Palamisreaktio, toisinaan lyhenne RXN, on mikä tahansa reaktio, jossa palava materiaali yhdistyy hapen kanssa tai hapetetaan. Yleisin palamisreaktio on tulipalo, jossa hiilivedyt palavat ilmassa hiilidioksidin, vesihöyryn, lämmön, valon ja usein tuhkan tuottamiseksi. Vaikka muut kemialliset reaktiot voivat tuottaa lämpöä, palamisreaktioilla on aina erityisiä ominaisuuksia, joiden on oltava läsnä, jotta reaktio olisi todellinen palamisreaktio.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Palamisreaktio on kemiallinen reaktio, jossa materiaali yhdistyy hapen kanssa valon ja lämmön tuottamiseksi. Yleisimmissä palamisreaktioissa hiilivetyä sisältävät materiaalit, kuten puu, bensiini tai propaani, palavat ilmassa hiilidioksidin ja vesihöyryn vapauttamiseksi. Muut palamisreaktiot, kuten magnesiumin polttaminen magnesiumoksidin tuottamiseksi, kuluttavat aina happea, mutta eivät välttämättä tuota hiilidioksidia tai vesihöyryä.
Kuinka palaminen tapahtuu
Palamisreaktion etenemiseksi on oltava läsnä palavia materiaaleja ja happea sekä ulkoista energialähdettä palamisen aloittamiseksi. Vaikka osa materiaalista räjähtää spontaanisti, kun se tuodaan yhteen happikaasun kanssa, useimmat aineet tarvitsevat kipinän tai muun energialähteen palamisen aloittamiseksi. Kun palamisreaktio alkaa, reaktion tuottama lämpö riittää pitämään sen käynnissä.
Esimerkiksi kun käynnistät puupalon, puun hiilivedyt yhdistyvät ilmassa olevan hapen kanssa muodostaen hiilidioksidia ja vesihöyryä vapauttaen energiaa lämmön ja valon muodossa. Tulen käynnistämiseen tarvitaan ulkoinen energialähde, kuten tulitikku. Tämä energia katkaisee olemassa olevat kemialliset sidokset siten, että hiili-, vety- ja happiatomit voivat reagoida.
Palamisreaktio vapauttaa paljon enemmän energiaa kuin tarvitaan kemiallisten sidosten rikkomiseksi. Tämän seurauksena puu jatkaa polttamista, kunnes hiilivedyt ovat loppuun kuluneet. Puun kaikki hiilivedytön epäpuhtaudet kertyvät tuhkaksi. Märkä puu ei palaa hyvin, koska märän puun veden muuttaminen höyryksi kuluttaa energiaa. Jos kaikki palamisreaktion tuottama energia käytetään puun veden höyrystämiseen, ketään ei jää pitämään reaktiota käynnissä, ja tuli sammuu.
Esimerkkejä polttoreaktioista
Metaanin, maakaasun pääkomponentin, palaminen on esimerkki tyypillisestä palamisreaktiosta. Maakaasulla toimivissa uuneissa ja uuneissa on merkkivalo tai kipinä palamisreaktion aloittamiseksi tarvittavan ulkoisen energian tuottamiseksi.
Metaanilla on kemiallinen kaava CH4ja se palaa ilman happimolekyyleillä, kemiallinen kaava O2. Kun nämä kaksi kaasua joutuvat kosketuksiin, palaminen ei ala, koska molekyylit ovat stabiileja. Kipinän tai pilottivalon sisällä yksittäinen happisidos ja neljä metaanisidosta katkeavat, ja yksittäiset atomit reagoivat muodostaen uusia sidoksia.
Kaksi happiatomia reagoi hiiliatomin kanssa muodostaen hiilidioksidimolekyylin, ja kaksi muuta happiatomia reagoi neljän vetyatomin kanssa muodostaen kaksi vesimolekyyliä. Kemiallinen kaava on CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O. Uusien molekyylien muodostuminen vapauttaa huomattavan määrän energiaa lämmön ja valon muodossa.
Magnesiumin palaminen ei vapauta hiilidioksidia tai vesihöyryä, mutta se on silti palamisreaktio, koska se on palavan materiaalin eksoterminen reaktio hapen kanssa. Magnesiumin sijoittaminen ilmaan ei riitä palamisen aloittamiseen, mutta kipinä tai liekki rikkoo ilmassa olevien happimolekyylien sidokset reaktion etenemisen mahdollistamiseksi.
Magnesium yhdistyy ilman hapen kanssa muodostaen magnesiumoksidia ja ylimääräistä energiaa. Reaktion kemiallinen kaava on O2 + 2Mg = 2MgO, ja ylimääräinen energia vapautuu voimakkaan lämmön ja kirkkaan, valkoisen valon muodossa. Tämä esimerkki osoittaa, että kemiallinen reaktio voi olla palamisreaktio ilman perinteisen tulen ominaisuuksia.