O que é combustão?

A combustão é uma reação química em que um composto é queimado na presença do gás oxigênio, tendo liberação de energia (na forma de calor) e, algumas vezes, luz. O composto que é queimado é chamado de combustível, enquanto o gás oxigênio é chamado de comburente. Outro elemento essencial para a reação de combustão é uma energia de ativação, necessária para iniciar o processo químico.

A combustão é uma reação química de oxirredução, em que o gás oxigênio atua como agente oxidante. Com base nisso, pode ser classificada como completa ou incompleta. Na combustão completa, o combustível será totalmente oxidado, enquanto, na incompleta, não. A combustão está muito presente em nosso cotidiano, seja no carvão que queima durante o churrasco, seja nos veículos automotores utilizados para deslocamento.

Leia também: Diferenças entre fenômenos físicos e químicos

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre combustão
• 2 - Afinal, o que é combustão?
• 3 - O que causa a combustão?
• 4 - Como ocorre a combustão?
• 5 - Tipos de combustão
• 6 - Fórmula da combustão
• 7 - Entalpia de combustão
• 8 - Combustão espontânea
• 9 - Exemplos de combustão no dia a dia
• 10 - Exercícios resolvidos sobre combustão

Resumo sobre combustão

• Combustão é uma reação química de queima de um composto (o combustível) na presença de gás oxigênio (o comburente), com liberação de energia (calor e, às vezes, luz).
• Para que a reação ocorra, são necessários o combustível, o comburente (gás oxigênio) e uma energia de ativação para iniciar o processo.
• A combustão é uma reação de oxirredução em que o gás oxigênio é o agente oxidante.
• A combustão, a depender do grau de oxidação do combustível, pode ser classificada como completa ou incompleta.
• A combustão é um processo comum, presente em atividades diárias como a queima de carvão (churrasco) e no funcionamento de veículos automotores.

Afinal, o que é combustão?

A combustão é uma reação química em que um composto ou um elemento queima em presença do gás oxigênio, havendo liberação de energia na forma de calor e, em geral, luz, que se manifesta na forma de brilho ou chama. O composto ou o elemento que é queimado é chamado de combustível, enquanto o gás oxigênio é chamado de comburente.

O que causa a combustão?

A combustão é uma reação química e, dessa forma, exige, além dos reagentes necessários, uma energia de ativação, ou seja, uma energia necessária para desencadear o processo químico. Esse conceito é trazido no que é conhecido como “triângulo do fogo”, que elenca os três fatores necessários para uma reação de combustão: energia (na forma de calor), combustível e comburente.

Dessa forma, entende-se que a combustão só será iniciada se houver a combinação desses três fatores simultaneamente, ou seja, não haverá reação se não houver energia suficiente para iniciá-la, assim como não ocorrerá reação se um dos reagentes estiver ausente.

Atualmente, surge um quarto elemento necessário para a propagação da combustão, a chamada reação em cadeia. A ideia é descrever a reação de combustão como autossustentável, o que quer dizer que ela irá se manter com a energia formada por ela mesma, oriunda do contato entre o combustível e o comburente, substituindo-se a energia de ativação, oriunda de alguma fonte térmica. Assim, diz-se que o triângulo do fogo evolui para o tetraedro do fogo.

O combustível pode ser tanto de natureza sólida, líquida ou gasosa. Será considerado um combustível todo elemento ou composto que, quando queimado na presença de oxigênio, conseguir produzir energia. Em geral, os melhores combustíveis são os que contêm, em sua composição, átomos de carbono e hidrogênio, além de enxofre em alguns casos.

Já o comburente é o gás oxigênio, o qual é, na maioria das vezes, aproveitado do ar atmosférico (onde tal substância é responsável por cerca de 21% da composição). A utilização do ar é interessante, não só pela sua disponibilidade, mas também porque os demais compostos presentes, como o nitrogênio e gases nobres, não desempenham um papel ativo na combustão. Na ausência de gás oxigênio, outra substância oxidante pode fornecer o oxigênio, como é o caso do nitrato de amônio (NH₄NO₃), nitrato de potássio (KNO₃) e peróxido de hidrogênio (H₂O₂).

