Was sind die verschiedenen Arten von Verbrennungsprodukten?
Die Verbrennung, definiert als die schnelle Oxidation einer Substanz unter Einwirkung einer hohen Temperatur und normalerweise einer Flamme, kann abhängig von den bei der Reaktion verfügbaren Materialien eine Reihe verschiedener Produkte erzeugen. Die Produkte einer sauberen Verbrennung zwischen einem Kohlenwasserstoff und Sauerstoff sind Kohlendioxid (CO 2 ), Wasser (H 2 O) und Energie. Unvollständige, schmutzige oder teilweise Verbrennung kann auch Kohlenmonoxid (CO), freien Kohlenstoff oder Ruß, Stickoxide, Blausäure (HCN) und Ammoniak (NH 3 ) bilden.
Die Verbrennungsprodukte einer sauberen Verbrennung umfassen CO 2 , H 2 O und Energie. Bei dieser Art von Reaktion entstehen keine anderen Gase oder festen Partikel als Verbrennungsprodukte. Die folgende ausgewogene Reaktion ist die von Propan, einem Alkan, das mit Sauerstoff reagiert:
C 3 H 8 + 5 O 2 → 3 CO 2 + 4 H 2 O
Wenn eine Verbrennungsreaktion in einer sauerstoffarmen Umgebung stattfindet, können verschiedene Verbrennungsprodukte hergestellt werden. Freier Kohlenstoff, allgemein bekannt als Ruß, und Kohlenmonoxid werden zusammen mit CO 2 , H 2 O und Energie erzeugt. Die Bildung von Ruß als Verbrennungsprodukt ist der Grund, warum eine unvollständige Verbrennung auch als schmutzige Verbrennung bezeichnet wird. In der chemischen Industrie verbrennen Vergaser brennbare Materialien in sauerstoffarmen Umgebungen, um Synthesegas zu erzeugen, das aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht. Außerhalb der chemischen Industrie kommt es bei Verbrennungsmotoren und schlecht belüfteten Öfen häufig zu einer unvollständigen Verbrennung.
Luftsauerstoff ist die häufigste Sauerstoffquelle für die meisten Verbrennungsreaktionen. Luft besteht jedoch hauptsächlich aus Stickstoff, und während der Verbrennung kann Stickstoff eine Reihe eigener Verbrennungsprodukte erzeugen. Bei einer Verbrennungsreaktion können Stickoxidgase entstehen, die oft als NOX-Gase bezeichnet werden. Das gebräuchlichste NOX-Gas ist das giftige Stickstoffdioxid (NO 2 ). Ammoniak (NH 3 ) und der tödliche Cyanwasserstoff (HCN) können ebenfalls gebildet werden.
Halogene, Schwefel und Phosphor können auch ihre eigenen Verbrennungsprodukte erzeugen. Halogene wie Chlor können mit radikalischem Wasserstoff zu Chemikalien wie Chlorwasserstoff (HCl) reagieren. Schwefel kann die giftigen und übelriechenden Chemikalien Schwefeldioxid (SO 2 ) und Schwefelwasserstoff (H 2 ) produzieren. Wenn Phosphor in einer Verbrennungsreaktion vorhanden ist, erzeugt es Phosphorpentoxid (P 2 O 5 ) als weiße feste Partikel.
Die Tendenz eines Kohlenwasserstoffbrennstoffs, saubere oder schmutzige Verbrennungsprodukte zu begünstigen, kann abgeschätzt werden, indem das Wärmeabgabepotential der Reaktion und die zum Auslösen der Reaktion erforderliche Energie untersucht werden. Ein Erhöhen des Wärmeabgabepotentials erhöht die Tendenz des Brennstoffs, einer unvollständigen Verbrennung zu unterliegen. Propan, das nicht viel Energie benötigt, um die Verbrennung einzuleiten, neigt dazu, sauber zu verbrennen. Aromatische Verbindungen wie Benzol und Toluol neigen dagegen dazu, beim Verbrennen viel Ruß zu erzeugen.