Fullständig förbränning är en kemisk reaktion där alla kolatomer i ett visst ämne är helt förbrukade. ”Förbränning” förstås vanligtvis som en synonym för ”bränning”, även om den kemiska definitionen vanligtvis är mycket bredare än att bara brinna med lågor eller eld. Bränder är förvisso en form av förbränning och kan resultera i fullständig förbränning av ved och annat material. Det finns dock ett antal andra möjligheter också. Ur vetenskaplig synvinkel inträffar denna typ av reaktion varje gång syre, värme och någon form av kolhaltigt bränsle är närvarande tillsammans. Kolatomerna binder med syreatomerna så att de är exakt parade, och värmen utlöser en omvandling – vanligtvis till koldioxid och vatten, men detta kan bero på den kemiska sammansättningen av elementen vid startpunkten.
Om det inte finns tillräckligt med syre i atmosfären för att matcha varje kolatom är förbränningen vanligtvis ofullständig, vilket innebär att omvandlingen förvandlar en del av materialet till gas, men inte allt. Mängden värme som krävs för reaktionen i båda fallen beror vanligtvis på bränslet, eftersom temperaturen måste vara vid eller över materialets brinntröskel för att reaktionen överhuvudtaget ska inträffa.
Förstå förbränning i allmänhet
Många material, och allt som upprätthåller liv, anses vara ”kolbaserat”. Kol är ett grundämne som är nästan allestädes närvarande, ungefär som syre. Varje kolinnehållande förening har en så kallad ”antändningstemperatur”, vilket är den temperatur vid vilken den kommer att brinna. Olika föreningar har olika tröskelvärden, men värme är alltid det första kravet. Ibland kan denna värme vara riktigt låg, som den som produceras av friktion när en tändsticka träffar en grov yta; i många fall måste den dock vara mycket högre.
När materialet väl utsätts för värme över dess antändningstemperatur börjar kolatomerna ordna om sig själva. De matchar syret i atmosfären och en liten reaktion sker på atomnivå som, sett från utsidan, ofta kan vara ganska dramatisk. Ibland går det hela upp i lågor, eller så kan det snabbt tyckas smälta eller lösas upp; den kunde gå upp i rök och ibland låter den som en smäll eller en smäll. Mycket beror på vilka ämnen som är inblandade, samt vad mer förbränningsföreningen innehåller utöver enkelt kol. Dessa sekundära element är vanligtvis involverade snarare som standard.
Vad gör en förbränning ”fullständig”
När forskare talar om ”fullständig” förbränning, diskuterar de vanligtvis en händelse där allt konsumeras av reaktionen. För att detta ska hända måste det finnas tillräckligt med tillgängligt syre för varje kolatom i föreningen för att hitta en match eller ett par i omgivningsluften. För det mesta är detta inte ett problem; atmosfären innehåller vanligtvis mycket syre. Det är vanligtvis bara brist när reaktionen sker på något mer ovanligt ställe; under jord i en grotta, till exempel på mycket hög höjd, eller i ett labb där förhållandena kontrolleras på konstgjord väg.
Ofullständiga alternativ
Det perfekta förhållandet mellan kol och syre kallas också för stökiometrisk eller noll överskottsluftförbränning. Förbränning kan fortfarande ske när förhållandet är obalanserat, men under dessa omständigheter finns det vanligtvis något över – det vill säga att hela föreningen inte omvandlas till en gas eller på annat sätt ändrar form. I de flesta fall är detta känt som ofullständig förbränning. Processen är densamma fram till slutpunkten; kolet och syret matchar så långt de kan, lämna sedan resten mer eller mindre orörda.
Propan som modell
Propanförbränning fungerar som ett exempel på ett vanligt förbränt kolväte i hushållsbruk. Vanligtvis sker propanförbränning när gasen i luftblandningen är mellan 2.2 procent och 9.6 procent. Detta intervall kallas för propans ”antändlighetsgränser”. En korrekt fungerande propanapparat som ger en idealisk brännskada kommer vanligtvis att avge en blå låga.
Ofullständig förbränning av propan uppstår när blandningsförhållandet är högre eller lägre än det ideala förhållandet, men ändå sker inom gränserna för brandfarlighet. Om förhållandet mellan propan och luft är mindre än det ideala förhållandet, kommer en ”mager brännskada” att uppstå, vilket framgår av lågor som verkar lyfta bort från brännaren eller slockna. Alternativt inträffar en ”rik brännskada” när förhållandet mellan propan och luft är större än det ideala förhållandet och kan kännas igen av större lågor som är gula snarare än blå. Ofullständig förbränning av propan eller andra kolväten kommer vanligtvis att resultera i kolmonoxidutsläpp, en extremt allvarlig miljö- och hälsorisk för människor och de flesta djur. Kolmonoxid är luktfri och kan inte upptäckas utan speciella sensorer, men är ofta dödlig vid inandning under längre perioder.