Palamisreaktion pääolemus on, että se sisältää O-happea ja että se on eksoterminen reaktio. Palamisreaktiot vapauttavat energiaa lämmön ja valon muodossa. Huomaa, että se on välttämätön hapen (O2) palamisreaktiolle. Reaktiossa läsnä olevan hapen määrä voi kuitenkin vaihdella riippuen muista lähtöaineista ja muista ympäristötekijöistä.
Esimerkki palamisreaktiosta, jossa on mukana propaania ja happea, on seuraava:
C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(g)
Polttoreaktiot voivat olla kahdenlaisia riippuen reaktioon käytettävissä olevan hapen määrästä.
Täydellinen palaminen vs. epätäydellinen palaminen
Ero täydellisen palamisen ja epätäydellisen palamisen välillä on siihen käytettävissä olevan hapen määrä. Jos määrä on riittävä tai suurempi, se on täydellinen palaminen ja jos se on pienempi, se on epätäydellinen palaminen.
Kun palamisprosessin aikana on käytettävissä riittävä tai runsas määrä happea, reaktiota kutsutaan täydelliseksi palamisreaktioksi. Yleensä tämä reaktio tapahtuu sinisellä liekillä, jossa ei ole savua.
Kun hapen määrä ei ole riittävä palamisprosessiin, reaktio tunnetaan epätäydellisenä palamisreaktiona. Tähän reaktioon liittyy yleensä keltainen nokiliekki.
Vertailutaulukko täydellisen palamisen ja epätäydellisen palamisen välillä
| Vertailuparametrit | Täydellinen palaminen | Epätäydellinen palaminen |
| Määritelmä | Palamisreaktio, joka tapahtuu riittävän tai runsaan määrän happea läsnä ollessa. Tunnetaan myös nimellä Complete Combustion. | Palamisreaktio, joka tapahtuu riittämättömän hapen määrän läsnä ollessa. |
| Liekkityyppinen | Sininen | Keltainen |
| Savutyyppinen | Ei savua | Nokinen |
| Tuotteet | Yleensä tuottaa CO2 (hiilidioksidi) päätuotteena. | Yleensä tuottaa CO (hiilimonoksidia) päätuotteena. |
| Energian tuotanto | Tuottaa enemmän energiaa verrattuna epätäydelliseen palamiseen polttaessaan samoja lähtöaineita. | Tuottaa vähemmän energiaa verrattuna täydelliseen palamiseen, kun poltetaan samoja lähtöaineita. |
Mikä on täydellinen palaminen?
Täydellinen palaminen on palamisprosessi, jossa suhteeseen osallistuvan hapen määrä on riittävä tai enemmän kuin tarvitaan. happi toimii tässä tapauksessa hapettavana aineena.
Yleensä nämä reaktiot tapahtuvat hiilivetyjen ollessa lähtöaineen puolella pelkistysaineina. Hiilivedyt ja happi reagoivat yhdessä muodostaen vettä ja hiilidioksidia. Muut tuotteet, joita saamme tästä reaktiosta, ovat energiaa lämmön ja valon muodossa.
Koska ilmakehässä on vain 21 % happea, on siksi hieman vaikeaa saavuttaa täydellinen palaminen helposti. Tästä syystä aina kun poltamme tavaraa, kuten puuta, paperia ja muita vastaavia hiilivetyjä sisältäviä esineitä, näemme keltaisen liekin, joka on merkki epätäydellisestä palamisesta, eikä täydellisen palamisen reaktiosta.
Alla on muutamia esimerkkejä täydellisen palamisen reaktioista:
Metaanin täydellinen palaminen:
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
Metaani on tässä pelkistävä aine, joka reagoi hapen kanssa, joka on hapettava aine. Näin saamme lopputuotteina hiilidioksidia ja vetyä. On havaittu, että metaani käyttää 2 happimolekyyliä. Se on metaanin tarvitsema vähimmäismäärä happea.
Metanolin täydellinen palaminen:
2CH3OH(g) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 4H2O(g)
Kuten yllä olevassa esimerkissä, myös metanoli on tässä pelkistäjä ja happi toimii hapettimena. Metanoli on monimutkaisempi hiilivety ja vaatii siten enemmän happimolekyylejä ja tuottaa enemmän vettä ja hiilidioksidia.
Aineen täydellinen palaminen antaa suurimman mahdollisen energiamäärän, joka voidaan uuttaa. Tämä johtuu siitä, että kaikki aine on onnistuneesti poltettu.
Tällaista palamista kutsutaan myös "puhtaaksi palamiseksi", koska palamisesta muodostuvat tuotteet eivät saastuta tai vahingoita ympäristöä millään tavalla, koska se on vain hiilidioksidia ja vettä.
