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Zur Verbrennung in Lebewesen siehe Zellatmung. Für "Brennen" in Sternen siehe Sternentwicklung und Nukleosynthese.
EIN Verbrennung ist ein komplexes Ganzes von hauptsächlich exothermchemische Reaktionen zwischen a Treibstoff und ein Oxidationsmittel (meist Sauerstoffgas) bei welchem Wärme und Licht entsteht in Form von a Flamme oder ein Leuchten. Die Verbrennung kann mit festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen erfolgen. Ein Beispiel für die Verbrennung ist die teilweise Verbrennung von Schwefel zu Schwefelmonoxid (2 SO2 → 2 SO). Diese Reaktion benötigt Energie und wird daher als endotherme Reaktion bezeichnet.
Neben einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel wird in der Regel auch etwas benötigt, um die Verbrennung zu initiieren. Das kann ein Spiel oder ein Feuerzeug ein Feuer anzünden, heizen durch Reibung das Streichholz anzünden, a piezoelektrisch Funke, um das Gas aus einem Feuerzeug zu entzünden oder Gasbrenner entzünden, ein elektrischer Funke für a Benzinmotor oder Kompression für a Dieselmotor.
Vollständige Verbrennung und unvollständige Verbrennung
Vollständige Verbrennung eines Stoffes bedeutet, dass der Stoff so weit wie möglich mit dem Oxidationsmittel (normalerweise Sauerstoff) verbindet. Dies bedeutet, dass in fast allen Fällen die Moleküle des Treibstoff ganz in Atome werden gespalten, wobei jedes Atom so viele Atome des Oxidationsmittels (normalerweise Sauerstoff) verbindet, wie es für diesen Atomtyp möglich ist.
Eine unvollständige Verbrennung tritt auf, wenn zu wenig Oxidationsmittel vorhanden ist und die Verbrennung nicht stoppt (z. B. durch extreme Hitze). Bei unvollständiger Verbrennung verbinden sich Atome aus dem Brennstoff mit weniger Atomen des Oxidationsmittels (normalerweise Sauerstoff), als dies für diese Art von Atom möglich ist. Außerdem können die Moleküle des Brennstoffs nicht vollständig in Atome zerlegt werden, aber Fragmente können sich mit Atomen des Oxidationsmittels verbinden oder nicht einmal das. Ruß ist ein Beispiel für solche unverbrannten Bruchstücke des Kraftstoffs.
Bei unvollständiger Verbrennung weniger Wärme freier als bei vollständiger Verbrennung.
Toxizität und Umweltauswirkungen von Verbrennungsprodukten
Indem Sie bestimmen, aus welchem Atome ein Molekül eines Kraftstoffs kann festgestellt werden, ob giftige Verbrennungsprodukte freigesetzt werden können. Bei der vollständigen Verbrennung ist es einfach: Nimm jede Art von Atom aus dem Brennstoffmolekül und verbinde es (in Gedanken) mit so viel Oxidationsmittel (normalerweise Sauerstoff) wie möglich. Das sind die Verbrennungsprodukte.
Bei unvollständiger Verbrennung sind viel mehr Verbrennungsprodukte möglich, von denen jedes giftig sein kann. Einige Arten von Atomen können mit einer oder mehreren submaximalen Atomzahlen des Oxidationsmittels in Verbindung gebracht werden, und auch viele verbrannte und unverbrannte Fragmente des Molekülmoleküls sind Treibstoff möglich. Ein wichtiges Beispiel für ein gefährliches Verbrennungsprodukt bei unvollständiger Verbrennung ist der erstickendKohlenmonoxid. Die unvollständige Verbrennung ist oft das Ergebnis einer schlecht eingestellten Heizung. Auch mit Feuer Kohlenmonoxid ist oft die Todesursache der Opfer.
