Förbränning: fullständig och ofullständig

Det här är Michaels nya stormkök. Vi använder det i ett experiment! Öppna gasventilen så att gasen börjar röra sig från behållaren till brännaren. Än så länge finns ingen låga. Ta en värmekälla, som en tänd tändsticka, och tänd brännaren. En låga uppstår! Men om du täcker över stormköket med en kåpa, och tar bort lufttillförseln, släcks lågan.

Och om du tar av kåpan, stänger av gasen och för en tänd tändsticka till brännaren, börjar det förstås inte brinna! Eld behöver tre saker: värme för att tända elden och hålla den vid liv, bränsle som kan brinna, och syre från luften. Om du tar bort någon av de tre, dör elden ut. Varför? Eld är en kemisk reaktion som kallas förbränning.

Som alla kemiska reaktioner behöver förbränning ämnen som kan reagera – reaktanter, den behöver rätt förutsättningar för att kunna ske, och den producerar nya ämnen – produkter. I vårt experiment är en av reaktanterna bränslet, närmare bestämt metan. När så mycket värme tillförs att metanet uppnår antändningstemperatur, börjar det reagera med syret i luften. Förbränning är en snabb oxidationsreaktion, och den bildar ämnen som innehåller syre – oxider. Om det finns gott om syre att reagera med, blir produkterna av metanets förbränning koldioxid och vatten.

Formeln för reaktionen ser ut så här: en molekyl av metan, som består av en kolatom och fyra väteatomer, reagerar med två molekyler syrgas, som består av två syreatomer vardera. Då bildas en molekyl av koldioxid, som består av en kolatom och två syreatomer, och två vattenmolekyler, bestående av två väteatomer och en syreatom vardera. Det här är ett exempel på en fullständig förbränning som sker med tillräcklig tillförsel av syre. Vad händer om det inte finns tillräckligt med syre, som när stormkökets brännare täcktes över? När det finns för lite syre för att varje metanmolekyl ska kunna reagera med två syrgasmolekyler, kan inte både koldioxid och vatten bildas.

En ofullständig förbränning sker. Vi antar att det finns precis rätt mängd syre för att varje metanmolekyl ska kunna reagera med tre syreatomer, det vill säga en och en halv syrgasmolekyl. Men i en reaktionsformel kan vi inte ha halva molekyler, så vi dubblar antalet av båda reaktanterna: två metanmolekyler reagerar med tre syrgasmolekyler. Totalt är det två kolatomer, åtta väteatomer och sex syreatomer som ska kombineras om. Fyra av syreatomerna, tillsammans med två väteatomer vardera, bildar fyra vattenmolekyler.

Då har vi två kolatomer och två syreatomer kvar. Varje kolatom kombineras med en syreatom, och bildar två molekyler av kolmonoxid. Men vad händer om det bara finns en syrgasmolekyl tillgänglig för varje metanmolekyl? I det fallet kombineras väte fortfarande med syre och bildar vattenmolekyler, men det finns inget syre kvar som kolatomerna kan gå ihop med för att bilda en oxid! Det här är också en ofullständig förbränning.

Produkterna är vatten och kol, som avges som sot. Både fullständiga och ofullständiga förbränningsreaktioner frigör också energi i form av värme och ljus; fullständig förbränning i större utsträckning än ofullständig. Värme som frigörs i reaktionen gör att förbränningen kan fortlöpa. Förbränning är en kemisk reaktion, initierad av värme, när ett ämne – bränslet – reagerar med syre. Det är en snabb oxidationsreaktion vid hög temperatur, som avger energi i form av värme och ljus.

Bränslet genomgår en fullständig förbränning om syretillförseln är riklig. Bränslet genomgår en ofullständig förbränning om syretillförseln är otillräcklig.