En förbränningsreaktion äger rum när ett bränsle och ett oxidationsmedel, eller oxidant, reagerar och frigör energi i form av värme, och ibland ljus. De mest välbekanta processerna av denna typ innebär förbränning av organiska material som innehåller kol och väte, som kombineras med syre i luften för att bilda koldioxid och vatten. Här är bränslet något som trä, bensin eller kol, och oxidationsmedlet är syre. Många andra typer av förbränningsreaktioner är dock möjliga. Reaktioner av denna typ är livsnödvändiga och utnyttjas för att generera kraft, för att ge värme, för att köra motordrivna fordon och på många andra sätt.
Oxidation
Oxidation är en kemisk process där elektroner avlägsnas från ett ämne och frigör energi. Termen kommer från det faktum att de mest välbekanta exemplen handlar om ämnen som kombineras med syre, som får elektroner i processen. Andra grundämnen kan emellertid också fungera som oxidationsmedel. Till exempel är grundämnet fluor en mer kraftfull oxidant än syre. Processen kan ske extremt snabbt, vilket kan resultera i en explosion där all energi frigörs nästan omedelbart och het gas expanderar våldsamt och skapar en tryckvåg och ett högt ljud. Alternativt kan det ske måttligt snabbt, som vid en brand, eller mycket långsammare, som vid rostning av järn.
Spontan förbränning
Vanligtvis måste en del energi tillföras för att starta en förbränningsreaktion. Detta kan helt enkelt vara att slå en tändsticka eller generera en gnista. Efter detta är reaktionen självuppehållande, vilket innebär att energin som frigörs från själva reaktionen håller igång den.
I vissa fall kan det dock finnas tillräckligt med energi vid rumstemperatur, eller till och med lägre, för att reaktionen ska fortsätta. Allt beror på oxidationsmedlet och bränslet: om oxidationsmedlet är tillräckligt kraftfullt och bränslet lätt antänds, kan de fatta eld när de blandas, utan att någon värme behöver tillföras. Detta är känt som spontan förbränning. Starka oxidationsmedel måste därför hanteras med stor försiktighet, eftersom de kan orsaka bränder eller explosioner om de kommer i kontakt med brandfarliga material.
Förbränningsprodukter
Eftersom förbränning vanligtvis involverar element i bränsle som kombineras med syre, är produkterna vanligtvis oxider. I organiska ämnen kombineras kol och väte i allmänhet med syre för att producera koldioxid (CO2) och vatten (H2O). Andra ämnen kan dock också brinna. Till exempel brinner svavel och fosfor lätt och producerar oxider. Metaller, om de pulveriseras, kommer också att brinna, bilda oxider och producerar ofta lysande lysande lågor – magnesium, aluminium och andra metaller används ofta i fyrverkerier av denna anledning.
Ofta är en förbränningsreaktion som involverar organiska material ofullständig. När det till exempel gäller trä frigörs en del oförbränt kol som små partiklar i form av rök, och vanligtvis lämnas en del kvar som träkol. När det inte finns tillräckligt med syre tillgängligt för att oxidera allt kol i vissa bränslen till koldioxid (CO2), kan en annan gas som kallas kolmonoxid (CO) bildas. När detta händer i ett slutet utrymme, som kan vara fallet med en felaktig panna, kan konsekvenserna bli dödliga, eftersom CO är giftigt och luktfritt.
Faktorer som påverkar brandfarlighet
Förutom kemiska faktorer, såsom bränslets och oxidantens reaktivitet, finns det ett antal fysikaliska faktorer som påverkar brännbarheten. En av dessa är ytan på bränslet som kommer i kontakt med oxidationsmedlet. Det är inte möjligt under normala omständigheter att få en bit järn att brinna, men i form av ett extremt fint pulver kommer denna metall att antändas spontant i luft.
Flytande bränslen förbränns faktiskt inte, även om det ofta verkar som att de gör det. Det är ångan som släpps ut av bränslet som tar eld, och därför är en vätskas brandfarlighet delvis beroende av mängden ånga den producerar. Den temperatur vid vilken det finns tillräckligt med ånga i luften för att den ska antändas kallas flampunkten; detta är viktig information för förvaring och hantering av brandfarliga vätskor
Cellandningen
Detta är den process genom vilken celler i levande organismer oxiderar näringsämnen som kolhydrater till koldioxid och vatten. Eftersom slutprodukterna är desamma som de som skulle produceras om dessa råvaror förbränns kan den totala reaktionen betraktas som förbränning, men eftersom den sker i ett antal separata steg är den mycket långsammare än vad som normalt menas. vid denna mandatperiod. Ändå producerar den fortfarande värme och hjälper till att hålla kroppstemperaturen. I en välkänd demonstration blandas en liten mängd socker med ett starkt oxidationsmedel och antänds, vilket får det att brinna tillräckligt hårt för att smälta glas, vilket visar hur mycket energi det finns inlåst i sockermolekyler. I kroppen frigörs denna energi mycket långsammare, men principen är densamma.
du använder
Den tidiga människan använde först eld för att hålla värmen och sedan för att laga mat, en metod som dödade skadliga mikroorganismer och parasiter. Den industriella revolutionen var beroende av förbränning av bränslen – först trä, och sedan fossila bränslen som kol och olja – för att ge den värme som krävdes för att smälta metaller. Idag används förbränning för att generera elektricitet och tillverka ett stort utbud av kemikalier och produkter, och förbränningsmotorn använder också den snabba förbränningen av fossilt bränsle för att tillhandahålla den kinetiska energin som driver bilar och andra fordon.