Palamisen määritelmä kemiassa

Palaminen on a kemiallinen reaktio jota tapahtuu polttoaineen ja energiaa tuottavan hapettimen välillä, yleensä lämmön ja valon muodossa. Palamista pidetään exergonic tai eksoterminen kemiallinen reaktio. Se tunnetaan myös polttavana. Palamista pidetään yhtenä ensimmäisistä kemiallisista reaktioista, joita ihmiset tarkoituksella hallitsevat.

Syy, että palaminen vapauttaa lämpöä, johtuu siitä, että O: n happiatomien välinen kaksoissidos on₂ on heikompi kuin yksittäiset sidokset tai muut kaksoissidokset. Joten vaikka energia absorboituu reaktiossa, se vapautuu, kun vahvemmat sidokset muodostuvat hiilidioksidin (CO₂) ja vettä (H₂O). Vaikka polttoaineella on merkitystä reaktion energiassa, se on vähäinen verrattuna, koska polttoaineen kemialliset sidokset ovat verrattavissa tuotteissa olevien sidosten energiaan.

Palaminen tapahtuu, kun polttoaine ja hapetin reagoivat muodostaen hapettuneita tuotteita. Tyypillisesti energiaa on syötettävä reaktion käynnistämiseksi. Kun palaminen alkaa, vapautunut lämpö voi tehdä palamisesta itsestään kestävän.

Harkitse esimerkiksi puupaloa. Puu ilman hapen läsnä ollessa ei läpikäy spontaanisti. Energiaa on toimitettava valaistusta ottelusta tai altistumisesta kuumuudelle. Kun reaktion aktivointienergia on saatavissa, puussa oleva selluloosa (hiilihydraatti) reagoi ilman hapen kanssa tuottaen lämpöä, valoa, savua, tuhkaa, hiilidioksidia, vettä ja muita kaasut. Tulipalon aiheuttama lämpö antaa reaktion edetä, kunnes tuli muuttuu liian viileäksi tai polttoaine tai happi on kulunut loppuun.

Yksinkertainen esimerkki palamisreaktio on vetykaasun ja happikaasun välinen reaktio vesihöyryn tuottamiseksi:

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O (g)

Tunnetuin palamisreaktion tyyppi on metaanin (hiilivedyn) palaminen hiilidioksidin ja veden tuottamiseksi:

CH₄ +20₂ → CO₂ + 2H₂O

mikä johtaa palamisreaktion yhteen yleiseen muotoon:

hiilivety + happi → hiilidioksidi ja vesi

Hapetusreaktiota voidaan ajatella pikemminkin elektroninsiirron kuin elementin hapen suhteen. Kemistit tunnistavat useita polttoaineita, jotka voivat toimia oksidantteja palamista varten. Näitä ovat puhdas happi ja myös kloori, fluori, typpioksidi, typpihappo ja klooritrifluoridi. Esimerkiksi vetykaasu palaa vapauttaen lämpöä ja valoa reagoidessaan kloorin kanssa vetykloridin tuottamiseksi.

Palaminen ei yleensä ole katalysoitu reaktio, mutta platina tai vanadiini voivat toimia katalysaattoreina.

Palamisen sanotaan olevan "täydellinen", kun reaktio tuottaa minimaalisen määrän tuotteita. Esimerkiksi, jos metaani reagoi hapen kanssa ja tuottaa vain hiilidioksidia ja vettä, prosessi on täydellinen palaminen.

Epätäydellinen palaminen tapahtuu, kun polttoaineella ei ole riittävästi happea muuntautumaan kokonaan hiilidioksidiksi ja vedeksi. Polttoaineen epätäydellistä hapettumista voi myös tapahtua. Se syntyy myös, kun pyrolyysi tapahtuu ennen palamista, kuten useimmissa polttoaineissa. Pyrolyysissä orgaaninen aine hajoaa termisesti korkeissa lämpötiloissa reagoimatta hapen kanssa. Epätäydellinen palaminen voi tuottaa monia lisätuotteita, mukaan lukien hiili, hiilimonoksidi ja asetaldehydi.