Siempre me he preguntado qué química hay detrás del fuego. Cuáles son las reacciones químicas básicas detrás de un simple fuego de leña y cómo se manifiestan en este fenómeno?
Aunque el fuego es uno de los Elementos clásicos griegos es la única que no es materia en nuestra comprensión actual. Lo que experimentamos como fuego es la energía (en forma de luz y calor) desprendida por la combustión exotérmica de materiales (normalmente) orgánicos, como la madera. Las grandes cantidades de energía térmica liberadas por la combustión suelen hacer que los gases del fuego incandesce es decir, parte de la energía cinética producida por el fuego se convierte en radiación electromagnética que vemos (visible) y sentimos (infrarroja).
La reacción química de la combustión es bastante sencilla. Tomemos, por ejemplo, la combustión del n-octano $\ce{C8H18}$ que produce más de 5 MJ de energía por mol durante la combustión (de webbook.nist.gov ).
$$\ce{2C8H18 +25O2->16CO2 +18H2O} \space\space \Delta_cH^o=-5430 \text{ kJ/mol} $$
La combustión de la madera es más compleja. La mayor parte de la masa orgánica de la madera muerta seca es lignina y celulosa. Lignina es un copolímero altamente reticulado de alcohol p-cumarílico, $\ce{C9H10O2}$ , alcohol coniferílico , $\ce{C10H12O3}$ y alcohol sinapílico , $\ce{C11H14O4}$ . Celulosa es un polímero lineal de glucosa con la fórmula $\ce{(C6H10O5)}_n$ .
Las diferentes especies tendrán diferentes proporciones de lignina y celulosa, diferentes densidades de enlaces cruzados en la lignina y diferentes proporciones de alcoholes cumarílico, coniferílico y sinapílico. La fórmula de la lignina podría expresarse entonces como $\ce{(C9H10O2)}_x \cdot \ce{(C10H12O3)}_y \cdot \ce{(C11H14O4)}_z$ .
La ecuación para la reacción de combustión de la celulosa es: $$\ce{(C6H10O5)}_n +6n\ce{O2->}+6n\ce{CO2}+5n\ce{H2O} $$
Dado que la lignina es más compleja, su ecuación de combustión también lo es: $$2[\ce{(C9H10O2)}_x \cdot \ce{(C10H12O3)}_y \cdot \ce{(C11H14O4)}_z]+(21x+23y+25z)\ce{O2}\\ \ce{->}(18x+20y+22z)\ce{CO2}+(10x+12y+14z)\ce{H2O}$$
Y asumiendo la composición variable de la madera como proporción (A:B) de celulosa y lignina, la reacción global de combustión se convierte en la siguiente monstruosidad:
$$A\ce{(C6H10O5)}_n +2B[\ce{(C9H10O2)}_x \cdot \ce{(C10H12O3)}_y \cdot \ce{(C11H14O4)}_z]+[6An+B(21x+23y+25z)]\ce{O2}\\ \ce{->}[6An+B (18x+20y+22z)]\ce{CO2}+[5An+B(10x+12y+14z)]\ce{H2O}$$
Dado el número de variables ( $A, B, n, x, y, z$ ), el $\Delta_cH^o$ para esta reacción es difícil de determinar (pero no imposible, suponiendo que conozcamos algunos datos termoquímicos de referencia). Sea cual sea su valor, es lo suficientemente exotérmica como para inducir la incandescencia.
@ApoorvPotnis Bwahaha xD ¡Realmente no sabes lo que has pedido! El mecanismo completo incluso para quemar octano probablemente no se conoce, e incluso si lo fuera, sería más largo que este post :D
Las reacciones químicas de un "fuego típico" que utiliza madera como materia inflamable son extremadamente complejas y no se conocen en toda su extensión. En realidad, no se quema la madera, sino que se gasifican componentes (en su mayoría superficiales) de la madera, que dan lugar a un plasma en un entorno que proporcione suficiente energía de excitación. Para ello se suelen utilizar acelerantes.
La situación se ve agravada por las numerosas especies de radicales que se producen en las reacciones en cadena y por el gradiente de temperatura de la llama, que favorece a las distintas especies.
La forma del fuego depende de muchos parámetros, entre ellos la gravedad...
Una búsqueda de " estimación del número de especies químicas en un fuego de leña " aparece bibliografía interesante que puede servirte como punto de partida, además de la respuesta de Ben Norris.
La respuesta de Ben lo cubre bien. Hay otro aspecto que afecta a los productos del fuego; es la temperatura del fuego, que varía según la fase del fuego, entre otras cosas.
Temperatura Reacción
3920F Producción de vapor de agua, dióxido de carbono, ácido fórmico y (2000C) ácido acético
3920-5360F Menos vapor de agua - algo de monóxido de carbono - todavía principalmente un (2000-2800C) reacción endotérmica (absorbe calor)
5360-9320F Reacción exotérmica (desprende calor) con vapores inflamables (2800-5000C) y partículas; se forma alguna reacción secundaria del carbón vegetal
Más de 9320F Residuo principalmente carbón vegetal con notable acción catalítica (5000C)
El fuego es fascinante. Como ya se ha señalado en las respuestas anteriores, el fuego es una mezcla de materia y energía. El fuego consiste en combustible, oxígeno (u otro oxidante) y calor que interactúan en una reacción en cadena que produce más calor y subproductos oxidados.
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Hmm, su pregunta es un poco amplia, he reducido ligeramente su alcance. ¿Podría explicar con más detalle lo que quiere y lo que ya sabe?
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Me temo que has cambiado completamente mi pregunta. Mi pregunta es muy simple, como tenemos una composición para cada cosa (Agua H2O, Sal NaCl etc) ¿Qué pasa con el fuego? Puede que no esté formulando bien mi pregunta. Gracias :)
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La cuestión es que el fuego no está compuesto de nada. No es una sustancia en el sentido que buscas. El hollín (carbono) es lo más parecido a una "sustancia". El fuego es una reacción química.