Ορισμός Καύσης στη Χημεία

Η καύση είναι α χημική αντίδραση που συμβαίνει μεταξύ ενός καυσίμου και ενός οξειδωτικού παράγοντα που παράγει ενέργεια, συνήθως με τη μορφή θερμότητας και φωτός. Η καύση θεωρείται μια εξερνικό ή εξώθερμο χημική αντίδραση. Είναι επίσης γνωστό ως καύση. Η καύση θεωρείται μία από τις πρώτες χημικές αντιδράσεις που ελέγχονται σκοπίμως από τον άνθρωπο.

Ο λόγος που η καύση απελευθερώνει θερμότητα οφείλεται στο γεγονός ότι ο διπλός δεσμός μεταξύ των ατόμων οξυγόνου στο Ο₂ είναι ασθενέστερη από τους απλούς δεσμούς ή άλλους διπλούς δεσμούς. Έτσι, αν και η ενέργεια απορροφάται στην αντίδραση, απελευθερώνεται όταν σχηματίζονται ισχυρότεροι δεσμοί για να σχηματιστεί διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και νερό (Η₂Ο). Ενώ το καύσιμο παίζει ρόλο στην ενέργεια της αντίδρασης, είναι μικρότερο σε σύγκριση επειδή οι χημικοί δεσμοί στο καύσιμο είναι συγκρίσιμοι με την ενέργεια των δεσμών στα προϊόντα.

Η καύση γίνεται όταν το καύσιμο και ένα οξειδωτικό αντιδρούν σχηματίζοντας οξειδωμένα προϊόντα. Τυπικά, πρέπει να παρέχεται ενέργεια για την έναρξη της αντίδρασης. Μόλις ξεκινήσει η καύση, η απελευθερωμένη θερμότητα μπορεί να κάνει την καύση αυτοσυντηρούμενη.

Για παράδειγμα, εξετάστε μια πυρκαγιά ξύλου. Το ξύλο με την παρουσία οξυγόνου στον αέρα δεν υφίσταται αυθόρμητη καύση. Η ενέργεια πρέπει να παρέχεται, όπως από ένα αναμμένο ταιριάζει ή έκθεση σε θερμότητα. Όταν η ενέργεια ενεργοποίησης για την αντίδραση είναι διαθέσιμη, η κυτταρίνη (ένας υδατάνθρακας) στο ξύλο αντιδρά με οξυγόνο στον αέρα για να παράγει θερμότητα, φως, καπνό, τέφρα, διοξείδιο του άνθρακα, νερό και άλλα αερίων. Η θερμότητα από τη φωτιά επιτρέπει την αντίδραση να συνεχίσει έως ότου η φωτιά γίνει πολύ δροσερή ή εξαντληθεί το καύσιμο ή το οξυγόνο.

Ένα απλό παράδειγμα α αντίδραση καύσης είναι η αντίδραση μεταξύ αερίου υδρογόνου και αερίου οξυγόνου για την παραγωγή υδρατμών:

2Η₂(g) + Ο₂(g) -> 2Η₂O (g)

Ένας πιο γνωστός τύπος αντίδρασης καύσης είναι η καύση μεθανίου (υδρογονάνθρακας) για την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα και νερού:

CH₄ + 20₂ → CO₂ + 2Η₂Ο

που οδηγεί σε μια γενική μορφή αντίδρασης καύσης:

υδρογονάνθρακας + οξυγόνο → διοξείδιο του άνθρακα και νερό

Η αντίδραση οξείδωσης μπορεί να θεωρηθεί από την άποψη της μεταφοράς ηλεκτρονίων και όχι του στοιχείου οξυγόνου. Οι χημικοί αναγνωρίζουν αρκετά καύσιμα ικανά να ενεργούν ως οξειδωτικά για καύση. Αυτά περιλαμβάνουν το καθαρό οξυγόνο και επίσης το χλώριο, το φθόριο, το οξείδιο του αζώτου, το νιτρικό οξύ και το τριφθοριούχο χλώριο. Για παράδειγμα, το αέριο υδρογόνο καίει, απελευθερώνοντας θερμότητα και φως, όταν αντιδρά με χλώριο για να παράγει υδροχλώριο.

Η καύση δεν είναι συνήθως καταλυόμενη αντίδραση, αλλά η πλατίνα ή το βανάδιο μπορούν να δράσουν ως καταλύτες.

Η καύση λέγεται ότι είναι "πλήρης" όταν η αντίδραση παράγει ένα ελάχιστο αριθμό προϊόντων. Για παράδειγμα, εάν το μεθάνιο αντιδρά με οξυγόνο και παράγει μόνο διοξείδιο του άνθρακα και νερό, η διαδικασία είναι πλήρης καύση.

Ατελής καύση συμβαίνει όταν δεν υπάρχει επαρκές οξυγόνο για να μετατραπεί πλήρως το καύσιμο σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Μπορεί επίσης να συμβεί η ατελής οξείδωση ενός καυσίμου. Επίσης προκύπτει όταν λαμβάνει χώρα πυρόλυση πριν από την καύση, όπως συμβαίνει με τα περισσότερα καύσιμα. Στην πυρόλυση, η οργανική ύλη υφίσταται θερμική αποσύνθεση σε υψηλές θερμοκρασίες χωρίς αντίδραση με οξυγόνο. Η ατελής καύση μπορεί να αποφέρει πολλά επιπλέον προϊόντα, όπως ο άνθρακας, το μονοξείδιο του άνθρακα και η ακεταλδεΰδη.