Definition der Verbrennung in der Chemie

Die Verbrennung ist eine chemische Reaktion, die zwischen einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel stattfindet und Energie erzeugt, üblicherweise in Form von Wärme und Licht. Die Verbrennung wird als exergonische oder exotherme chemische Reaktion angesehen. Es wird auch als Brennen bezeichnet. Die Verbrennung gilt als eine der ersten chemischen Reaktionen, die vom Menschen gezielt gesteuert werden.

Der Grund, warum die Verbrennung Wärme freisetzt, ist die Doppelbindung zwischen Sauerstoffatomen in O.₂ sind schwächer als die Einfachbindungen oder andere Doppelbindungen. Obwohl Energie in der Reaktion absorbiert wird, wird sie freigesetzt, wenn die stärkeren Bindungen zur Bildung von Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂Ö). Während der Brennstoff eine Rolle bei der Energie der Reaktion spielt, ist er im Vergleich gering, da die chemischen Bindungen im Brennstoff mit der Energie der Bindungen in den Produkten vergleichbar sind.

Mechanik

Verbrennung tritt auf, wenn ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel unter Bildung oxidierter Produkte reagieren. Typischerweise muss Energie zugeführt werden, um die Reaktion zu initiieren. Sobald die Verbrennung beginnt, kann die freiwerdende Wärme die Verbrennung autark machen.

Stellen Sie sich zum Beispiel ein Holzfeuer vor. Holz in Gegenwart von Sauerstoff in der Luft wird nicht spontan verbrannt. Energie muss zugeführt werden, z. B. von einem brennenden Streichholz oder wenn es Hitze ausgesetzt ist. Wenn die Aktivierungsenergie für die Reaktion verfügbar ist, reagiert die Cellulose (ein Kohlenhydrat) in Holz mit Luftsauerstoff und erzeugt Wärme, Licht, Rauch, Asche, Kohlendioxid, Wasser und andere Gase. Die Hitze des Feuers lässt die Reaktion ablaufen, bis das Feuer zu kalt wird oder der Brennstoff oder Sauerstoff verbraucht ist.

Beispielreaktionen

Ein einfaches Beispiel für eine Verbrennungsreaktion ist die Reaktion zwischen Wasserstoffgas und Sauerstoffgas zur Erzeugung von Wasserdampf:

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O (g)

Eine bekanntere Art der Verbrennungsreaktion ist die Verbrennung von Methan (einem Kohlenwasserstoff) zur Erzeugung von Kohlendioxid und Wasser:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂Ö

was zu einer allgemeinen Form einer Verbrennungsreaktion führt:

Kohlenwasserstoff + Sauerstoff → Kohlendioxid und Wasser

Oxidationsmittel

Die Oxidationsreaktion kann eher als Elektronentransfer als als Element Sauerstoff angesehen werden. Chemiker erkennen mehrere Brennstoffe, die als Oxidationsmittel für die Verbrennung wirken können. Hierzu zählen reiner Sauerstoff sowie Chlor, Fluor, Lachgas, Salpetersäure und Chlortrifluorid. Beispielsweise verbrennt Wasserstoffgas unter Freisetzung von Wärme und Licht, wenn es mit Chlor unter Bildung von Chlorwasserstoff umgesetzt wird.

Katalyse

Die Verbrennung ist normalerweise keine katalysierte Reaktion, aber Platin oder Vanadium können als Katalysatoren wirken.

Komplette versus unvollständige Verbrennung

Die Verbrennung wird als "vollständig" bezeichnet, wenn die Reaktion eine minimale Anzahl von Produkten ergibt. Wenn beispielsweise Methan mit Sauerstoff reagiert und nur Kohlendioxid und Wasser erzeugt, ist der Prozess vollständig verbrannt.

Eine unvollständige Verbrennung tritt auf, wenn nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist, um den Kraftstoff vollständig in Kohlendioxid und Wasser umzuwandeln. Es kann auch zu einer unvollständigen Oxidation eines Kraftstoffs kommen. Es entsteht auch, wenn vor der Verbrennung eine Pyrolyse stattfindet, wie dies bei den meisten Brennstoffen der Fall ist. Bei der Pyrolyse wird organisches Material bei hoher Temperatur thermisch zersetzt, ohne mit Sauerstoff zu reagieren. Eine unvollständige Verbrennung kann viele zusätzliche Produkte ergeben, einschließlich Holzkohle, Kohlenmonoxid und Acetaldehyd.