Verbrennung gasförmiger Brennstoffe
Die einfachste Verbrennung ist die von gasförmigen Brennstoffen. Sowohl der Brennstoff als auch das Oxidationsmittel (meist Sauerstoff in Luft) sind dann gasförmig, vermischen sich also gut und reagieren homogen. sehr bekannt Erdgas als Treibstoff. Die häufigste Reaktion bei dieser Verbrennung ist:
- CH4 2 O2 → CO2 2 H2Ö
Bei unvollständiger Verbrennung (verursacht durch Sauerstoffmangel) kommt es zusätzlich zu dieser Reaktion:
- 2 CH4 3 O2 → 2 CO 4 H2Ö
Das Nebenprodukt der Verbrennung ist dann Kohlenmonoxid (CO). Bei noch größerem Sauerstoffmangel Ruß (C) gebildet.
Erdgas ist hauptsächlich Methan Gas, aber auch Propangas und Butangas Anwendung finden, insbesondere auf Campingplätze und Regionen, in denen kein Erdgas verfügbar ist.Die beobachtete Flamme ist tatsächlich das heiße Gas, das Licht entsprechend der Plancksches Gesetz. Die Farbe des Lichts ergibt sich aus dem Wiener Gesetz. Eine gute Flamme ist heiß, also meistens blau. Eine unvollständige Verbrennung wird durch eine gelbe oder orange Flamme angezeigt.
Das Oxidationsmittel ist nicht immer Sauerstoffgas. So wird es verwendet in Raketentriebwerke häufig Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel. In Explosivstoffen – wo die Verbrennung sehr schnell erfolgt – das Oxidationsmittel Nitrat oder Chromat.
Verbrennung flüssiger Brennstoffe
Komplizierter ist die Verbrennung mit einem flüssigen Brennstoff. Dieser Kraftstoff muss in der Regel erst gasförmig oder vernebelt werden, bevor eine Verbrennung erfolgen kann. so wird Benzin oder Diesel- in einer Brennkammer zerstäubt. Ebenfalls Heizöl verdampft durch die Verbrennungswärme. Auch hier zeigt eine blaue Flamme eine hohe Temperatur und eine orangefarbene, gelbe oder rote Flamme eine niedrige Temperatur an. Es kann auch vorkommen, dass die Flamme Schwarz enthält. Das wird sein Ruß, So Kohlenstoff, die unverbrannt mit dem Rauch fliegt mit. Denn Ruß ist schädlich für die Lunge Viele rußerzeugende Motoren, wie z. B. Diesel, sind mit einem Partikelfilter.
Verbrennung fester Brennstoffe
Noch komplizierter ist die Verbrennung fester Brennstoffe. Gute Beispiele sind Kohle oder Holz. Bei Holz muss dieses aufgrund der Hitze erst trocknen. Ein Holzfeuer wird daher zunächst weißen Rauch abgeben. Das ist nur Wasserdampf. Zweitens zerfallen die komplexen organischen Moleküle aufgrund der Hitze in kleinere Fragmente, die sich schließlich als Gasform verflüchtigen. Diese Gasverbrennung erzeugt dann die Flammen. Schließlich handelt es sich bei den Flammen um heiße Gase, die aufgrund ihrer Temperatur aufleuchten. Auch hier kann der Rauch schwarze Rußpartikel enthalten, aber auch andere nicht vollständig verbrannte Stoffe, die sich im Festbrennstoff befinden und Asche Formen.
Unerwünschte Verbrennung von Stickstoff in Verbrennungsmotoren
Himmel enthält 21% Sauerstoffgas und 78% Stickstoffgas und kleine Mengen anderer Gase wie Argon. Wie bereits erwähnt, dient der Sauerstoff normalerweise als Oxidationsmittel. Das Stickstoffgas ist weitgehend inert und nimmt daher in der Regel nicht an der Reaktion teil. Bei hohen Temperaturen kann es jedoch vorkommen, dass Stickstoffgas und Sauerstoffgas miteinander reagieren und Stickoxide Formen, sogenannte NOx. Dies ist ein Sammelbegriff für NO, NO2, N2Ö3 usw. Diese sind wiederum schädlich für die Lunge. Deshalb ist ein Benzinmotor mit einem Katalysator um diese Stickoxide abzubauen.
nicht brennbar
Die Entflammbarkeit von Stoffen wird ausgedrückt als energetischer Wert in MJ/kg. Als nicht brennbar gilt beispielsweise ein Stoff mit einem Energiewert von 2,0 MJ/kg oder weniger.