Reakcija izgaranja odvija se kada gorivo i oksidacijsko sredstvo, odnosno oksidans, reagiraju, oslobađajući energiju u obliku topline, a ponekad i svjetlosti. Najpoznatiji procesi ovog tipa uključuju izgaranje organskih materijala koji sadrže ugljik i vodik, koji se spajaju s kisikom u zraku i tvore ugljični dioksid i vodu. Ovdje je gorivo nešto poput drva, benzina ili ugljena, a oksidans je kisik. Međutim, moguće su mnoge druge vrste reakcija izgaranja. Reakcije ovog tipa bitne su za život i iskorištavaju se za proizvodnju energije, toplinu, pokretanje motornih vozila i na mnoge druge načine.
Oksidacija
Oksidacija je kemijski proces u kojem se elektroni uklanjaju iz tvari, oslobađajući energiju. Pojam dolazi iz činjenice da najpoznatiji primjeri uključuju tvari koje se spajaju s kisikom, koji u tom procesu dobiva elektrone. Drugi elementi, međutim, također mogu djelovati kao oksidanti. Na primjer, element fluor je snažniji oksidans od kisika. Proces se može odvijati iznimno brzo, što može rezultirati eksplozijom u kojoj se sva energija oslobađa gotovo trenutno, a vrući plin se silovito širi stvarajući tlačni val i glasnu buku. Alternativno, može se dogoditi umjereno brzo, kao u slučaju požara, ili mnogo sporije, kao u slučaju hrđe željeza.
Spontano izgaranje
Obično se mora isporučiti nešto energije da bi se pokrenula reakcija izgaranja. To može biti jednostavno paljenje šibice ili stvaranje iskre. Nakon toga, reakcija je samoodrživa, što znači da energija oslobođena iz same reakcije ju održava.
U nekim slučajevima, međutim, može biti dovoljno energije na sobnoj temperaturi, ili čak niže, za nastavak reakcije. Sve ovisi o oksidansu i gorivu: ako je oksidacijsko sredstvo dovoljno snažno i gorivo se lako zapali, mogu se zapaliti kada se pomiješaju, bez potrebe za dovodom topline. To je poznato kao spontano izgaranje. S jakim oksidantima stoga treba postupati vrlo oprezno, jer mogu uzrokovati požar ili eksploziju ako dođu u dodir sa zapaljivim materijalima.
Proizvodi izgaranja
Budući da izgaranje obično uključuje elemente u gorivu koji se spajaju s kisikom, proizvodi su obično oksidi. U organskim tvarima, ugljik i vodik općenito se spajaju s kisikom kako bi nastali ugljični dioksid (CO2) i voda (H2O). Druge tvari, međutim, također mogu izgorjeti. Na primjer, sumpor i fosfor lako izgaraju, stvarajući okside. Metali, ako su u prahu, također će izgorjeti, tvoreći okside i često stvarajući briljantno svjetleći plamen – magnezij, aluminij i drugi metali se često koriste u vatrometima iz tog razloga.
Često je reakcija izgaranja koja uključuje organske materijale nepotpuna. U slučaju drva, na primjer, dio nezapaljenog ugljika oslobađa se u obliku sitnih čestica u obliku dima, a dio obično ostaje kao drveni ugljen. Kada nema dovoljno kisika na raspolaganju za oksidaciju cijelog ugljika u nekim gorivima u ugljični dioksid (CO2), može se proizvesti drugi plin koji se zove ugljični monoksid (CO). Kada se to dogodi u zatvorenom prostoru, kao što bi mogao biti slučaj s neispravnim bojlerom, posljedice mogu biti kobne, jer je CO otrovan i bez mirisa.
Čimbenici koji utječu na zapaljivost
Osim kemijskih čimbenika, kao što su reaktivnost goriva i oksidansa, postoji niz fizičkih čimbenika koji utječu na zapaljivost. Jedna od njih je površina goriva koja dolazi u dodir s oksidansom. U normalnim okolnostima nije moguće izgorjeti komad željeza, ali u obliku izuzetno finog praha, ovaj metal će se spontano zapaliti na zraku.
Tekuća goriva zapravo ne izgaraju, iako se često čini da izgaraju. Zapaljuje se para koju oslobađa gorivo, pa je zapaljivost tekućine dijelom ovisna o količini pare koju proizvodi. Temperatura na kojoj u zraku ima dovoljno pare da se ona zapali poznata je kao točka paljenja; ovo je važna informacija za skladištenje i rukovanje zapaljivim tekućinama
Stanično disanje
Ovo je proces kojim stanice u živim organizmima oksidiraju hranjive tvari poput ugljikohidrata u ugljični dioksid i vodu. Budući da su krajnji proizvodi isti kao i oni koji bi se proizveli kada bi se te sirovine spalile, ukupna reakcija se može smatrati izgaranjem, ali budući da se odvija u nizu zasebnih koraka, mnogo je sporija od onoga što se inače podrazumijeva. ovim terminom. Ipak, još uvijek proizvodi toplinu i pomaže u održavanju tjelesne temperature. U dobro poznatoj demonstraciji, mala količina šećera pomiješa se s jakim oksidantom i zapali, uzrokujući da gori dovoljno žestoko da otopi staklo, pokazujući koliko je energije zaključano u molekulama šećera. U tijelu se ta energija oslobađa puno sporije, ali princip je isti.
Koristi
Prvi je čovjek najprije koristio vatru za zagrijavanje, a potom i za kuhanje hrane, što je praksa koja je ubijala štetne mikroorganizme i parazite. Industrijska revolucija ovisila je o izgaranju goriva – u početku drva, a zatim fosilnih goriva kao što su ugljen i nafta – kako bi se osigurala toplina potrebna za taljenje metala. Danas se izgaranje koristi za proizvodnju električne energije i proizvodnju širokog spektra kemikalija i proizvoda, a motor s unutarnjim izgaranjem također koristi brzo sagorijevanje fosilnog goriva kako bi osigurao kinetičku energiju koja pokreće automobile i druga vozila.