Potpuno izgaranje je kemijska reakcija u kojoj se u potpunosti troše svi atomi ugljika u određenoj tvari. “Izgaranje” se obično shvaća kao sinonim za “spaljivanje”, iako je kemijska definicija obično daleko šira od jednostavnog izgaranja plamenom ili vatrom. Požari su svakako oblik izgaranja i mogu rezultirati potpunim izgaranjem drva i drugih tvari. No, postoji i niz drugih mogućnosti. Sa znanstvenog stajališta, ova vrsta reakcije događa se svaki put kada su zajedno prisutni kisik, toplina i bilo koja vrsta goriva koje sadrži ugljik. Atomi ugljika vežu se s atomima kisika tako da su točno upareni, a toplina pokreće pretvorbu – obično u ugljični dioksid i vodu, ali to može ovisiti o kemijskom sastavu elemenata na početnoj točki.
Ako u atmosferi nema dovoljno kisika da odgovara svakom atomu ugljika, izgaranje je obično nepotpuno, što znači da pretvorba dio materijala pretvara u plin, ali ne cijeli. Količina topline potrebna za reakciju u oba slučaja obično ovisi o gorivu, budući da temperatura mora biti na ili iznad praga gorenja tog materijala da bi se reakcija uopće dogodila.
Općenito razumijevanje izgaranja
Mnogi materijali i svi oni koji održavaju život smatraju se “baziranim na ugljiku”. Ugljik je element koji je gotovo sveprisutan, slično kao kisik. Svaki spoj koji sadrži ugljik ima ono što je poznato kao “temperatura paljenja”, što je temperatura na kojoj će izgorjeti. Različiti spojevi imaju različite pragove, ali toplina je uvijek prvi zahtjev. Ponekad ta toplina može biti jako mala, poput one koja nastaje trenjem kada šibica udari o hrapavu površinu; u mnogim slučajevima ipak mora biti puno veća.
Nakon što je materijal izložen toplini iznad temperature paljenja, atomi ugljika počinju se preuređivati. Poklapaju se s kisikom u atmosferi i događa se mala reakcija na atomskoj razini koja, gledano izvana, često može biti prilično dramatična. Ponekad cijela stvar gori u plamenu, ili se može činiti da se brzo topi ili otapa; mogao bi se podignuti u dim i ponekad napraviti buku poput praska ili praska. Puno toga ovisi o uključenim tvarima, kao io tome što još sadrži spoj za izgaranje osim jednostavnog ugljika. Ovi sekundarni elementi obično su uključeni prema zadanim postavkama.
Što izgaranje čini “potpunim”
Kada znanstvenici govore o “potpunom” sagorijevanju, obično govore o događaju u kojem reakcija proždire sve. Da bi se to dogodilo, mora biti dovoljno dostupnog kisika za svaki atom ugljika u spoju kako bi se pronašao podudaranje ili par u zraku okoliša. Većinu vremena to nije problem; atmosfera obično sadrži mnogo kisika. Obično postoji nedostatak samo kada se reakcija dogodi negdje neobičnije; pod zemljom u špilji, na primjer, na vrlo velikoj nadmorskoj visini, ili u laboratoriju gdje su uvjeti umjetno kontrolirani.
Nepotpune alternative
Savršen omjer ugljika i kisika također se naziva stehiometrijskim ili nultim izgaranjem viška zraka. Izgaranje se još uvijek može dogoditi kada je omjer neuravnotežen, ali u tim okolnostima obično nešto ostane – što će reći, cijeli spoj se ne pretvara u plin niti na drugi način mijenja oblik. U većini slučajeva to je poznato kao nepotpuno izgaranje. Proces je isti do krajnje točke; ugljik i kisik se poklapaju koliko god mogu, a zatim ostavite ostatak manje-više netaknutim.
Propan kao model
Izgaranje propana služi kao primjer ugljikovodika koji se obično spaljuje u kućanstvu. Obično do izgaranja propana dolazi kada je plin u mješavini zraka između 2.2 posto i 9.6 posto. Ovaj raspon naziva se “granice zapaljivosti” propana. Pravilno funkcionirajući uređaj na propan koji proizvodi idealno opekotine obično će ispuštati plavi plamen.
Nepotpuno izgaranje propana događa se kada je omjer miješanja veći ili niži od idealnog omjera, ali se još uvijek događa unutar granica zapaljivosti. Ako je omjer propana i zraka manji od idealnog omjera, pojavit će se “slabost”, o čemu svjedoči plamen koji se čini da se diže od plamenika ili gasi. Alternativno, “bogato izgaranje” događa se kada je omjer propana i zraka veći od idealnog omjera, a može se prepoznati po većim plamenovima koji su žuti, a ne plavi. Nepotpuno izgaranje propana ili drugih ugljikovodika obično će rezultirati oslobađanjem ugljičnog monoksida, što je izuzetno ozbiljna opasnost za okoliš i zdravlje ljudi i većine životinja. Ugljični monoksid je bez mirisa i ne može se otkriti bez posebnih senzora, ali je često smrtonosan ako se udiše dulje vrijeme.