
Todo el proceso del fuego empieza a través de una pequeña chispa, la cual aporta el calor necesario para vencer la barrera energética que impide que la reacción sea espontánea.
De no ser de este modo, el mínimo contacto del oxígeno con un material provocaría que ardiera incluso bajo heladas temperaturas.
El punto de inflamación es el parámetro para definir qué tan combustible puede o no ser una sustancia o material.
Por lo tanto, una sustancia altamente combustible o inflamable, tiene un punto de inflamación bajo; es decir, requiere de temperaturas entre 38 y 93º C para arder y desatar un incendio.
La diferencia entre una sustancia inflamable y combustible está regida por leyes internacionales.
Una sustancia inflamable tiene un punto de inflamación inferior comparado a la de una sustancia combustible. Por esa razón, las sustancias inflamables son potencialmente más peligrosas que las combustibles, y su uso es estrictamente supervisado.
Diferencias entre combustión y oxidación
Ambos procesos o reacciones químicas consisten en una transferencia de electrones en la que puede o no participar el oxígeno.
El gas oxígeno es un poderoso agente oxidante, cuya electronegatividad hace reactivo su doble enlace O=O, el cual, tras aceptar electrones y formarse nuevos enlaces, libera energía.
Así, en una reacción de oxidación, el O2 gana los electrones de cualquier sustancia lo suficientemente reductora (donadora de electrones).
Por ejemplo, muchos metales en contacto con el aire y la humedad terminan oxidándose. La plata se oscurece, el hierro enrojece y el cobre puede tomar un color pátina.
Sin embargo, no desprenden llamas al hacerlo. De ser así, todos los metales tendrían una peligrosa combustibilidad y las edificaciones arderían con el calor del sol. Es aquí donde radica la diferencia entre la combustión y la oxidación: la cantidad de energía liberada.
En la combustión ocurre una oxidación donde el calor liberado es autosustentable, luminoso y caliente. Asimismo, la combustión es un proceso mucho más acelerado, pues se vence toda barrera energética entre el material y el oxígeno (o cualquier sustancia oxidante, como los permanganatos).
Otros gases, como el Cl2 y el F2 pueden iniciar reacciones de combustión vigorosamente exotérmicas. Y entre los líquidos o sólidos comburentes están el agua oxigenada, H2O2, y el nitrato amónico, NH4NO3.
Características de un combustible
Como recién se explicó, no debe tener un punto de inflamación demasiado bajo, y debe ser capaz de reaccionar con el oxígeno o el comburente.
Muchas sustancias entran en este tipo de materiales, en especial las vegetales, plásticos, maderas, metales, grasas, hidrocarburos, etc.
Algunas son sólidas, otras líquidas o gaseosas. Los gases, por lo general, son tan reactivos que se consideran, de acuerdo a la definición, como sustancias inflamables.
Gases
Los gases son los que arden con mucha más facilidad, como el hidrógeno y el acetileno, C2H4. Esto se debe a que el gas se mezcla mucho más rápido con el oxígeno, lo que es igual a una mayor área de contacto.
Fácilmente puede imaginarse un mar de moléculas gaseosas chocando entre sí justo en el punto de ignición o inflamación.
La reacción de los combustibles gaseosos es tan rápida y efectiva, que se generan explosiones. Por esa razón, las fugas de gases representan una situación de alto riesgo.
No obstante, no todos los gases son inflamables o combustibles. Por ejemplo, los gases nobles, como el argón, no reaccionan con el oxígeno.
La misma situación se presenta con el nitrógeno, debido a su fuerte triple enlace N≡N; sin embargo, este puede romperse bajo condiciones extremas de presión y temperatura, como las que se encuentran en una tormenta eléctrica.
Sólidos
Cualquier material sometido a altas temperaturas puede llegar a incendiarse; sin embargo, la velocidad con que lo hace depende de la relación superficie-volumen (y de otros factores, como el uso de películas protectoras).
Físicamente, un sólido macizo demora más en arder y propaga menos el fuego porque sus moléculas entran menos en contacto con el oxígeno que un sólido laminar o pulverizado. Por ejemplo, una resma de papel arde mucho más rápido que un bloque de madera de las mismas dimensiones.
Asimismo, una pila de polvo de hierro se incendia con mayor vigor en comparación a una hoja de hierro.
Compuestos orgánicos y metálicos
Químicamente, la combustibilidad de un sólido depende de cuáles átomos lo componen, su arreglo (amorfo, cristalino) y la estructura molecular. Si está compuesto principalmente de átomos de carbono, aun con una estructura compleja, al arder ocurrirá la siguiente reacción:
C + O2 => CO2
Pero los carbonos no están solos, sino acompañados de hidrógenos y otros átomos, los cuales también reaccionan con el oxígeno. Así, se produce H2O, SO3, NO2, y otros compuestos.
Sin embargo, las moléculas producidas en la combustión dependen de la cantidad de oxígeno reaccionante. Si el carbono, por ejemplo, reacciona con un déficit de oxígeno, el producto es:
C + 1/2O2 => CO
Nótese que entre el CO2 y el CO, el CO2 es más oxigenado, porque tiene más átomos de oxígeno. Por lo tanto, las combustiones incompletas generan compuestos con menor número de átomos de O, en comparación a los obtenidos en una combustión completa.
Además del carbono, puede haber sólidos metálicos que resistan temperaturas aún más altas antes de arder y originar sus óxidos correspondientes.
A diferencia de los compuestos orgánicos, los metales no liberan gases (a menos que posean impurezas), pues sus átomos están confinados a la estructura metálica. Arden allí donde están.
Líquidos
La combustibilidad de los líquidos depende de su naturaleza química, como lo es su grado de oxidación. Los líquidos muy oxidados, sin muchos electrones que donar, como el agua o el tetrafluorocarbono, CF4, no arden significativamente.
Pero, aún más importante que esta característica química, es su presión vapor. Un líquido volátil tiene una presión de vapor alta, lo cual lo hace inflamable y peligroso. ¿Por qué? Porque las moléculas gaseosas “merodeando” la superficie del líquido son las primeras en arder, y representan el foco del incendio.
Los líquidos volátiles se distinguen por desprender fuertes olores y sus gases ocupan rápidamente un volumen grande.
La gasolina es un claro ejemplo de un líquido altamente inflamable. Y respecto a los combustibles, el gasoil y otras mezclas de hidrocarburos más pesados están entre los más comunes.
El agua
Algunos líquidos, como el agua, no pueden arder porque sus moléculas gaseosas no pueden ceder sus electrones al oxígeno.
De hecho, se le utiliza instintivamente para apagar las llamas y es una de las sustancias más aplicadas por los bomberos. El intenso calor del fuego se transfiere al agua, el cual lo emplea para cambiar a la fase gaseosa.
Se han visto en escenas reales y ficticias cómo arde el fuego sobre la superficie del mar; sin embargo, el verdadero combustible es el petróleo o cualquier aceite inmiscible con el agua y que flota sobre la superficie.
Todos los combustibles que presentan en su composición un porcentaje de agua (o humedad), tienen como consecuencia una disminución de su combustibilidad.
Esto se debe, nuevamente, a que parte del calor inicial se pierde al calentar las partículas de agua. Por esa razón los sólidos húmedos no arden hasta no eliminar su contenido de agua.
Referencias
- Chemicool Dictionary. Definition of Combustible. Recuperado de chemicool.com
- Summers, Vincent. Is Nitrogen Combustible? Sciencing. Recuperado de: sciencing.com
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. Combustion Definition (Chemistry). Recuperado de thoughtco.com