Todos hemos oído hablar del fuego y lo vemos casi todos los días en fósforos, encendedores, fuegos artificiales, placas de gas y chimeneas. Pero esta reacción aparentemente simple es en realidad un evento científico complejo.

¿Qué es el fuego Exactamente?

El fuego es una reacción exotérmica autoperpetuadora que ocurre cuando un combustible sólido, líquido o en fase gaseosa sufre una rápida oxidación. Esto se conoce como combustión, y la reacción libera calor, luz y otras reacciones químicas.

Aunque permite que se produzcan otras reacciones, la combustión se caracteriza predominantemente por la combinación de materiales combustibles con un agente oxidante.

Cuando el combustible y un agente oxidante se calientan a una temperatura determinada, se producen reacciones químicas exotérmicas que se mantienen gracias a la energía térmica adicional que generan continuamente.

Por lo tanto, para que un fuego se produzca a partir de la combustión, estos cuatro elementos son esenciales. Esta relación se puede conceptualizar en el tetraedro de fuego.

El Modelo de Tetraedro de fuego

El tetraedro de fuego es una representación de los elementos necesarios para que ocurra un incendio. Las cuatro caras del tetraedro son combustible, un agente oxidante (generalmente oxígeno), energía térmica y una reacción en cadena desinhibida.

¿Por Qué El Fuego Necesita Combustible?

El combustible se refiere a un material inflamable o combustible que se utiliza para comenzar el proceso de combustión. Mientras que el combustible puede ser sólido (madera), líquido (gasolina) o gas (propano), los materiales solo se quemarán cuando estén en la fase de vapor. Esto significa que para que comience el fuego, debe existir una fase de gas combustible.

La fase gaseosa se logra cuando se calienta un material que pasa su punto de inflamación para ejercer una presión de vapor que puede encenderse en el aire y soportar la combustión.

Un ejemplo de material combustible sólido, y quizás la forma más común de combustible, es la madera. Este compuesto tiene moléculas de alto peso molecular que incluyen materiales como las ligninas y la celulosa de carbohidratos de origen natural.

Para que la madera alcance la fase gaseosa necesaria, estos materiales deben someterse a descomposición térmica por pirólisis. Esto ocurre cuando la madera se calienta más allá de su punto de inflamación, lo que hace que la celulosa y otros materiales se descompongan en pequeñas moléculas que luego pueden existir en fase gaseosa. Cuando estos gases alcanzan su temperatura de ignición, comienza la combustión.

Energía térmica

La energía térmica es necesaria para iniciar la ignición del combustible y para que alcance la temperatura mínima requerida para que sea autosuficiente. Esto se conoce como la temperatura de ignición.

La energía térmica se produce durante la combustión porque la reacción es exotérmica. El calor se libera cuando los enlaces químicos se rompen y se forman durante las reacciones químicas. Dado que estas reacciones son continuas, la combustión libera más calor del necesario para sostener un incendio. Esto es lo que hace que un fuego se perpetúe a sí mismo, y también lo que lo hace caliente.

¿Qué Es Un Agente Oxidante?

Se requiere un agente oxidante para soportar la combustión reaccionando con el combustible. El oxígeno en el aire es el agente más común utilizado. Una vez que los gases volátiles liberados por el combustible han alcanzado la temperatura de ignición, las moléculas compuestas se rompen y se recombinan con oxígeno para formar vapor de agua, dióxido de carbono, varios productos de combustión y más calor. Este proceso se llama oxidación, y se puede reconocer como combustión y humo.

Reacción en cadena desinhibida

La cara final del tetraedro es la reacción en cadena desinhibida que se habilita por la reacción entre combustible, calor y oxígeno. Una reacción en cadena desinhibida se refiere a la capacidad de autoperpetuación de la combustión.

Debido a las reacciones continuas que tienen lugar entre el combustible y el oxígeno, que generan cantidades excedentes de energía térmica, la llama siempre estará lo suficientemente caliente como para mantener el combustible a temperatura de ignición. Por lo tanto, el fuego continuará ardiendo mientras haya suficiente combustible y oxígeno disponible. Este proceso finaliza de manera similar cuando se han gastado estas fuentes.

Conflagración: ¿Cómo Se Propaga el Fuego?

El peligro de estas reacciones químicas es el hecho de que son autosuficientes. El fuego puede propagarse precisamente debido a la reacción en cadena desinhibida que se produce a partir de la combustión y de la energía térmica que mantiene el combustible por encima del punto de ignición.

El calor de las llamas es capaz de calentar el combustible circundante, ya sea madera cercana o líquidos inflamables. Si este combustible cercano se calienta y pasa su punto de inflamación, se liberarán gases volátiles a medida que el combustible entre en su fase gaseosa. En este punto, las llamas son capaces de encender el gas y propagarse. Mientras haya combustible y oxígeno disponible, el fuego puede propagarse.

Cuando se trata de cómo viaja el fuego, todo se reduce a la gravedad. Los gases calientes en el fuego son más calientes y menos densos que el aire circundante. Por lo tanto, se mueven hacia arriba hasta donde hay una presión más baja. Esta es la razón por la que el fuego viaja cuesta arriba, y también por la que las llamas son puntiagudas.

Química de llamas

Hay una variedad de colores asociados con las llamas. Estos dependen de la composición química del combustible que se quema, los productos de reacción que se generan y el calor al que se quema. Por ejemplo, el color azul en llamas se debe a la presencia de carbono e hidrógeno, pero también indica que es la parte más caliente de la llama. Si se quemaran compuestos de cobre, por otro lado, las llamas serían verdes.

La variación de color en una llama se debe a una temperatura desigual. Un ejemplo típico de esto es cuando un incendio sufre una combustión incompleta. Esto sucede cuando no hay suficiente oxígeno para mantenerse al día con la quema de combustible, y se ve comúnmente en fogatas. Esto se debe a que solo hay un 21% de oxígeno en nuestra atmósfera, y si bien esto es suficiente para causar oxidación, no es suficiente para mantenerse al día con las múltiples reacciones químicas que tienen lugar durante la combustión.

Al no poder reaccionar con el oxígeno, parte del combustible se carboniza consigo mismo para crear hollín. El hollín se calienta extremadamente y comienza a emitir una luz blanca visible. Las partículas de hollín que se elevan en el aire comienzan a enfriarse, lo que hace que su espectro de emisión cambie al infrarrojo. Esta es la razón por la que la parte superior de un fuego suele ser roja, mientras que la parte inferior es más amarilla-blanca. Cuando hay combustión completa, lo que significa que hay un suministro suficiente de oxígeno, la llama se quemará azul. Los cambios en el color de la llama causados por las tasas de combustión se ven más fácilmente en los quemadores Bunsen, donde puede controlar manualmente la cantidad de oxígeno que se alimenta a la llama.