No que diz respeito à energia do processo, existem três níveis, observados mediante a temperatura do sistema, que nos ajudam a entender em que momento se dá a combustão.

O primeiro deles é conhecido como ponto de fulgor, que é a mínima temperatura necessária para que um determinado combustível, combinado com o comburente, comece a desprender vapores ou gases inflamáveis em contato com uma fonte de energia térmica, queimando-se. Contudo, caso o combustível seja afastado dessa fonte de energia térmica, a reação cessa.

O segundo estágio é o chamado ponto de combustão, onde o sistema atinge uma temperatura mínima que, diferentemente do ponto de fulgor, permite que a reação de combustão se mantenha, mesmo que o combustível seja afastado da fonte de energia térmica. Nesse caso, a reação já é considerada autossustentável a partir desse ponto.

Por fim, define-se o chamado ponto de ignição, onde a temperatura é suficiente para que a reação de combustão se inicie apenas pelo contato do combustível com o comburente, independentemente de qualquer fonte de energia térmica, ou seja, mesmo sem a presença de chama. Também se refere a esse ponto como ponto de combustão instantânea ou ponto de autoignição.

Leia também: O que é necessário para que ocorra uma reação química?

Como ocorre a combustão?

A combustão é entendida como uma reação de oxirredução, na qual o comburente oxida o combustível.

No caso, caso o combustível seja o carbono, ele é oxidado, por exemplo, a gás carbônico. Esse processo libera 393,5 kJ de energia para cada mol de carbono.

C + O₂ → CO₂

O carbono é oxidado, passando do número de oxidação 0 (no C) para +4 (no CO₂). O oxigênio, de maneira oposta, é reduzido, passando do número de oxidação 0 (no O₂) para −2 (no CO₂).

Da mesma forma, a combustão do gás hidrogênio faz com que ele seja oxidado para água, H₂O. Esse processo libera 242 kJ de energia para cada mol de gás hidrogênio.

H₂ + ½ O₂ → H₂O

O elemento químico hidrogênio é oxidado, passando do número de oxidação 0 (no H₂) para +1 (na água). O oxigênio, mais uma vez, é reduzido, passando do número de oxidação 0 (no O₂) para −2 (na água).

Tipos de combustão

Quimicamente, descrevem-se dois tipos de combustão: completa e incompleta. Diferenciam-se quanto à extensão da reação de oxirredução. Na combustão completa, a reação de oxirredução se completa, fazendo com que o combustível atinja o maior número de oxidação possível. No caso do carbono, entende-se que a combustão foi completa quando há produção de gás carbônico, CO₂, pois, nesse caso, o número de oxidação do carbono é igual a +4.

C + O₂ → CO₂

Quando a combustão é incompleta, entretanto, entende-se que o combustível não foi oxidado por completo, cessando a reação em um intermediário. Por exemplo, a combustão incompleta do carbono (C) produz o monóxido de carbono (CO).

C + ½ O₂ → CO

Nesse caso, o carbono é parcialmente oxidado de 0 (no C) para +2 (no CO).

A combustão incompleta é causada por escassez de oxigênio. Porém, ela pode ocorrer mesmo em condições em que seja desfavorecida. É o caso dos automóveis, em que, nem sempre, a combustão na câmara do motor se dá por completo. A combustão incompleta é de fácil visualização quando o combustível apresenta carbono e hidrogênio na composição, como os de natureza orgânica, como hidrocarbonetos ou álcoois.

Isso porque na combustão incompleta dessa modalidade de combustível, podemos perceber a formação de fumo negro ou fuligem, que são finas partículas de carbono que se dispersam no ar. Por exemplo, na combustão do gás metano, se ela for completa, espera-se a formação de CO₂ e H₂O:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

Como já foi citado anteriormente, o número de oxidação do carbono no CO₂ é igual a +4. No metano, o número de oxidação do carbono é igual a −4. Na combustão incompleta, contudo, vão se formar compostos de carbono com número de oxidação dentro desse intervalo, como a fuligem (C, em que o número de oxidação é 0) e o monóxido de carbono (CO, em que o número de oxidação do carbono é igual a +2).

