احتراق در شیمی نوعی گرمازا است واکنش شیمیایی. این زمانی اتفاق می افتد که اکسیژن با یک عنصر یا یک ترکیب ترکیب می شود و یک اکسید را تشکیل می دهد. اگر ترکیب آلی باشد، مانند متان، محصولات نهایی احتراق کامل، دی اکسید کربن و اب.
احتراق یا سوزاندن، انرژی را به صورت گرما و نور آزاد می کند، مانند با a آتش. این یک واکنش شیمیایی بسیار مهم است که ما برای پختن غذا، گرم کردن خانه‌ها، صنایع برق، سفر در جهان و روشن کردن تاریکی به آن تکیه می‌کنیم. در واقع، رام کردن آتش همان چیزی است که راه را برای توسعه تمدن بشری هموار کرد.
انواع مختلف احتراق چیست؟
احتراق یکی از پنج نوع اصلی واکنش های شیمیایی و می توان به چندین زیر شاخه تقسیم کرد.
اکسیژن همیشه در واکنش های احتراق، به طور معمول به شکل دو اتمی وجود دارد. برای شروع این واکنش به دمای بالا یا جرقه نیاز است. اکسیژن ممکن است با یک عنصر یا یک ترکیب ترکیب شود که می تواند غیر آلی یا آلی باشد.
احتراق همیشه علاوه بر چندین محصول شیمیایی، گرما و نور را به عنوان محصولات جانبی تولید می کند. می توان آن را طبقه بندی کرد چندین زیرمجموعه بر اساس سرعت و انرژی واکنش:
- احتراق کامل: اینجا جایی است که اکسیژن کافی وجود دارد و ترکیب واکنش دهنده به طور کامل مصرف می شود. اگر واکنش دهنده یک ترکیب یا مخلوط هیدروکربنی باشد، محصول نهایی دی اکسید کربن و آب به شکل بخار است. نمونه ای از این واکنش در موتور خودروها است. با این حال، به ندرت به طور طبیعی رخ می دهد، بنابراین خودروها با مبدل های کاتالیزوری برای کمک به احتراق کامل سوخت نصب می شوند.
- احتراق ناقص: این زمانی اتفاق می افتد که عرضه اکسیژن برای مصرف کامل واکنش دهنده بسیار کم باشد. همچنین زمانی رخ می دهد که واکنش دهنده دارای ناخالصی هایی باشد که کاملاً قابل اشتعال نیستند. اگر واکنش دهنده یک هیدروکربن یا هر ترکیب آلی باشد، محصولات جانبی شامل دوده و مونوکسید کربن است.
- احتراق سریع: همانطور که از نام آن پیداست، احتراق سریع سرعت واکنش سریعی دارد. این نوع واکنش مقادیر نسبتاً زیادی گرما و انرژی نور آزاد می کند که باعث ایجاد آتش یا انفجار می شود. موتور خودروها و سایر ماشین های احتراق داخلی بر اساس احتراق سریع سوخت های فسیلی طراحی شده اند.
- احتراق در حال دود: این یک واکنش بسیار کند است. برخلاف احتراق سریع، شعله ای تولید نمی کند و دمای نسبتاً پایینی دارد. به طور معمول، سطح سوخت، مانند چوب، به آرامی توسط اکسیژن مصرف می شود. این نوعی احتراق است که درخشش ثابت اخگرهایی را که در آتش در حال مرگ می بینید ایجاد می کند.
- احتراق خود به خودی: بسیاری از مواد بسیار فرار، مانند هیدروکربن ها، می توانند بدون جرقه یا شعله به عنوان یک ماشه احتراق شوند. ترکیبات فرار دارای فشار بخار بالا اما دمای اشتعال پایین هستند. اگر آنها داخل ظرف باشند، گرما و فشار می تواند ایجاد شود که ممکن است منجر به احتراق خود به خود شود. برخی از زغال‌ها نیز هنگامی که در معرض سطوح بالای اکسیژن قرار می‌گیرند، خود به خود می‌سوزند.
- احتراق آشفته: این معمولاً یک کاربرد عملی احتراق در موتورها و توربین‌های گازی است. تلاطم برای افزایش واکنش های کارآمد بین سوخت و اکسیژن در نظر گرفته شده است.
- احتراق میکروگرانشی: این نوع احتراق در مقایسه با احتراق معمولی روی زمین رفتار بسیار متفاوتی دارد. آزمایش هایی در ایستگاه های فضایی برای مشاهده رفتار شعله ها انجام می شود. تحت گرانش بسیار کم در مدار به دلیل “سقوط” مداوم ایستگاه فضایی، یا هر فضاپیما در مدار، شعله به شکل یک کره در می آید.
