2.2 : Entalpia e calore di reazione

La combustione è una reazione in cui una sostanza reagisce con un agente ossidante, che nella maggior parte dei casi è l'ossigeno molecolare, per liberare energia sotto forma di calore, luce o suono. Il calore di combustione è anche noto come entalpia di combustione. L'energia rilasciata quando una mole di una sostanza subisce la combustione completa a pressione costante è chiamata calore molare di combustione. Le reazioni di combustione sono esotermiche; cioè rilasciano energia e la loro convenzione di segno ΔH è negativa.

Nel 1772, il chimico francese Antoine Lavoisier, scoprì che i prodotti dello zolfo bruciato pesavano più della massa iniziale del reagente. Postulò quindi che lo zolfo si combinasse con l'aria, provocando un aumento di peso. Successivamente, la scoperta dell' "ossigeno" da parte di Joseph Priestley nel 1774, come componente dell'aria, portò Lavoisier a credere che lo zolfo si combinasse con l'ossigeno nell'aria, portando ad un aumento della sua massa. Concluse che combustione significasse combinarsi con l'ossigeno. In altre parole, lo zolfo subiva la combustione.

Esempi di reazioni di combustione includono la combustione di combustibili idrocarburici come gas naturale e carbone. Nel caso delle reazioni di combustione che coinvolgono idrocarburi, la quantità di energia liberata varia a seconda del tipo di combustibile sottoposto a combustione.

Ad esempio la combustione del gas naturale, metano (CH₄), data dalla reazione:

genera meno energia termica di quella del butano (C₄H₁₀), data dalla reazione:

Pertanto il numero di molecole di ossigeno necessarie per bruciare l'idrocarburo e il numero di molecole di ciascun prodotto formato dipendono dalla composizione dell'idrocarburo.

Il calore di combustione governa la stabilità relativa degli idrocarburi ramificati con la stessa formula molecolare. La differenza nella struttura è dovuta ai gruppi metilici attaccati in diverse posizioni lungo la catena idrocarburica. La quantità di energia termica rilasciata diminuisce con l'aumentare della ramificazione, dove il 2,2-dimetilesano altamente ramificato genera una bassa energia rispetto all'ottano. Quindi, l’ottano non ramificato è meno stabile della sua controparte ramificata.