17.14: Calor de Combustión

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En los esfuerzos por reducir el consumo de gas del petróleo, a menudo se agrega etanol a la gasolina regular. Tiene un índice de octanaje alto y se quema más lentamente que el gas normal. Este “gasohol” es ampliamente utilizado en muchos países. Produce emisiones algo menores de monóxido de carbono y dióxido de carbono, pero sí aumenta la contaminación del aire de otros materiales.

Calor Molar de Combustión

Muchas reacciones químicas son reacciones de combustión. A menudo es importante conocer la energía producida en tal reacción para que podamos determinar qué combustible podría ser el más eficiente para un propósito determinado. El calor molar de combustión\(\left( He \right)\) es el calor liberado cuando un mol de una sustancia está completamente quemado.

Las reacciones de combustión típicas implican la reacción de un material que contiene carbono con oxígeno para formar dióxido de carbono y agua como productos. Si el metanol se quema en el aire, tenemos:

\[\ce{CH_3OH} + \ce{O_2} \rightarrow \ce{CO_2} + 2 \ce{H_2O} \: \: \: \: \: He = 890 \: \text{kJ/mol}\nonumber \]

En este caso, un mol de oxígeno reacciona con un mol de metanol para formar un mol de dióxido de carbono y dos moles de agua.

Cabe señalar que las sustancias inorgánicas también pueden sufrir una forma de reacción de combustión:

\[2 \ce{Mg} + \ce{O_2} \rightarrow 2 \ce{MgO}\nonumber \]

En este caso, no hay agua ni se forma dióxido de carbono. Para los efectos de este capítulo, estas reacciones generalmente no son consideradas en la discusión de las reacciones de combustión.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Los calores de combustión generalmente se determinan quemando una cantidad conocida del material en un calorímetro de bomba con un exceso de oxígeno. Al medir el cambio de temperatura, se puede determinar el calor de combustión.

Se quema una muestra de 1.55 gramos de etanol y se produce un aumento de temperatura\(55^\text{o} \text{C}\) en 200 gramos de agua. Calcular el calor molar de combustión.

Solución

Paso 1: Enumere las cantidades conocidas y planifique el problema.

Conocido

Masa de etanol\(= 1.55 \: \text{g}\)
Masa molar de etanol\(= 46.1 \: \text{g/mol}\)
Masa de agua\(= 200 \: \text{g}\)
\(c_p\)agua\(= 4.18 \: \text{J/g}^\text{o} \text{C}\)
Incremento de temperatura\(= 55^\text{o} \text{C}\)

Desconocido

Paso 2: Resolver.

Cantidad de etanol utilizado:\[\frac{1.55 \: \text{g}}{46.1 \: \text{g/mol}} = 0.0336 \: \text{mol}\nonumber \]

Energía generada:\[4.184 \: \text{J/g}^\text{o} \text{C} \times 200 \: \text{g} \times 55^\text{o} \text{C} = 46024 \: \text{J} = 46.024 \: \text{kJ}\nonumber \]

Calor molar de combustión:\[\frac{46.024 \: \text{kJ}}{0.0336 \: \text{mol}} = 1370 \: \text{kJ/mol}\nonumber \]

Paso 3: Piensa en tu resultado.

La quema de etanol produce una cantidad significativa de calor.

Resumen

El calor molar de combustión\(\left( He \right)\) es el calor liberado cuando un mol de una sustancia está completamente quemado.
Se describen los cálculos utilizando el calor molar de combustión.