Fórmula da combustão

Como toda reação química, a combustão possui uma forma de representação básica, que é dada por:

combustível + comburente → produtos da combustão

O comburente é o gás oxigênio, O₂. Portanto, os produtos da combustão serão, em geral, produtos oxigenados dos elementos envolvidos (óxidos).

C + O₂ → CO₂

H₂ + ½ O₂ → H₂O

S + O₂ → SO₂

Quando estamos lidando com um combustível que é uma substância composta, percebe-se a formação dos óxidos correspondentes dos elementos envolvidos na combustão.

C₂H₆O + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O

Para combustíveis que só apresentem carbono e hidrogênio, a reação geral de combustão completa é:

\(C_aH_b+(a+\frac{1}{4}b)+O_2\rightarrow a CO_2+\frac{1}{2}b H_2O\)

Para combustíveis que só apresentem carbono, hidrogênio e oxigênio, a reação geral de combustão completa é:

\(C_aH_bO_c+(a+\frac{1}{4}b-\frac{1}{2}c)+O_2\rightarrow a CO_2+\frac{1}{2}b H_2O \)

Entalpia de combustão

A entalpia (ou calor) de combustão, representada por Δ_cH°, é uma grandeza termodinâmica que apresenta a quantidade de calor liberado na combustão completa de 1 mol de um determinado combustível, em condições-padrão (temperatura de 25 °C).

A tabela a seguir traz os valores de entalpia de combustão de alguns combustíveis.

Combustão espontânea

Como já dito anteriormente, a combustão necessita de uma fonte externa de energia térmica para se iniciar. Contudo, alguns materiais são capazes, por meio de reações químicas internas, de produzirem calor suficiente para iniciar uma reação de combustão. Esse processo é conhecido como combustão espontânea.

A combustão espontânea, para ocorrer, necessita de que o material seja capaz de se autoaquecer e que, obviamente, esteja em condições de desenvolver esse autoaquecimento. O autoaquecimento consiste em um processo em que o material desenvolve uma reação química exotérmica entre ele e a atmosfera em que está inserido, com consequente aumento de sua temperatura.

Em um determinado momento, durante o autoaquecimento, a energia térmica produzida é maior que a energia térmica dissipada para o ambiente. Assim, a temperatura do material pode aumentar continuamente, na ordem de centenas de graus Celsius. Se o material for poroso, permeável e suscetível à oxidação, esse aquecimento interno pode vir a desencadear uma queima.

Um exemplo de material que pode vir a sofrer combustão espontânea é o algodão, um material poroso, permeável e que possui, na sua composição, pequenas quantidades de óleo, os quais podem ser facilmente oxidados. A combustão espontânea do algodão pode ocorrer quando ele está em um ambiente em que não haja ventilação.

Exemplos de combustão no dia a dia

• A queima de carvão em uma churrasqueira.
• A queima de lenha em uma fogueira ou em uma lareira.
• A queima de lixo em um incinerador.
• A queima de combustível dentro do motor de um veículo.
• A queima de vegetação em um incêndio.
• A queima do gás de cozinha em nosso fogão.
• A queima de uma vela.

Leia também: Como saber se uma reação é de oxirredução?

Exercícios resolvidos sobre combustão

Questão 1

(Unifor – Medicina/2025.1) O biogás é o gás capturado da decomposição de materiais orgânicos e até mesmo esterco ou dejeto humano. Porém, para que este gás possa ser gerado e capturado, a decomposição do material orgânico deve ser anaeróbica. Este processo ocorre porque, sem ar, cria-se um ambiente propício para a proliferação de determinadas bactérias que, durante a decomposição dos materiais orgânicos, causam uma fermentação que solta o biogás, composto em maior quantidade por gases como: metano (CH₄) e gás carbônico (CO₂), e, em menores volumes, gás sulfídrico (H₂S), vapor de água (H₂O), nitrogênio (N₂) e outros. A purificação deste biogás se faz necessária porque a combustão desta mistura pode agravar os danos ao meio-ambiente.

