연소는 연료가 산화되어 종종 기체 생성물의 혼합물로 전환되는 고 에너지 화학 반응을 지칭한다. 연소는 발열 반응이며, 빛과 열의 형태로 에너지의 방출을 포함한다는 점에서. 연소 반응에서 가장 흔한 산화제는 대기 산소 (O)이지만, 다른 산화제는 다음과 같습니다. 염소 (CL), 불소 (F) 및 아산화 산화물 (NALO) 연소 반응은 자연의 많은 곳에서 발생하며 인간이 (화재)를 통제하는 최초의 화학 반응 중 하나였습니다.
.연소 반응은 물리적 작업을 수행하는 데 사용할 수있는 많은 양의 에너지를 생산하기 위해 악용 될 수 있기 때문에 기술적으로 매우 유용합니다. 연소 중에 생성 된 열 에너지를 자동차의 내연 기관과 같은 기계 에너지로 전환하거나 전기 발전소와 같은 전기 에너지로 전환하기위한 몇 가지 기술이 존재합니다.
연소의 기본
연소 반응에는 반응물 (연료), 산화제 및 열의 세 가지 주요 성분이 필요합니다. 지금까지, 연소 반응을위한 가장 일반적인 종류의 연료는 메탄 (CHAT), 프로판 (CATENE) 또는 옥탄 (CATANE)과 같은 탄화수소 화합물입니다. 가장 흔한 산화제는 대기 산소입니다. 따라서, 우리가 고려할 연소의 대부분의 예는 산소화 된 대기에서 탄화수소 화합물의 연소와 관련이있다.
예를 들어, 메탄은 일반적인 가연성 연료입니다. 산소에서 메탄의 연소를위한 화학적 방정식의 일반적인 형태는 다음과 같습니다.
ch₄ + 2o₂ → co₂ + 2h₂0
따라서 메탄의 연소 동안, 하나의 이산화탄소 분자와 2 개의 물 분자에 대해 하나의 메탄 분자와 2 개의 규정 성 산소 분자가 분할되고 재조합됩니다.
연소는 발열 반응이기 때문에, 반응의 생성물 중 하나는 열 형태의 에너지이다. 화학 반응에 의해 방출되는 열량은 반응의 engthalpy of Change 이라고합니다. . 변화의 엔탈피는 화학 반응이 얼마나 많은 열이 환경에서 방출되거나 흡수되는지를 측정 한 것입니다. 엔탈피를 나타내는 표준 표기법은 ΔH입니다. 변화의 엔탈피를 측정하는 데 사용되는 표준 SI 장치는 Joule (J)입니다. 반응이 흡열 인 경우 (열을 흡수) ΔH는 양성입니다. 반응이 에너지 (발열)를 제공하면 ΔH는 음수 값을 가질 것입니다.
연소는 항상 발열이므로 연소 반응에 대한 변화의 엔탈피는 항상 음성입니다. 예를 들어, 메탄 연소 반응에 대한 변화의 엔탈피는 kJ/mol 당 ΔH =-891이다. 메탄 연소 반응은 메탄의 두더지 당 891 킬로 줄의 열 에너지를 방출합니다. 연소 반응에 의해 생성 된 에너지는 반응물이 분리되어 생성물로 재 배열 될 때 방출되는 연료의 화학적 결합에 저장된 에너지에서 비롯됩니다. 탄화수소 반응물의 연소는 특히 탄화수소 화합물의 높은 에너지 결합으로 인해 활력이 있습니다.
연소는 메탄뿐만 아니라 다른 많은 탄화수소 제품에서 발생합니다. 탄화수소 반응의 생성물은 항상 이산화탄소 (또는 일산화탄소) 및 물입니다. 예를 들어, 프로판의 연소 반응에 대한 공식은 다음과 같습니다.
c₃h₈ + 5o₂ → 3co₂ + 4h₂o (ΔH =-2043.455 kj/mol)
프로판은 초기 반응물에서 더 많은 탄화수소 결합이 존재하기 때문에 더 높은 변화의 변화를 갖는다. 마찬가지로, 에탄의 연소를위한 공식 (c 2 H 6 ) IS :
2c 2 H 6 + 7o₂ → 4co₂ + 6H₂O (ΔH =-3120 kJ/mol)
일반적으로 산소에서 탄화수소 연소 반응에 대한 공식은 다음과 같습니다.
cₓhᵧ + z o₂ → x co₂ + ( y /2) h
여기서 z = x + ( y /4).
대부분의 연소의 경우, 산소 공급원은 정상적인 대기 공기입니다. 대기 공기에는 대량의 질소 (N)도 포함됩니다. 우리의 대기에서, 산소는 산소 분자 몰당 약 3.77 질소 분자의 비율로 질소에 의해 수보다 많다. 따라서 일반 공기를 사용하는 대부분의 연소 반응은 또한 질소 제품을 생산합니다. 질소는 일반적으로 가연성 물질로 간주되지는 않지만 공기의 연소 반응은 소량의 아산화 질소를 생성합니다 (NOA의 형태의 화합물)
연소에는 산소의 존재가 필요합니다. 그렇지 않으면 발생할 수 없습니다. 따라서, 연소 반응을 막는 한 가지 방법은 산소 공급원을 제거하는 것입니다. 이것이 소화기 설계의 주요 원칙입니다. 화재 소화는 화재 근처에 이산화탄소를 스프레이합니다. 이산화탄소는 대기 공기보다 무겁기 때문에 화재 주변의 공기를 대체하여 산화 공급원을 차단합니다. 이것이 또한 우주에서 화재가 특히 위험한 이유이기도합니다. 우주에서 인공 서식지의 높은 산소 함량은 화재가 매우 빠르고 폭력적으로 퍼질 수 있습니다. 높은 산소 환경에서는 단일 스파크조차도 치명적일 수 있습니다.
연소 반응은 각각 반응에 이용 가능한 산소의 양에 기초하여 완전 또는 불완전한 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다. 연소 반응이 불완전한지 여부는 연소 반응의 효율에 달려 있습니다. 2c 2 H 6 + 5o₂ → 4co + 6h₂o + 열 2c 2 H 6 + 3o → 4c + 6h₂o + 열 2h₂ +o₂ → 2h₂o (Δh =-242 kj/mol) 연소 유형
대조적으로, 불완전한 연소 반응은 연료를 제품으로 완전히 변환하기에 충분한 산소가 없을 때 발생합니다. 적은 양의 산소 분자로 인해, 각각의 탄소 원자와 2 쌍을 이루는 산소 원자가 충분하지 않습니다. 결과적으로 탄화수소의 불완전한 연소는 물과 함께 탄소 및 일산화탄소 제품을 생성합니다. 예를 들어, 에탄의 불완전한 연소 반응은 다음과 같습니다.
이 경우
연소의 예
