Verbranding is een chemische reactie dat gebeurt tussen een brandstof en een oxidatiemiddel dat energie produceert, meestal in de vorm van warmte en licht. Verbranding wordt beschouwd als een exergonisch of exotherm chemische reactie. Het staat ook bekend als branden. Verbranding wordt beschouwd als een van de eerste chemische reacties die opzettelijk door mensen worden gecontroleerd.
De reden waarom verbranding warmte afgeeft, is omdat de dubbele binding tussen zuurstofatomen in O2 is zwakker dan de enkelvoudige obligaties of andere dubbele obligaties. Dus hoewel energie wordt geabsorbeerd in de reactie, komt het vrij wanneer de sterkere bindingen worden gevormd om koolstofdioxide (CO2) en water (H2O). Hoewel de brandstof een rol speelt in de energie van de reactie, is deze in vergelijking klein omdat de chemische bindingen in de brandstof vergelijkbaar zijn met de energie van de bindingen in de producten.
Mechanica
Verbranding treedt op wanneer brandstof en een oxidatiemiddel reageren om geoxideerde producten te vormen. Meestal moet er energie worden geleverd om de reactie te starten. Zodra de verbranding begint, kan de vrijgekomen warmte de verbranding zelfvoorzienend maken.
Overweeg bijvoorbeeld een houtvuur. Hout in aanwezigheid van zuurstof in de lucht ondergaat geen spontane verbranding. Er moet energie worden geleverd, zoals bij een brandende lucifer of blootstelling aan hitte. Wanneer de activeringsenergie voor de reactie beschikbaar is, komt de cellulose (een koolhydraat) in hout reageert met zuurstof in de lucht om warmte, licht, rook, as, koolstofdioxide, water en andere te produceren gassen. Door de warmte van het vuur kan de reactie doorgaan totdat het vuur te koel wordt of de brandstof of zuurstof op is.
Voorbeeldreacties
Een eenvoudig voorbeeld van een verbrandingsreactie is de reactie tussen waterstofgas en zuurstofgas om waterdamp te produceren:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O (g)
Een meer bekend type verbrandingsreactie is de verbranding van methaan (een koolwaterstof) om kooldioxide en water te produceren:
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
wat leidt tot een algemene vorm van een verbrandingsreactie:
koolwaterstof + zuurstof → kooldioxide en water
Oxidanten
De oxidatiereactie kan worden gezien in termen van elektronenoverdracht in plaats van het element zuurstof. Chemici herkennen verschillende brandstoffen die kunnen werken als oxidatiemiddelen voor verbranding. Deze omvatten zuivere zuurstof en ook chloor, fluor, lachgas, salpeterzuur en chloortrifluoride. Zo verbrandt waterstofgas, waarbij warmte en licht vrijkomen, wanneer het reageert met chloor om waterstofchloride te produceren.
Katalyse
Verbranding is meestal geen gekatalyseerde reactie, maar platina of vanadium kan als katalysator werken.
Compleet versus onvolledige verbranding
Verbranding zou "volledig" zijn wanneer de reactie een minimaal aantal producten oplevert. Als methaan bijvoorbeeld reageert met zuurstof en alleen kooldioxide en water produceert, is het proces een volledige verbranding.
Onvolledige verbranding treedt op wanneer er onvoldoende zuurstof is om de brandstof volledig om te zetten in kooldioxide en water. Er kan ook een onvolledige oxidatie van een brandstof optreden. Het treedt ook op wanneer pyrolyse plaatsvindt vóór verbranding, zoals het geval is bij de meeste brandstoffen. Bij pyrolyse ondergaat organisch materiaal thermische afbraak bij hoge temperaturen zonder te reageren met zuurstof. Onvolledige verbranding kan veel extra producten opleveren, waaronder verkoling, koolmonoxide en aceetaldehyde.