Disponível em: https://orizonvr.com.br/biogas-o-que-e-producao-e-principaisvantagens/. Acesso em: 08 out. 2024. (Adaptado)

Em relação à combustão desses gases presentes no biogás, analise as afirmativas a seguir.

I. A combustão do gás metano produz monóxido de carbono e água, sendo o monóxido de carbono mais prejudicial ao efeito estufa.

II. O gás sulfídrico em combustão libera óxidos de enxofre, que promovem a formação de chuvas ácidas.

III. A combustão do gás nitrogênio produz a formação de amônia e água, sendo o vapor d'água responsável um gases responsável pelo efeito estufa.

É correto apenas o que se afirma em

1. II.
2. III.
3. I e II.
4. I e III.
5. I, II e III.

Resposta: Letra A.

A alternativa I está errada, uma vez que a combustão do gás metano se completa, não forma monóxido de carbono e água, mas dióxido de carbono e água. Além disso, o monóxido de carbono não é considerado um gás-estufa. Os gases-estufa possíveis da combustão do metano são o CO₂ e a água.

A alternativa III está errada, uma vez que a combustão do gás nitrogênio não tem como formar amônia, NH₃, e água, H₂O, uma vez que não existe, entre os reagentes, qualquer composto com a presença de átomos de hidrogênio (N₂ e O₂).

Questão 2

(UEA SIS 2ª Série – 2025-2027/2024) A combustão completa de 0,2 mol de um álcool consumiu 1,2 mol de O₂ e gerou 0,8 mol de CO₂ e 1 mol de H₂O, além de produzir 488,4 kJ.

A fórmula molecular desse álcool e o seu calor de combustão, em kJ/mol, são, respectivamente,

1. C₄H₁₀ e –2442.
2. C₄H₁₀ e +4884.
3. C₄H₁₀O e –2442.
4. C₄H₁₀O e –4884.
5. C₄H₁₀O₂ e +2442.

Resposta: Letra C.

Os álcoois possuem fórmula geral C_nH_2n+2O. Para se chegar ao seu calor de combustão, que é dado em kJ/mol, deve-se pensar na combustão de um mol do álcool em questão. Dessa forma, proporcionalmente, na combustão de 1 mol desse álcool, consome-se 6 mols de O₂, produzindo-se 4 mols de CO₂ e 5 mols de H₂O.

C_nH_2n+2O + 6 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

Com isso, chegamos à conclusão de que “n” é igual a 4, portanto, 2n + 2 é igual a 10. Por isso, trata-se do álcool C₄H₁₀O.

Quando foi feita a combustão de 0,2 mol do álcool, houve produção de 488,4 kJ de energia. Proporcionalmente, ao ser feita a combustão de 1,0 mol desse álcool, a produção de energia será de 2442 kJ (488,4 x 5).

Fontes:

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Príncípios de Química: Questionando a vida e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018.

HAYNES, W. M. (ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95^a ed. CRC Press: 2014.

PREFEITURA MUNICIPAL DE IBIPORÃ. Módulo 3 – Teoria do Fogo. Prefeitura Municipal de Ibiporã – Brigada de Incêndio. Disponível em: <https://ibipora.pr.gov.br/uploads/pagina/arquivos/MODULO-3-TEORIA-DO-FOGO.pdf>.

SINDICATO DOS BOMBEIROS CIVIS DO DISTRITO FEDERAL. Termodinâmica da Combustão. SindbombeirosDF. Disponivel em: <https://www.sindbombeirosdf.org/portal/pdf/1%20-%20Termodin%C3%A2mica%20da%20Combust%C3%A3o.pdf>.

PIMENTA, T. I. L. O estudo da combustão: uma revisão da literatura. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Química Industrial) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, Paraíba, 2024.

NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. NFPA 921 – Guide for Fire and Explosion Investigations. 2024 Edition.