Hyvin yleinen esimerkki puhtaasta palamisesta on nestekaasun polttaminen kodeissamme, koska se tuottaa yleensä kirkkaan sinisen liekin eikä savua.
Mikä on epätäydellinen palaminen?
Epätäydellinen palamisreaktio on reaktio, jossa reaktiossa läsnä olevan hapen määrä on riittämätön kuin tarvittava määrä happea, joka tarvitaan reaktion suorittamiseen täydellisesti.
Kuten täydellisissä palamisreaktioissa, lähtöaineilla on sama rooli, jossa happi on hapettava aine ja hiilivedyt pelkistäviä aineita.
Tämäntyyppinen reaktio on enimmäkseen ei-toivottu, koska se vapauttaa hyvin vähän energiaa verrattuna samojen aineiden täydellisiin reaktioihin. Tämä johtuu siitä, että koko aine ei käy läpi palamisreaktiota.
Tälle reaktiolle on pääasiassa ominaista keltainen liekki, jossa on nokisavua. Tämän reaktion päätuotteet ovat vesi ja hiilimonoksidi (CO). Tämä on erittäin negatiivinen tekijä ympäristöllemme, koska häkä lisää ilmaston lämpenemistä ja ilmassa olevat hiilimonoksidihiukkaset aiheuttavat erilaisia hengitystiesairauksia.
Kun kodinkoneet palavat tai syttyvät tuleen, ne käyvät läpi epätäydellisen palamisreaktion. Näin muodostunut myrkyllinen hiilimonoksidi on väritöntä ja hajutonta. Mikä on vaarallista, koska se voi aiheuttaa paljon vahinkoa jo ennen kuin se toteutuu.
Jotkut epätäydellisen palamisen reaktioesimerkit ovat:
Propaani-nestekaasun epätäydellinen palaminen
2 C3H8 + 9 O2 → 4 CO2 + 2 CO + 8 H2O + lämpö
Jotkut ihmiset saattavat ilmoittaa, että tuotteen puolella on hiilidioksidia, ja näin ollen tämä on täydellinen palamisreaktio. On kuitenkin huomattava, että jotta tämä reaktio olisi täydellinen palamisreaktio, siinä ei pitäisi olla yhtäkään hiilimonoksidimolekyyliä.
Hyvin yleinen esimerkki epätäydellisestä palamisesta on hiilen polttaminen. Tämä tuottaa paljon nokea ja savua ja aiheuttaa siten paljon ympäristön pilaantumista. Tästä syystä hiiltä yritetään käyttää rajoitetusti saastetason vähentämiseksi.
Tärkeimmät erot täydellisen ja epätäydellisen palamisen välillä
- Suurin ero täydellisen palamisen ja epätäydellisen palamisen reaktioiden välillä on hapen määrä. Jos määrä on riittävä tai suurempi, se on täydellinen reaktio, ja jos se on vähemmän kuin riittävä, se on epätäydellinen reaktio.
- Täydellisille palamisreaktioille on yleensä tunnusomaista sininen ja savuton liekki. Epätäydellisille palamisreaktioille on ominaista nokinen, savunkeltainen liekki.
- Täydellisen reaktion tuotteet sisältävät pääasiassa hiilidioksidia (CO2) ja vettä (H2O). Epätäydelliset reaktiot tuottavat hiilimonoksidia (CO) ja vettä (H2O).
- Täydellisen palamisreaktion tuotteet ovat ympäristöystävällisiä eivätkä aiheuta saastumista, kun taas epätäydellisen palamisreaktion tuotteet ovat suuria saasteita nykymaailmassa.
- Täydellinen palamisreaktio tuottaa enemmän energiaa kuin epätäydellinen palamisreaktio saman tuotteen kanssa. Tämä johtuu siitä, että täydellinen palamisreaktio hyödyntää koko tuotteen, kun taas epätäydellinen palaminen vain osan siitä.
Johtopäätös
Palamisreaktiot ovat olennainen osa jokapäiväistä elämäämme ja niillä on keskeinen rooli luonnossa. Molemmat edellä käsitellyt palamisreaktiot ovat meille tärkeitä, vaikka täydellinen palamisreaktio saattaa tuntua edullisemmalta kuin epätäydellinen palamisreaktio, koska ne antavat meille suurimman mahdollisen energiamäärän ilman ympäristön saastumista.
Täydellisen palamisreaktion kyky olla tuottamatta ympäristölle myrkyllistä tuotetta, mutta silti tuottaa valtavia määriä energiaa, on löytänyt tiensä autoteollisuuteen. Vedyn ja veden välinen palamisreaktio veden tuottamiseksi on vetyautojen pääperiaate. Polttoaineiden optimaalinen hyödyntäminen ja oikea palaminen voivat edistää ympäristön säästämistä.