احتراق چه نوع واکنشی است؟
احتراق یک واکنش ترموشیمیایی است، به این معنی که همیشه گرما تولید می شود. همچنین می توان آن را به عنوان یک طبقه بندی کرد واکنش اکسیداسیون زیرا اکسید تولید می کند. برای ایجاد آن به سه ماده نیاز دارد: اکسیژن، سوخت و یک ماشه.
- اکسیژن: اگرچه برخی از واکنش های شیمیایی، مانند زنگ زدگی، شامل اکسیژن نیز می شود، احتراق متفاوت است زیرا نسبتا سریع و بسیار پرانرژی است.
- سوخت: این می تواند هر چیزی باشد که می تواند توسط اکسیژن به روشی نسبتاً سریع مصرف شود، مانند منیزیم، چوب یا سایر سوخت های فسیلی.
- یک محرک: این می تواند یک جرقه، یک شعله یا صرفاً تجمع گرمای یک مایع بسیار فرار باشد. همچنین می تواند قرار گرفتن در معرض سطوح بالای اکسیژن باشد.
تفاوت بین احتراق کامل و ناقص چیست؟
واکنش های احتراق یا “کامل” یا “ناقص” هستند. این بدان معنی است که سوخت یا واکنش دهنده می تواند به طور کامل یا جزئی با اکسیژن ترکیب شود.
اگر تا حدی ترکیب شود، ممکن است بقایای ماده اصلی باقی بماند، یا برخی دیگر از اشکال کمتر اکسید شده از محصولات تولید شوند. دو عامل اصلی بر احتراق تأثیر می گذارد: دما و مقدار اکسیژن.
احتراق کامل چیست؟
احتراق کامل واکنشی است که در آن واکنش دهنده سوخت به طور کامل توسط اکسیژن مصرف می شود. معمولا در دمای بالا رخ می دهد.
به عنوان مثال، تهیه صنعتی تری اکسید گوگرد که به نیسو سولفان نیز معروف است، در دمای بسیار بالا انجام می شود. تری اکسید گوگرد (SO3) مهمترین اکسید گوگرد است زیرا به عنوان پیش ساز عمل می کند اسید سولفوریک. با اکسید کردن دی اکسید گوگرد در دمای 400-600 درجه سانتیگراد با کمک یک کاتالیزور تهیه می شود.
در احتراق هیدروکربن ها محصول نهایی یک واکنش کامل دی اکسید کربن و آب است. اگر برخی ناخالصی های غیر قابل احتراق مانند فلزات وجود داشته باشد، این ناخالصی ها به خاکستر یا اکسید تبدیل می شوند. برای مثال تصویر زیر را ببینید:
همانطور که می بینید، یک مولکول متان با دو مولکول دو اتمی اکسیژن واکنش می دهد و یک مولکول دی اکسید کربن و دو مولکول آب تشکیل می دهد.
احتراق ناقص چیست؟
احتراق ناقص معمولاً زمانی اتفاق می افتد که اکسیژن کافی برای مصرف کامل سوخت وجود نداشته باشد. همچنین اگر سوخت به طور کامل با اکسیژن مخلوط نشود ممکن است اتفاق بیفتد. در محفظه های احتراق داخلی برخی از موتورهای خودروهای مدرن، سوخت با کمک یک سیستم کامپیوتری تزریق می شود تا احتراق به حداکثر برسد.
با این حال، حتی با درجه بالایی از دقت، سوخت ممکن است تنها تا حدی با اکسیژن ترکیب شود. برای اطمینان از به حداقل رساندن آلاینده ها، مبدل های کاتالیزوری به عنوان دستگاه های پس از سوزاندن استفاده می شود که به اکسیداسیون کامل خروجی گاز مونوکسید کربن کمک می کند. در برخی از طرح ها، گازهای خروجی برای احتراق کامل به سمت موتور هدایت می شوند.
معادله احتراق چیست؟
معادله شیمیایی کلی برای احتراق به نوع سوخت بستگی دارد. اگر سوخت یک ماده معدنی مانند منیزیم باشد، ممکن است به سادگی یک اکسید تشکیل دهد. با این حال، اگر سوخت آلی باشد، محصولات آب و دی اکسید کربن هستند که در معادله شیمیایی کلی زیر نشان داده شده است:
A + O2 → اچ2O + CO2 + انرژی گرمایی و نوری