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燃燒
圖片來自pttnews

燃燒是物體快速氧化,產生的過程。

燃燒的本質是氧化還原反應。廣義燃燒不一定要有氧氣參加,任何發光、發熱、劇烈的氧化還原反應,都可以叫燃燒。

種類

完全燃燒和不完全燃燒

完全燃燒

完全燃燒是指燃料和充量的助燃物完全進行燃燒反應。當碳氫化合物[1] 在氧氣中燃燒時,一般會產生二氧化碳。化學元素在燃燒時多半會生成氧化物﹐例如碳會變成二氧化碳﹐硫會變成二氧化硫﹐鐵會變成氧化鐵。若助燃物是氧氣時,氮一般是視為不會燃燒,但若助燃物是空氣時,會形成少量的氮氧化物x)。

燃燒後的產物不一定是氧化數最高的氧化數,而且形成的氧化數和溫度有關。例如將硫在空氣中燃燒,不容易形成三氧化硫。在溫度超過2800|F時,會開始產生|x,更高溫時的x更多。x的量也會隨氧過量的比例而變。

本質

連鎖反應理論

近代的連鎖反應理論將燃燒解釋為游離基鏈式反應,在反應過程中發光、放熱。這個理論將燃燒的鏈式反應分為三個階段:「鏈引發」、「鏈傳遞」、「鏈終止」。

鏈引發階段即產生游離基並形成反應鏈的階段。產生游離基的方法有很多,包括但不限於點燃光照輻射催化加熱。少數物質間會自發化合引發燃燒,如氟氣氫氣在冷暗處就能劇烈燃燒引發爆炸。

鏈傳遞階段,游離基反應的同時又產生更多的游離基,使燃燒持續甚至擴大。

鏈終止階段,游離基失去能量或者所有物質反應盡,沒有新游離基產生而使反應鏈斷裂,反應結束。

補充

燃燒需要三種要素並存才能發生,分別是可燃物如燃料、助燃物如氧氣、以及溫度要達到燃點。燃燒三要素並稱為火三角。助燃物是燃燒反應中的氧化劑,氧氣是燃燒反應中最常見的助燃物,但其他化合物也可能是助燃物,例如鎂帶可以在二氧化碳中燃燒,此時二氧化碳即為助燃物。

在一個完整的燃燒反應中,一物質和氧化劑(如氧氣、氟氣)反應,其生成物為燃料的各元素氧化反應後的產物。例如:

CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O +能量
CH2S + 6F2 -> CF4 + 2HF + SF6
2H2 + O2 -> 2H2O + 能量

然而在真實情況下不可能達到完整的燃燒反應。當燃燒反應達到化學平衡時,會產生多種主要和次要產物;例如燃燒時會產生一氧化碳和煤煙。此外,在大氣中發生燃燒反應時,因為大氣中含有78%的氮氣的緣故,會產生各式各樣的氮氧化物氮化物

參考文獻

  1. 碳氫化合物,愛學網