אנו מסבירים מהי בעירה, כיצד היא מתרחשת ומהם שלבי התגובה. כמו כן, סיווג ודוגמאות.
בעירה היא תגובה כימית המשחררת אנרגיית אור וחום.מהי בעירה?
בעירה היא סוג של תגובה כימית אקסותרמית. יכול לערב חוֹמֶר ב מצב גזי או במצב הטרוגני (גז נוזלי או גז מוצק). לִיצוֹר אוֹר י חוֹם ברוב המקרים, וזה מתרחש במהירות רבה.
באופן מסורתי, בעירה מובנת כתהליך של חִמצוּן מהירות של יסודות דלק מסוימים, כלומר מורכבים בעיקר ממימן, פחמן ולפעמים גופרית. יתר על כן, זה בהכרח מתרחש בנוכחות חמצן.
למעשה, הבעירות כן תגובות חיזור (צמצום-חמצון) שיכול להתרחש גם בצורה מבוקרת, כמו במנועי בעירה פנימית, וגם לא מבוקר, כמו פיצוצים. תגובות אלו כרוכות בהחלפה של אלקטרונים בין ה אטומים של חומר במהלך התגובה.
רוב הזמן נוצרות הבעירות אנרגיית תרמית י אוֹר והם גם מייצרים חומרים גזים ומוצקים אחרים, כגון פחמן דו חמצני (CO2) ו קיטור מים, או השאריות המוצקות של הדלק (החומר הנצרך בתגובה) ושל ה מְחַמצֵן (החומר שמקדם את התגובה). החומרים הנוצרים תלויים באופי הכימי של הריאגנטים המעורבים בבעירה.
באופן זה, למרות שבדימוי הבעירה המסורתי תמיד מעורבת אש, ייתכן שלא נוצרת אש, שכן היא לא יותר מאשר צורה של פְּלַסמָה (גז מיונן) תוצר של שחרור חום מה תגובה כימית של בעירה, שתיווצר תלוי בתנאים ובמגיבים של כל תגובה ספציפית.
כיצד מתבצעת בעירה?
בעירה תמיד נוצר CO2, אדי מים, אנרגיה ועוד תרכובת.בעירה היא סוג של תגובת חיזור, כלומר תגובת הפחתה-חמצון. המשמעות היא שבהן מגיב אחד מתחמצן (מאבד אלקטרונים), ואילו השני מצטמצם (מקבל אלקטרונים).
במקרה של בעירה, הגורם המחמצן (חמצן) משיג אלקטרונים מהחומר המצמצם (דלק), או מה שהוא אותו הדבר, המחמצן (חמצן), משיג אלקטרונים מהדלק. זה ניתן בדרך כלל לפי הנוסחה הבאה:
תרכובות בעירה יכולות להשתנות בכל תגובת בעירה, בהתאם לאופי שלהן, בדיוק כפי שרמות הדלק יכולות להשתנות. אֵנֶרְגִיָה נוצר. אבל פחמן דו חמצני ומים מיוצרים בדרך כלשהי בכל הבעירות.
סוגי בעירה
ישנם שלושה סוגי בעירה:
- בעירה מלאה או מושלמת. הן אותן תגובות שבהן החומר הדליק מחומצן לחלוטין (נצרך) ומיוצרות תרכובות מחומצנות אחרות, כגון פחמן דו חמצני (CO2) או דו תחמוצת הגופרית (SO2), לפי המקרה, ומים (H2O).
- שריפות סטוכיומטריות או ניטרליות. זהו השם שניתן לשריפות השלמות האידיאליות, המשתמשות בדיוק בכמויות הנכונות של חמצן לתגובה שלהן, ומתרחשות בדרך כלל רק ב סביבה נשלט ממעבדה.
- שריפות לא שלמות. הן אותן תגובות שבהן מופיעות בגזי הבעירה תרכובות שאינן מחומצנות לחלוטין (נקראות גם לא שרופות). תרכובות כאלה יכולות להיות פחמן חד חמצני (CO), מימן, חלקיקי פחמן וכן הלאה.
תגובת בעירה
תהליכי בעירה כוללים למעשה סט של תגובות כימיות מהירות ובו-זמניות. כל אחת מהתגובות הללו יכולה להיקרא שלב או שלב. שלושת השלבים הבסיסיים של הבעירה הם:
- קדם תגובה או שלב ראשון. ה פחמימנים הנמצאים בחומר הדליק מתפרקים ומתחילים את התגובה שלהם עם החמצן שב אוויר, יוצרים רדיקלים (תרכובות לא יציבות מבחינה מולקולרית). זה מתחיל תגובת שרשרת של הופעה והיעלמות של תרכובות כימיות שבו, באופן כללי, נוצרות יותר תרכובות מאשר מתפרקות.
- חמצון או שלב שני. בשלב זה נוצרת רוב אנרגיית החום של התגובה. כאשר חמצן מגיב עם הרדיקלים מהשלב הקודם, תהליך של תְזוּזָה אלים של אלקטרונים. במקרה של פיצוצים, מספר גבוה של רדיקלים מוביל לתגובה מסיבית ואלימה.
- סוף תגובה או שלב שלישי. זה מתרחש כאשר החמצון של רדיקלים הושלם וה מולקולות יציב שיהווה תוצרי בעירה.
דוגמאות לבעירה
כמה דוגמאות פשוטות לבעירה בחיי היומיום הן:
- הדלקת גפרור/גפרור. זהו מקרה הבעירה הסמלי ביותר. כאשר ראש הזרחן (המכוסה בזרחן וגופרית) מגורד על משטח מחוספס, הוא מחומם על ידי חיכוך ומפעיל בעירה מהירה, אשר בתורה מייצרת להבה קצרה.
- הדלקת כיריים גז. מטבחים ביתיים פועלים בדרך כלל על ידי שריפת גז פחמימני תַעֲרוֹבֶת של פרופאן (C3H8) ובוטאן (C4H10), שהמכשיר שואב מצינור או מכל. מונח במגע עם אוויר ומסופק במטען ראשוני של אנרגיית חום (כגון להבת טייס, או זו של זרחן), הגז מתחיל את תגובתו; אבל כדי לשמור על הלהבה בוערת, יש לספק דלק ברציפות.
- יסודות חזקים ו חומר אורגני. רוב ה בסיסים חזק (hydroxides) כגון סודה קאוסטית, אשלג קאוסטית ועוד pH בסיסיים ביותר, הם יוצרים תגובות חמצון אלימות כאשר הם באים במגע עם חומר אורגני. משמעות הדבר היא שאנו יכולים להישרף ממגע עם חומרים אלו ואף להדליק איתם שריפות, שכן תגובות אלו הן בדרך כלל מאוד אקסותרמיות.
- מנועי בעירה פנימית. מכשירים אלו קיימים במכוניות, סירות וכלי רכב אחרים הפועלים עם דלקים מאובנים כגון סולר, בנזין או נפט. הם דוגמה לשימוש בעירה מבוקרת. בהם צורכים הפחמימנים שבדלק ונוצרים פיצוצים קטנים שבתוך מערכת הבוכנה הופכים ל תְנוּעָה, מייצרים גם גזים מזהמים, המשתחררים לתוך ה אַטמוֹספֵרָה.