احتراق

مخلوط اتانول در حالت گازی با هوا در حال احتراق سریع

احتراق یا سوختن (به انگلیسی: Combustion یا burning)‏ نتیجهٔ یک فرایند شیمیایی گرمازا میان یک مادهٔ سوختنی و عامل اکسیدکننده‌ است که با تولید گرما و تغییر شیمیایی مواد اولیه همراه می‌شود. آزاد کردن گرما می‌تواند با تولید نور به صورت شعله یا درخشش باشد. مواد سوختنی پر کاربرد معمولا از ترکیب‌های آلی (بویژه هیدروکربن‌ها) به صورت گازی، مایع یا جامد درست شده‌اند.

در یک فرایند کامل سوختن، یک مادهٔ سوختنی با یک عامل اکسیدکننده مانند اکسیژن یا فلوئورین وارد واکنش می‌شود. نتیجهٔ واکنش موادی است که از هر دو عامل مادهٔ سوختنی و اکسیدکننده تشکیل شده‌است. برای نمونه:

CH_۴ + ۲ O_۲ → CO_۲ + ۲ H_۲O + انرژی

CH_۲S + ۶ F_۲ → CF_۴ + ۲ HF + SF۶

ساده ترین نمونهٔ سوختن، واکنش میان هیدروژن و اکسیژن است. این واکنش در موتور راکت بسیار اتفاق می‌افتد:

2 H_۲ + O_۲ → 2 H_۲O(g) + گرما

نتیجهٔ این واکنش بخار آب است.

سوختن کامل تقریبا ناممکن است. در واقعیت پس از سوختن و رسیدن به تعادل، ترکیب‌های زیادی مانند کربن مونوکسید، کربن خالص (خاکستر یا دوده) بجای می‌ماند. همچنین ممکن است میان عامل‌های نخستین سوختن و هوای محیط نیز واکنش صورت گیرد و چون ۷۸ درصد از جو را نیتروژن تشکیل داده، شاهد بوجود آمدن ترکیب‌هایی از نیتروژن اکسید باشیم.

واکنش‌های شیمیایی

واکنش شیمیایی استوکیومتری سوختن هیدروکربن در اکسیژن عبارت است از:

$C_xH_y + \left( x + \frac{y}{4} \right) O_2 \rightarrow \; xCO_2 + \left( \frac{y}{2} \right) H_2O$

برای نمونه سوختن پروپان به قرار زیر است:

$C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow \; 3CO_2 + 4H_2O$

در حالت کلی تعادل شیمیایی استوکیومتری سوختن ناقص هیدروکربن‌ها در اکسیژن به صورت زیر است:

$\left( z \right) C_xH_y + \left( z \left(\frac{x}{2} + \frac{y}{4} \right) \right) O_2 \rightarrow \; z \cdot xCO + \left( \frac{z \cdot y}{2} \right) H_2O$

برای نمونه سوختن ناقص پروپان عبارت است از:

$2C_3H_8 + 7O_2 \rightarrow \; 2C + 2CO + 8H_2O + 2CO_2$

اگر بخواهیم واکنش سوختن را با بیان ساده نشان دهیم، چنین می‌شود:

گرما + کربن‌دی‌اکسید + آب → اکسیژن + مادهٔ سوختنی

اگر سوختن با استفاده از هوای موجود در محیط به عنوان منبع اکسیژن رخ دهد نیتروژن نیز می‌تواند در واکنش نوشته شود ولی به صورت گازی باقی می‌ماند و با مادهٔ سوختنی وارد واکنش نمی‌شود:

$C_xH_y + \left( x+ \frac{y}{4} \right) O_2 + 3.76 \left( x+ \frac{y}{4} \right) N_2 \rightarrow \; xCO_2 + \left( \frac{y}{2} \right) H_2O + 3.76 \left( x + \frac{y}{4} \right) N_2$

سوختن پروپان می‌شود:

$C_3H_8 + 5O_2 + 18.8N_2 \rightarrow \; 3CO_2 + 4H_2O + 18.8N_2$

بیان کیفی واکنش سوختن چنین بیان می‌شود:

گرما + نیتروژن + کربن‌دی‌اکسید + آب → اکسیژن + مادهٔ سوختنی

در حضور اکسیژن اضافی ممکن است نیتروژن نیز با اکسیژن وارد واکنش شود این واکنش معمولا در دمای بالا رخ می‌دهد.

منبع

• مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Combustion»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد (بازیابی در ۵ دسامبر ۲۰۱۱).