Definícia spaľovania v chémii

Spaľovanie je chemická reakcia medzi palivom a oxidačným činidlom

WIN-Iniciatíva / Getty Images

Spaľovanie je a chemická reakcia ktorý sa vyskytuje medzi palivom a oxidačným činidlom, ktoré produkuje energiu, zvyčajne vo forme tepla a svetla. Spaľovanie sa považuje za exergonický alebo exotermický chemická reakcia. Je tiež známy ako pálenie. Spaľovanie sa považuje za jednu z prvých chemických reakcií zámerne riadených ľuďmi.

Dôvodom, prečo sa pri spaľovaní uvoľňuje teplo, je dvojitá väzba medzi atómami kyslíka v O_dvaje slabšia ako jednoduché väzby alebo iné dvojité väzby. Takže aj keď sa energia absorbuje pri reakcii, uvoľní sa, keď sa vytvoria silnejšie väzby na oxid uhličitý (CO_dva) a voda (H_dvaO). Zatiaľ čo palivo zohráva úlohu v energii reakcie, v porovnaní s ňou je zanedbateľná, pretože chemické väzby v palive sú porovnateľné s energiou väzieb v produktoch.

Mechanika

K horeniu dochádza, keď palivo a oxidant reagujú za vzniku oxidovaných produktov. Typicky je potrebné dodať energiu na spustenie reakcie. Akonáhle sa spaľovanie začne, uvoľnené teplo môže spôsobiť, že spaľovanie bude samoudržateľné.

Uvažujme napríklad o požiari dreva. Drevo v prítomnosti kyslíka vo vzduchu nepodlieha samovznieteniu. Energia musí byť dodávaná ako zo zapálenej zápalky alebo vystavenia teplu. Keď je k dispozícii aktivačná energia pre reakciu, celulóza (sacharid) v dreve reaguje s kyslíkom vo vzduchu za vzniku tepla, svetla, dymu, popola, oxidu uhličitého, vody a iných plynov. Teplo z ohňa umožňuje, aby reakcia prebiehala, kým oheň príliš nevychladne alebo kým sa nevyčerpá palivo alebo kyslík.

Príklady reakcií

Jednoduchý príklad a spaľovacia reakcia je reakcia medzi plynným vodíkom a plynným kyslíkom za vzniku vodnej pary:

2H_dva(g) + O_dva(g) -» 2H_dvaO(g)

Známejším typom spaľovacej reakcie je spaľovanie metánu (uhľovodíka) za vzniku oxidu uhličitého a vody:

CH₄+20_dva→ CO_dva+ 2H_dvaO

čo vedie k jednej všeobecnej forme spaľovacej reakcie:

uhľovodík + kyslík → oxid uhličitý a voda

Oxidanty

Oxidačná reakcia môže byť chápaná skôr z hľadiska prenosu elektrónov ako prvku kyslíka. Chemici rozoznávajú niekoľko palív schopných pôsobiť ako oxidanty na spaľovanie. Patria sem čistý kyslík a tiež chlór, fluór, oxid dusný, kyselina dusičná a fluorid chloritý. Napríklad plynný vodík horí, pričom sa uvoľňuje teplo a svetlo, keď reaguje s chlórom za vzniku chlorovodíka.

Katalýza

Spaľovanie nie je zvyčajne katalyzovaná reakcia, ale platina alebo vanád môžu pôsobiť ako katalyzátory.

Úplné verzus neúplné spaľovanie

Spaľovanie sa považuje za „úplné“, keď reakcia produkuje minimálny počet produktov. Napríklad, ak metán reaguje s kyslíkom a vytvára iba oxid uhličitý a vodu, ide o úplné spálenie.

K neúplnému spaľovaniu dochádza, keď nie je dostatok kyslíka na to, aby sa palivo úplne premenilo na oxid uhličitý a vodu. Môže tiež dôjsť k neúplnej oxidácii paliva. Vyplýva to aj z pyrolýzy pred spaľovaním, ako je to u väčšiny palív. Pri pyrolýze organická hmota podlieha tepelnému rozkladu pri vysokých teplotách bez toho, aby reagovala s kyslíkom. Nedokonalé spaľovanie môže viesť k vzniku mnohých ďalších produktov, vrátane uhlíka, oxidu uhoľnatého a acetaldehydu.