2023 مؤلف: Jake Johnson | [email protected]. آخر تعديل: 2023-05-24 23:12
الاحتراق هو تفاعل كيميائي طارد للحرارة ، أي أنه يطلق الحرارة في البيئة. هذا النوع من التفاعل شائع جدًا لأن معظم الطاقة التي نستهلكها مستمدة من حرق المواد: الوقود.
مثال: يتم تصنيف غاز الطهي والبنزين والزيوت وغيرها ، وكلها يتم الحصول عليها من تقطير البترول ، على أنها هيدروكربونات. تتكون هذه المركبات فقط من الكربون والهيدروجين ولكي يحدث الاحتراق ، من الضروري وجود وقود: غاز الأكسجين.
في تفاعل احتراق الهيدروكربونات ، يحدث تكوين غاز الكربون (CO2) والماء ، يتم إطلاق الطاقة في شكل حرارة. لنلقِ نظرة على معادلة الاحتراق:
H + O2==> ثاني أكسيد الكربون + H2O
التفاعل ينتج فقط ثاني أكسيد الكربون والماء ، عندما يتم حرق عناصر مثل الكربون والنيتروجين والكبريت والحديد ، فإنها تؤدي إلى ظهور أكاسيد: سيؤدي احتراق الكربون إلى توليد ثاني أكسيد الكربون ، وسيؤدي احتراق النيتروجين إلى الارتفاع إلى ثاني أكسيد النيتروجين ، سيؤدي حرق الكبريت إلى توليد ثاني أكسيد الكبريت ، وسيؤدي حرق الحديد إلى توليد أكسيد الحديد الثالث.
لكن لسوء الحظ ، فإن الوقود المهم للغاية في حياتنا يؤدي أيضًا إلى حدوث مآسي عندما ينتهي بهم الأمر كحرائق ، ولكي يحدث هذا ، هناك ثلاثة عوامل ضرورية:
- الحرارة
- وجود وقود
- وجود مؤكسد
لمنع و إطفاء حريق لا بد من القضاء على أحد العناصر الثلاثة المذكورة ، و يمكن القضاء عليه من خلال:
التبريد: يستخدم الماء لخفض درجة الحرارة:
الاختناق: تستخدم الأغطية لمنع ملامسة غاز الأكسجين من الهواء كوقود.
إزالة من الوقود: هناك عدة أنواع من طفايات الحريق ويتم استخدامها حسب أصل الوقود:
- المواد الصلبة: الفحم والخشب والبارود
- السوائل: البنزين ، الكحول ، الأثير ، الزيت
- غازي: الميثان ، الإيثان ، الإيثيلين
احتراق الكربون
احتراق الكربون يُعطى بواسطة:
هذه المعادلة تعني أن مولًا واحدًا من الكربون يتفاعل مع مول واحد من الأكسجين ليشكل مولًا واحدًا من ثاني أكسيد الكربون ، ويطلق الطاقة.
تعني أيضًا أن 12 كيلوجرامًا من الكربون تتفاعل مع 32 كيلوجرامًا من الأكسجين لتوليد 44 كيلوجرامًا من ثاني أكسيد الكربون ، وتطلق 109 كيلو واط / ساعة من الطاقة الحرارية (9.09 كيلو واط / كجم)
من وجهة نظر بيئية ، ينتج عن هذا التفاعل 3.66 كيلوجرام من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوغرام من الكربون ، أو 0.403 كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون / كيلوواط ساعة.
احتراق الميثان
الميثان هو أبسط هيدروكربون وعندما يتم حرق الهيدروكربون ، يتأكسد كل من الكربون والهيدروجين إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. في حالة الميثان ، سيتبع الاحتراق المعادلة التالية:
في هذه الحالة ، ينتج عن 16.04 كجم من الميثان 44 كجم من ثاني أكسيدمن الكربون. بمعنى آخر ، يتم توليد 2.74 كجم فقط من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلوغرام من الميثان. هذا يمثل 25٪ أقل من ثاني أكسيد الكربون لكل كيلو من الوقود مقارنة بالكربون.
من وجهة نظر الطاقة ، يولد 16.04 كيلوجرام من الميثان 222.6 كيلو واط / ساعة لكل كيلوجرام من الوقود (13.88 كيلو واط / كجم).
هذا يعني أن الميثان يولد حوالي نصف ثاني أكسيد الكربون الناتج عن احتراق الكربون. من المهم ملاحظة أن هذا الرقم لا يأخذ في الحسبان كفاءة المحركات الحرارية.
