Wat is het verbrandingsproces?

Eenvoudig gezegd betekent verbranding branden. Om het verbrandingsproces te laten plaatsvinden, zijn brandstof, zuurstof en een ontstekingswarmtebron vereist om een ​​chemische kettingreactie te starten; in een kampvuur is hout bijvoorbeeld de brandstof, de omringende lucht zorgt voor de zuurstof en een lucifer of aansteker kan het vuur ontsteken. Het verhogen van een van deze elementen verhoogt de intensiteit van het vuur, terwijl het elimineren van een van deze elementen het proces zal stoppen. Als het kampvuur bijvoorbeeld wordt gesmoord met water of vuil, kan de zuurstof niet langer de hitte en brandstof bereiken en gaat het uit.

Brandstof

Brandstof is de stof die verbrandt tijdens het verbrandingsproces. Alle brandstoffen bevatten chemische potentiële energie; dit is de hoeveelheid energie die vrijkomt tijdens een chemische reactie. Hoeveel energie een stof vrijgeeft als deze brandt, wordt verbrandingswarmte genoemd . Elke brandstof heeft een specifieke energiedichtheid, of hoeveel megajoule (MJ) energie wordt geproduceerd per kilogram (kg) van de stof; methaan heeft bijvoorbeeld een energiedichtheid van 55,5 MJ / kg, wat betekent dat het meer energie kan leveren dan zwavel met 9,16 MJ / kg.

Een grote verscheidenheid aan stoffen kan worden gebruikt als brandstoffen, maar koolwaterstoffen zijn enkele van de meest voorkomende. Deze omvatten methaan, propaan, benzine en vliegtuigbrandstof, om er maar een paar te noemen; alle fossiele brandstoffen, inclusief steenkool en aardgas, zijn koolwaterstoffen. Andere stoffen die gewoonlijk worden gebruikt als brandstoffen zijn waterstof, alcohol en biobrandstoffen, zoals hout.

Tijdens de verbranding wordt brandstof omgezet in warmte en uitlaatgassen. Wanneer benzine bijvoorbeeld verbrandt, produceert het water (stoom), koolstofdioxide, stikstof, koolmonoxide en andere elementen. Bij verbranding kunnen ook deeltjes vrijkomen, kleine deeltjes die in de lucht zweven; die die vrijkomen bij het verbranden van fossiele brandstoffen en hout dragen vaak bij aan luchtvervuiling. Uitlaat kan echter worden gebruikt voor nuttige doeleinden, zoals het leveren van de stuwkracht die een raket in de lucht duwt. De meeste uitlaatgassen hebben de vorm van een gas vanwege de hitte die het verbrandingsproces veroorzaakt, maar het kan ook in vloeibare of vaste vorm zijn.

Zuurstof

Om brandstof in het verbrandingsproces te verbranden, moet het ook zuurstof bevatten. De meest voorkomende bron is de lucht, die ongeveer 21% zuurstof bevat. Andere bronnen, vaak bekend als oxidatiemiddelen of oxidatiemiddelen, omvatten waterstofperoxide, kaliumnitraat en nog veel meer. Wanneer een oxidatiemiddel in een brandstof wordt geïntroduceerd, geeft het zuurstof af en kan het de snelheid verhogen waarmee het vuur brandt.

Net als brandstof hoeft zuurstof niet in gasvorm te zijn, hoewel dat heel gebruikelijk is. In een vaste raket wordt bijvoorbeeld een vaste oxidator gemengd met de brandstof om het drijfgas te maken, dat brandt wanneer het wordt ontstoken en de raket voortstuwt. De space shuttle en andere ruimtevaartuigen gebruiken vloeibare zuurstof als onderdeel van het verbrandingsproces.

Wanneer een vuur niet genoeg zuurstof heeft, brandt het niet volledig. Deze onvolledige verbranding produceert koolmonoxide, koolstof (roet) en andere deeltjes die de lucht verontreinigen. Onvolledige verbranding in een open haard of oven van een huis kan giftige gassen vrijgeven en zeer gevaarlijk zijn.

Warmte

Warmte of ontsteking is wat het verbrandingsproces start. Omdat warmte ook wordt geproduceerd wanneer er iets brandt, is extra warmte niet altijd nodig om de chemische kettingreactie op gang te houden zodra het proces start. De eerste vonk die het chemische proces in gang zet, kan worden veroorzaakt door een vlam, wrijving of zelfs de hitte van de zon.

In geval van spontane verbranding kan gisting of oxidatie voldoende warmte creëren om een ​​brand te veroorzaken. In een composthoop kunnen bacteriën bijvoorbeeld de organische verbindingen afbreken en voldoende warmte en zuurstof produceren om verbranding te veroorzaken. Sommige materialen - pyrofore stoffen genoemd - ontbranden bij blootstelling aan lucht of water; fosfor en plutonium zijn twee voorbeelden. Wanneer deze materialen een brandstofbron tegenkomen, kunnen ze een brand veroorzaken die erg moeilijk te blussen is.

Controle van het verbrandingsproces

Omdat alle drie de onderdelen nodig zijn voor verbranding, zal het verhogen of verlagen van elk van deze het proces beïnvloeden. Het verhogen van de hoeveelheid zuurstof die aan een vuur wordt toegevoegd door bijvoorbeeld een oxidatiemiddel te gebruiken, zal het vuur sneller laten branden. Door de brandstofbron te verwijderen of te verminderen, zal deze kleiner branden of uitsterven.

Er zijn drie basismanieren om het verbrandingsproces te stoppen:

• haal de brandstof weg,
• verwijder de zuurstof,
• en / of neem de hitte weg.

De verbranding kan ook worden gestopt door de chemische kettingreactie die vlammen veroorzaakt te stoppen. Dit is vooral belangrijk wanneer bepaalde metalen - zoals magnesium - verbranden, omdat het toevoegen van water aan het vuur het alleen maar sterker maakt. In dergelijke gevallen worden droge chemicaliën of halomethanen gebruikt om de reactie te stoppen.

Welke hiervan de beste manier is om een ​​brand te stoppen, is afhankelijk van het type en de grootte van de brand. Bij een woningbrand bijvoorbeeld gebruiken brandweerlieden water of schuim om te voorkomen dat zuurstof bij de brandstof komt en om de temperatuur te verlagen. Hoewel water kan worden gebruikt op een bos of in een natuurbrand, is het verwijderen van nieuwe brandstof voor het vuur door borstel en dode vegetatie uit het gebied te verwijderen vaak een belangrijk onderdeel van het stoppen ervan.