واکنش احتراق: تعریف، انواع و مثال ها

واکنش احتراق یکی از دسته های اصلی واکنش های شیمیایی است که معمولاً به عنوان "سوختن" شناخته می شود. به طور کلی، احتراق شامل واکنش بین هر ماده قابل احتراق و یک اکسیدکننده است که منجر به تولید محصول اکسید شده می شود. این واکنش معمولاً زمانی رخ می دهد که یک هیدروکربن با اکسیژن واکنش می دهد و دی اکسید کربن و آب تولید می کند. نشانه های خوبی برای شناسایی یک واکنش احتراق وجود دارد که شامل وجود اکسیژن به عنوان واکنش دهنده و دی اکسید کربن، آب و گرما به عنوان محصولات نهایی است. واکنش های احتراق غیرآلی ممکن است تمام این محصولات را تولید نکنند، اما هنوز هم با واکنش اکسیژن قابل شناسایی هستند.

احتراق لزوماً به معنای آتش نیست

احتراق یک واکنش گرمازا است؛ به این معنا که گرما آزاد می کند، اما گاهی اوقات این واکنش به قدری آرام پیش می رود که تغییر دما قابل مشاهده نیست. احتراق همیشه منجر به ایجاد آتش نمی شود، اما زمانی که اینگونه باشد، شعله یک نشانه معین از واکنش احتراق است. در حالی که انرژی فعال سازی باید برای آغاز احتراق غلبه کند (مثلاً استفاده از یک کبریت روشن برای روشن کردن آتش)، گرما ناشی از شعله ممکن است انرژی کافی برای حفظ پایدار واکنش فراهم آورد.

فرم عمومی یک واکنش احتراق

هیدروکربن + اکسیژن → دی اکسید کربن + آب

مثال هایی از واکنش های احتراق

مهم است که به یاد داشته باشید واکنش های احتراق به راحتی قابل شناسایی هستند زیرا محصولات همیشه شامل دی اکسید کربن و آب می باشند. در اینجا چند مثال از معادلات متوازن برای واکنش های احتراق آمده است. توجه داشته باشید که در حالی که گاز اکسیژن همیشه به عنوان واکنش دهنده حاضر است، در نمونه های پیچیده تر، اکسیژن از یک واکنش دهنده دیگر تأمین می شود.

• احتراق متان: CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
• سوختن نفتالین: C10H8 + 12 O2 → 10 CO2 + 4 H2O
• احتراق اتان: 2 C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O
• احتراق بوتان (که معمولاً در فندک ها یافت می شود): 2 C4H10(g) + 13 O2(g) → 8 CO2(g) + 10 H2O(g)
• احتراق متانول (که به الکل چوب نیز شناخته می شود): 2 CH3OH(g) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 4 H2O(g)
• احتراق پروپان (که در گریل های گازی، شومینه ها و برخی از اجاق ها استفاده می شود): 2 C3H8(g) + 7 O2(g) → 6 CO2(g) + 8 H2O(g)

واکنش های احتراق کامل در مقابل احتراق ناقص

احتراق، مانند سایر واکنش های شیمیایی، همیشه با 100% کارایی پیش نمی رود. این واکنش ها نیز مانند دیگر فرآیندها به واکنش دهنده های محدودکننده مستعد هستند. به همین دلیل، شما ممکن است با دو نوع احتراق مواجه شوید:

• احتراق کامل: که به عنوان "احتراق تمیز" نیز شناخته می شود، اکسیداسیون یک هیدروکربن است که تنها دی اکسید کربن و آب تولید می کند. یک مثال از یک واکنش احتراق تمیز می تواند سوختن یک شمع مومی باشد: گرمای ناشی از فتیله شعله ور، موم (یک هیدروکربن) را بخار کرده و این موم با اکسیژن موجود در هوا واکنش می دهد و دی اکسید کربن و آب را آزاد می کند. به طور ایده آل، تمام موم می سوزد و پس از مصرف شمع هیچ چیزی باقی نمی ماند، در حالی که بخار آب و دی اکسید کربن به هوا متصاعد می شوند.
• احتراق ناقص: که به عنوان "احتراق کثیف" نیز شناخته می شود، اکسیداسیون هیدروکربن است که علاوه بر دی اکسید کربن، مونوکسید کربن و/یا کربن (دوده) تولید می کند. یک مثال از یک واکنش احتراق ناقص می تواند سوختن زغال سنگ (یک سوخت فسیلی) باشد که در آن مقادیر دوده و مونوکسید کربن آزاد می شود. در واقع، بسیاری از سوخت های فسیلی—از جمله زغال سنگ—به طور ناقص می سوزند و محصولات زاید را به محیط زیست آزاد می کنند.