تعريف الاحتراق في الكيمياء

الاحتراق هو تفاعل كيميائي يحدث بين الوقود والعامل المؤكسد الذي ينتج الطاقة ، عادة في شكل حرارة وضوء. يعتبر الاحتراق مبالغة أو طارد للحرارة تفاعل كيميائي. ومن المعروف أيضا باسم حرق. يعتبر الاحتراق من أولى التفاعلات الكيميائية التي يتحكم فيها البشر عمداً.

السبب في أن الاحتراق يطلق الحرارة لأن الرابطة المزدوجة بين ذرات الأكسجين في O₂ أضعف من السندات الفردية أو السندات المزدوجة الأخرى. لذا ، على الرغم من امتصاص الطاقة في التفاعل ، يتم إطلاقها عندما يتم تكوين روابط أقوى لإنتاج ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والماء (ح₂س). في حين يلعب الوقود دورًا في طاقة التفاعل ، إلا أنه ضئيل بالمقارنة لأن الروابط الكيميائية في الوقود قابلة للمقارنة مع طاقة الروابط في المنتجات.

يحدث الاحتراق عندما يتفاعل الوقود والأكسدة لتكوين منتجات مؤكسدة. عادة ، يجب توفير الطاقة لبدء التفاعل. بمجرد أن يبدأ الاحتراق ، يمكن للحرارة المنبعثة أن تجعل الاحتراق ذاتي الاكتفاء.

على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك حريق الخشب. الخشب في وجود الأكسجين في الهواء لا يخضع للاحتراق التلقائي. يجب توفير الطاقة ، بدءًا من تطابق مضاء أو التعرض للحرارة. عندما تتوفر طاقة التنشيط للتفاعل ، يكون السليلوز (كربوهيدرات) في الخشب يتفاعل مع الأكسجين في الهواء لإنتاج الحرارة والضوء والدخان والرماد وثاني أكسيد الكربون والماء وغيرها غازات. تسمح الحرارة المتولدة من النار باستمرار التفاعل حتى يصبح النار شديد البرودة أو يتم استنفاد الوقود أو الأكسجين.

مثال بسيط على تفاعل الاحتراق هو التفاعل بين غاز الهيدروجين وغاز الأكسجين لإنتاج بخار الماء:

2 ح₂(ز) + O₂(ز) → 2 ح₂O (ز)

نوع أكثر شيوعًا من تفاعل الاحتراق هو احتراق الميثان (هيدروكربون) لإنتاج ثاني أكسيد الكربون والماء:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2 ح₂يا

مما يؤدي إلى شكل عام من تفاعل الاحتراق:

الهيدروكربون + الأكسجين → ثاني أكسيد الكربون والماء

يمكن التفكير في تفاعل الأكسدة من حيث نقل الإلكترون بدلاً من عنصر الأكسجين. يتعرف الكيميائيون على العديد من أنواع الوقود القادرة على العمل ك المؤكسدات للاحتراق. وتشمل هذه الأكسجين النقي وكذلك الكلور والفلور وأكسيد النيتروز وحامض النيتريك وثلاثي فلوريد الكلور. على سبيل المثال ، يحترق غاز الهيدروجين ، ويطلق الحرارة والضوء ، عندما يتفاعل مع الكلور لإنتاج كلوريد الهيدروجين.

عادة لا يكون الاحتراق رد فعل محفزًا ، ولكن يمكن أن يعمل البلاتين أو الفاناديوم كمحفزات.

ويقال أن الاحتراق "كامل" عندما ينتج التفاعل الحد الأدنى من المنتجات. على سبيل المثال ، إذا كان الميثان يتفاعل مع الأكسجين وينتج ثاني أكسيد الكربون والماء فقط ، فإن العملية هي احتراق كامل.

يحدث الاحتراق غير الكامل عندما يكون هناك نقص في الأكسجين للوقود لتحويله بالكامل إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. قد يحدث أيضًا أكسدة غير كاملة للوقود. ينتج أيضًا عن حدوث الانحلال الحراري قبل الاحتراق ، كما هو الحال مع معظم أنواع الوقود. في الانحلال الحراري ، تخضع المادة العضوية للتحلل الحراري عند درجات حرارة عالية دون التفاعل مع الأكسجين. قد ينتج عن الاحتراق غير الكامل العديد من المنتجات الإضافية ، بما في ذلك الفحم وأول أكسيد الكربون وأسيتالديهيد.