1.4.2 Obtención de energía a partir de la combustión

J. Eduardo Morales Méndez

Química III, Unidad I

Energía de los combustibles fósiles. Combustión y calor de combustión

EL uso actual promedio de energía por habitante de la tierra está cercano al punto más alto en la historia de la humanidad, y el uso de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) provee cerca de 85% de toda la energía actualmente utilizada en el mundo. A las tasas actuales de consumo, las reservas mundiales de carbón, gas natural y petróleo, están estimadas en 225, 115 y 60 años, respectivamente.

¿A qué se debe esa gran cantidad de energía que proporcionan los combustibles fósiles?-Estos combustibles son « formas concentradas de materia», que se queman fácilmente en presencia de oxígeno. Dichas combustiones son reacciones de oxidación que desprenden, comparativamente con otras reacciones, una cantidad significativa de energía en forma de calor.

La combustión del metano, el principal constituyente del gas natural, es un caso representativo de desprendimiento de energía, que sucede también en todas las combustiones de materiales combustibles (siendo diferente la cantidad de calor desprendido en cada combustible).

El desprendimiento de energía cuando se quema el metano se puede representar por la siguiente ecuación química:

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + H2O (g) + 192 Kcal

La reacción muestra que quemando un mol de metano se desprenden 192 Kcal de energía

¿Qué determina que la energía se desprenda o se absorba en una reacción química?

-Para que una reacción ocurra primero se requiere romper los enlaces existentes en los reactivos y, posteriormente, formar nuevos enlaces en los productos.

-Si los enlaces en los reactivos son más débiles que los que se forman en los productos, se desprenderá energía (reacción exotérmica).

-Si sucede lo contrario, se absorberá energía (reacción endotérmica)

Para la combustión del metano, se desprende energía cuando se quema, porque se requiere menos energía para romper los enlaces en los reactivos (metano y oxígeno) que la que se produce cuando se forman los productos (dióxido de carbono y agua).

Cálculo del calor de combustión (a partir de las energías de enlace)

Para calcular el calor de combustión del etano (C2H6), se recurre a las energías de enlace, pero primero se balancea la ecuación de combustión: 2C2 H6 (g) + 7 O 2(g) 4 CO2(g) + 6H2O (g)Posteriormente identificamos todos los enlaces que intervienen en la reacción, para lo cual escribimos la reacción en forma estructural: H H 2H - C - C - H + 7 O = O 4 O = C = O + 6 H – O – H H HIdentificamos los enlaces que se rompen y los que se formanPara romper enlaces: 2 C - C : 2 x 83 Kcal por enlace = 166 Kcal12C – H : 12 x 99 Kcal por enlace = 1, 188 Kcal 7 0 = 0 : 7 x 118 Kcal por enlace = 826 KcalEnergía total requerida para romper enlaces = 2180 Kcal

Para formar enlaces: 8 C = O : 8 x 192 Kcal por enlace = 1536 Kcal12 O – H : 12 x 111 Kcal por enlace = 1332 Kcal Energía total desprendida al formar enlaces = 2868 kcal ( cuando hablamos de desprendimiento de energía el signo es - , y de signo + para la absorción de energía )

El calor de combustión = - 2868 Kcal + 2180 Kcal = - 688 Kcal para dos moles de etano