Verbrandingsdefinitie in chemie

Verbranding is een chemische reactie die optreedt tussen een brandstof en een oxidatiemiddel dat energie produceert, meestal in de vorm van warmte en licht. Verbranding wordt beschouwd als een exergonische of exotherme chemische reactie. Het wordt ook wel branden genoemd. Verbranding wordt beschouwd als een van de eerste chemische reacties die opzettelijk door mensen worden beheerst.

De reden dat verbranding warmte afgeeft, is omdat de dubbele binding tussen zuurstofatomen in O₂ zijn zwakker dan de enkele obligaties of andere dubbele obligaties. Dus, hoewel energie wordt geabsorbeerd in de reactie, komt deze vrij wanneer de sterkere bindingen worden gevormd om koolstofdioxide te maken (CO₂) en water (H₂O). Hoewel de brandstof een rol speelt in de energie van de reactie, is deze in vergelijking klein omdat de chemische bindingen in de brandstof vergelijkbaar zijn met de energie van de bindingen in de producten.

Mechanica

Verbranding vindt plaats wanneer een brandstof en een oxidatiemiddel reageren om geoxideerde producten te vormen. Typisch moet energie worden toegevoerd om de reactie te initiëren. Zodra de verbranding begint, kan de vrijgekomen warmte de verbranding zelf onderhouden.

Overweeg bijvoorbeeld een houtvuur. Hout in aanwezigheid van zuurstof in lucht ondergaat geen spontane verbranding. Energie moet worden geleverd vanaf een verlichte lucifer of blootstelling aan hitte. Wanneer de activeringsenergie voor de reactie beschikbaar is, reageert de cellulose (een koolhydraat) in hout met zuurstof in lucht om warmte, licht, rook, as, kooldioxide, water en andere gassen te produceren. De hitte van het vuur zorgt ervoor dat de reactie doorgaat totdat het vuur te koel wordt of de brandstof of zuurstof op is.

Voorbeeldreacties

Een eenvoudig voorbeeld van een verbrandingsreactie is de reactie tussen waterstofgas en zuurstofgas om waterdamp te produceren:

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O (g)

Een meer bekend type verbrandingsreactie is de verbranding van methaan (een koolwaterstof) om kooldioxide en water te produceren:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

wat leidt tot een algemene vorm van een verbrandingsreactie:

koolwaterstof + zuurstof → koolstofdioxide en water

oxidanten

De oxidatiereactie kan worden gedacht in termen van elektronenoverdracht in plaats van het element zuurstof. Chemici herkennen verschillende brandstoffen die kunnen werken als oxidatiemiddelen voor verbranding. Deze omvatten pure zuurstof en ook chloor, fluor, stikstofoxide, salpeterzuur en chloortrifluoride. Bijvoorbeeld, waterstofgas verbrandt, waarbij warmte en licht vrijkomen, wanneer het met chloor reageert om waterstofchloride te produceren.

Catalysis

Verbranding is meestal geen gekatalyseerde reactie, maar platina of vanadium kan als katalysator werken.

Compleet versus onvolledige verbranding

Van verbranding wordt gezegd dat het "compleet" is wanneer de reactie een minimaal aantal producten produceert. Als methaan bijvoorbeeld reageert met zuurstof en alleen kooldioxide en water produceert, is het proces volledige verbranding.

Onvolledige verbranding treedt op wanneer er onvoldoende zuurstof is om de brandstof volledig om te zetten in kooldioxide en water. Onvolledige oxidatie van een brandstof kan ook voorkomen. Het ontstaat ook wanneer pyrolyse plaatsvindt vóór verbranding, zoals bij de meeste brandstoffen het geval is. Bij pyrolyse ondergaat organische stof thermische ontleding bij hoge temperatuur zonder te reageren met zuurstof. Onvolledige verbranding kan veel extra producten opleveren, waaronder kool, koolmonoxide en acetaldehyde.