Die Verbrennung ist eine Oxidationsreaktion, bei der Wärme entsteht, und ist daher immer exotherm. Alle chemischen Reaktionen lösen zuerst Bindungen und bilden dann neue, um neue Materialien zu bilden. Das Aufbrechen von Bindungen kostet Energie, während das Herstellen neuer Bindungen Energie freisetzt. Wenn die von den neuen Bindungen freigesetzte Energie größer ist als die Energie, die zum Aufbrechen der ursprünglichen Bindungen benötigt wird, ist die Reaktion exotherm.
Herkömmliche Verbrennungsreaktionen brechen die Bindungen von Kohlenwasserstoffmolekülen, und die resultierenden Wasser- und Kohlendioxidbindungen setzen immer mehr Energie frei, als zum Aufbrechen der ursprünglichen Kohlenwasserstoffbindungen verwendet wurde. Daher erzeugt die Verbrennung von Materialien, die hauptsächlich aus Kohlenwasserstoffen bestehen, Energie und ist exotherm.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Verbrennung ist eine exotherme Oxidationsreaktion, bei der Materialien wie Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff reagieren, um Verbrennungsprodukte wie Wasser und Kohlendioxid zu bilden. Die chemischen Bindungen der Kohlenwasserstoffe brechen und werden durch die Bindungen von Wasser und Kohlendioxid ersetzt. Bei der Erzeugung des letzteren wird mehr Energie freigesetzt, als zum Abbau des ersteren erforderlich ist, sodass insgesamt Energie erzeugt wird. In vielen Fällen ist eine geringe Energiemenge wie Wärme erforderlich, um einen Teil des Kohlenwasserstoffs zu brechen Bindungen, wodurch sich einige neue Bindungen bilden, Energie freigesetzt und die Reaktion selbsttragend.
Oxidation
Allgemein gesprochen ist Oxidation der Teil einer chemischen Reaktion, bei dem die Atome oder Moleküle eines Stoffes Elektronen verlieren. Es wird normalerweise von einem Prozess begleitet, der Reduktion genannt wird. Reduktion ist der zweite Teil der chemischen Reaktion, bei der ein Stoff Elektronen aufnimmt. Bei einer Redox- oder Redoxreaktion werden Elektronen zwischen zwei Stoffen ausgetauscht.
Oxidation wurde ursprünglich für chemische Reaktionen verwendet, bei denen sich Sauerstoff mit anderen Materialien verbindet und diese oxidiert. Wenn Eisen oxidiert wird, verliert es Elektronen an Sauerstoff, um Rost oder Eisenoxid zu bilden. Zwei Eisenatome verlieren je drei Elektronen und bilden positiv geladene Eisen(III)-Ionen. Drei Sauerstoffatome gewinnen jeweils zwei Elektronen und bilden Sauerstoffionen mit negativer Ladung. Die positiv und negativ geladenen Ionen werden voneinander angezogen und bilden Ionenbindungen, wodurch Eisenoxid, Fe. entsteht2Ö3.
Reaktionen ohne Sauerstoffbeteiligung werden auch als Oxidations- oder Redoxreaktionen bezeichnet, solange der Mechanismus des Elektronentransfers vorhanden ist. Wenn sich beispielsweise Kohlenstoff und Wasserstoff zu Methan verbinden, wird CH4, verlieren die Wasserstoffatome jeweils ein Elektron an das Kohlenstoffatom, das vier Elektronen hinzugewinnt. Wasserstoff wird oxidiert, während Kohlenstoff reduziert wird.
Verbrennung
Die Verbrennung ist ein Sonderfall einer chemischen Oxidationsreaktion, bei der genügend Wärme erzeugt wird, um die Reaktion selbsterhaltend, mit anderen Worten, als Feuer zu machen. Feuer müssen im Allgemeinen angezündet werden, aber sie brennen von selbst, bis ihnen der Brennstoff ausgeht.
Bei einem Feuer verbrennen kohlenwasserstoffhaltige Materialien wie Holz, Propan oder Benzin unter Bildung von Kohlendioxid und Wasserdampf. Die Kohlenwasserstoffbindungen müssen zuerst aufgebrochen werden, damit sich die Wasserstoff- und Kohlenstoffatome mit Sauerstoff verbinden können. Ein Feuer zu entfachen bedeutet, die anfängliche Energie in Form einer Flamme oder eines Funkens bereitzustellen, um einige der Kohlenwasserstoffbindungen zu brechen.
Sobald die anfängliche Startenergie zu gebrochenen Bindungen und freiem Wasserstoff und Kohlenstoff führt, reagieren die Atome mit Sauerstoff in der Luft zu Kohlendioxid, CO2, und Wasserdampf, H2Ö. Die bei der Bildung dieser neuen Bindungen freigesetzte Energie erhitzt die verbleibenden Kohlenwasserstoffe und bricht weitere Bindungen. An diesem Punkt wird das Feuer weiter brennen. Die resultierende Verbrennungsreaktion ist stark exotherm, wobei die genaue Wärmemenge abhängig vom Brennstoff und dem Energieaufwand ist, um seine Bindungen zu lösen.