Verbrandingsreacties zijn reacties waarbij zuurstofgas betrokken is en die exotherm zijn. Exotherme reacties zijn chemische reacties waarbij energie vrijkomt in de vorm van licht of warmte. Verbranding verwijst meestal naar het verbranden van koolwaterstoffen in de aanwezigheid van zuurstofgas.
Verbranding is een chemische reactie waarbij een reactant en een oxidatiemiddel, typisch zuurstof, betrokken zijn, waarbij producten zoals warmte en energie worden geproduceerd.
Verbrandingsreacties zijn redox (reductie - oxidatie) reacties waarbij het reductiemiddel en oxidatiemiddel reageren om warmte, energie en vaak vlammen te produceren. Het reductiemiddel wordt aangeduid als de brandstof en het oxidatiemiddel als het gas.
Bij volledige verbranding is er voldoende oxidatiemiddel om de reactie te laten plaatsvinden.
Een volledige verbranding van een koolwaterstof met zuurstof als het oxidatiemiddel zal koolstofdioxide en water produceren. 2C8H18 + 25O2 18CO2 + 16H20
Een ander voorbeeld van volledige verbranding is de organische verbinding methanol: CH3OH + O2 CO2 + 2H20
Verbranding is niet alleen belangrijk in ons dagelijks leven bij de productie van energie, maar ook om ons in leven te houden. Wanneer de cellen van ons lichaam suiker (glucose) afbreken om energie vrij te maken, doen ze dit door een volledige verbrandingsreactie in aerobe cellulaire ademhaling.
Tijdens aerobe ademhaling wordt glucose in de aanwezigheid van zuurstof verbrand om koolstofdioxide, water en ATP (energie) te produceren. Een kleine hoeveelheid warmte wordt ook gegenereerd in het proces, omdat dit een exotherme reactie is.
De formule hiervoor is: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
Volledige verbranding wordt vaak aangegeven door de productie van een blauwe vlam, en omdat alle reactanten volledig zijn verbrand, wordt er geen rook geproduceerd, wat betekent dat een volledig uit het milieu afkomstige verbranding veel schoner is dan onvolledige verbranding in termen van vervuiling.
Aangezien alle reactanten worden verbruikt tijdens volledige verbranding, wordt een grote hoeveelheid energie geproduceerd.
Een voordeel van de producten van volledige verbranding is dat water onschadelijk is en kooldioxide tot op zekere hoogte kan worden opgenomen door planten voor gebruik in fotosynthese.
Kooldioxide is ook niet toxisch voor mensen op dezelfde manier als koolmonoxide is.
Koolstofdioxide kan echter bijdragen aan het broeikaseffect als er te veel wordt geproduceerd, omdat planten slechts zoveel kunnen opgebruiken dat het teveel in de atmosfeer blijft.
Wat is onvolledige verbranding?
Onvolledige verbranding vindt plaats wanneer er een onvoldoende of onvoldoende toevoer van het oxidatiemiddel is, wat zuurstofgas kan zijn.
Een onvolledige verbranding van een koolwaterstof met zuurstof als het oxidatiemiddel zal koolmonoxide produceren in plaats van koolstofdioxide.
Onvolledige verbranding produceert niet alleen minder energie dan volledige verbranding, maar zoals uit het onderstaande voorbeeld kan worden gezien, kunnen toxische bijproducten zoals koolmonoxide (CO) worden geproduceerd. Koolmonoxide is giftig, wat betekent dat onvolledige verbranding in veel gevallen niet is wat gewenst is.
4CH4 + 5O2 2CO + 8H2O + 2C
Een onvolledige verbranding van een huishoudelijk apparaat dat gas gebruikt, kan dus koolmonoxide produceren dat dodelijke niveaus in een huis kan bereiken. Koolmonoxide is gevaarlijk omdat het ook kleurloos en geurloos is, wat betekent dat mensen pas op de hoogte zijn als het te laat is.
Onvolledige verbranding wordt vaak aangegeven door de productie van een gele of oranjekleurige vlam. Niet alle reactanten worden verbruikt in onvolledige verbranding met als resultaat dat aan het einde van deze reactie minder energie wordt geproduceerd in vergelijking met volledige verbranding.
Een voorbeeld van onvolledige verbranding is het verbranden van kolen waarin roet en koolmonoxide worden geproduceerd als gevolg van de chemische reactie.
Rook wordt geproduceerd als gevolg van onvolledige verbranding, wat natuurlijk aanzienlijk bijdraagt aan luchtvervuiling.
Het probleem met onvolledige verbranding is daarom dat het vervuilingsniveau verergert en mogelijk bijdraagt aan gezondheidsproblemen bij mensen door ademhalingsproblemen te veroorzaken.
Verschil tussen complete verbranding en onvolledige verbranding
oxidant
Volledige verbranding vindt plaats wanneer er voldoende en voldoende toevoer van het oxidatiemiddel is, terwijl onvolledige verbranding optreedt wanneer er een onvoldoende en ontoereikende toevoer van het oxidatiemiddel is..
Koolwaterstofverbranding
Volledige verbranding van koolwaterstoffen zal resulteren in de productie van kooldioxide en water, terwijl een onvolledige verbranding van koolwaterstoffen zal resulteren in de productie van koolmonoxide en water.
Vlam
Bij onvolledige verbranding wordt meestal een gele of oranje vlam geproduceerd terwijl bij volledige verbranding een blauwe vlam wordt geproduceerd.
Rook
Onvolledige verbranding veroorzaakt rook als gevolg van de reactie, terwijl volledige verbranding geen rook veroorzaakt als gevolg van de reactie.
Energie productie
Onvolledige verbranding produceert minder energie dan volledige verbranding omdat niet alle reactanten bij de reactie worden verbruikt, terwijl bij volledige verbranding alle reactanten worden verbruikt.
Milieu-impact
Kooldioxide geproduceerd door volledige verbranding kan bijdragen aan het broeikaseffect, terwijl koolmonoxide en rook geproduceerd door onvolledige verbranding bijdragen aan luchtvervuiling.
Tabel waarin Complete en onvolledige verbranding worden vergeleken
Samenvatting van Complete vs. Onvolledige verbranding
Verbranding is het verbranden van, meestal koolwaterstoffen, in aanwezigheid van een oxidant, meestal zuurstof.
Verbrandingsreacties zijn exotherm, waardoor energie en warmte vrijkomen.
Volledige verbranding vindt plaats wanneer er voldoende zuurstof is om alle reagentia volledig te gebruiken.
Onvolledige verbranding treedt op wanneer er niet voldoende zuurstof is, wat resulteert in de productie van rook en er wordt minder energie geproduceerd in vergelijking met volledige verbranding.
Zowel complete als onvolledige verbranding produceren producten die problemen kunnen veroorzaken.
Volledige verbranding produceert koolstofdioxide dat bijdraagt aan het broeikaseffect, terwijl onvolledige verbranding koolmonoxide produceert dat giftig is.
Onvolledige verbranding produceert ook rook die bijdraagt aan luchtvervuiling.
Verbrandingsreacties zijn belangrijk in ons dagelijks leven, zelfs in de manier waarop we energie produceren in ons lichaam.