Een verbrandingsreactie, soms afgekort als RXN, is elke reactie waarbij een brandbaar materiaal wordt gecombineerd met zuurstof of wordt geoxideerd. De meest voorkomende verbrandingsreactie is een brand, waarbij koolwaterstoffen in de lucht verbranden om kooldioxide, waterdamp, warmte, licht en vaak as te produceren. Terwijl andere chemische reacties warmte kunnen produceren, delen verbrandingsreacties altijd specifieke kenmerken die aanwezig moeten zijn om een reactie een echte verbrandingsreactie te laten zijn.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Een verbrandingsreactie is een chemische reactie waarbij een materiaal wordt gecombineerd met zuurstof om licht en warmte af te geven. Bij de meest voorkomende verbrandingsreacties verbranden koolwaterstofhoudende materialen zoals hout, benzine of propaan in lucht om kooldioxide en waterdamp vrij te maken. Andere verbrandingsreacties, zoals de verbranding van magnesium om magnesiumoxide te produceren, verbruiken altijd zuurstof, maar produceren niet noodzakelijk koolstofdioxide of waterdamp.
Hoe verbranding plaatsvindt
Om een verbrandingsreactie te laten verlopen, moeten brandbare materialen en zuurstof aanwezig zijn, evenals een externe energiebron om de verbranding te starten. Terwijl sommige materialen spontaan in brand vliegen als ze worden samengebracht met zuurstofgas, hebben de meeste stoffen een vonk of een andere energiebron nodig om te gaan branden. Zodra de verbrandingsreactie begint, is de warmte die door de reactie wordt gegenereerd voldoende om deze in stand te houden.
Wanneer u bijvoorbeeld een houtvuur aansteekt, combineren de koolwaterstoffen in het hout met zuurstof in de lucht om kooldioxide en waterdamp te vormen, waarbij energie vrijkomt in de vorm van warmte en licht. Om het vuur aan te steken heb je een externe energiebron nodig zoals een lucifer. Deze energie verbreekt de bestaande chemische bindingen zodat de koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen kunnen reageren.
Bij de verbrandingsreactie komt veel meer energie vrij dan nodig is om de chemische bindingen te verbreken. Hierdoor blijft het hout branden totdat de koolwaterstoffen zijn opgebruikt. Alle niet-koolwaterstofverontreinigingen in het hout worden als as afgezet. Nat hout brandt niet goed omdat het water in het natte hout om te stomen tot stoom energie kost. Als alle door de verbrandingsreactie geproduceerde energie wordt gebruikt voor het verdampen van het water in het hout, blijft er niets over om de reactie gaande te houden en gaat het vuur uit.
Voorbeelden van verbrandingsreacties
De verbranding van methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas, is een voorbeeld van een typische verbrandingsreactie. Kachels en ovens die op aardgas werken, hebben een waakvlam of vonk om de externe energie te leveren die nodig is om de verbrandingsreactie te starten.
Het methaan heeft de chemische formule CH4, en het brandt met zuurstofmoleculen uit de lucht, chemische formule O2. Wanneer de twee gassen met elkaar in contact komen, start de verbranding niet omdat de moleculen stabiel zijn. Binnen een vonk of waakvlam worden de enkele zuurstofbinding en de vier methaanbindingen verbroken en reageren de individuele atomen om nieuwe bindingen te vormen.
Twee zuurstofatomen reageren met het koolstofatoom om een molecuul koolstofdioxide te vormen, en nog twee zuurstofatomen reageren met de vier waterstofatomen om twee moleculen water te vormen. De chemische formule is CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O. Bij de vorming van de nieuwe moleculen komt een aanzienlijke hoeveelheid energie vrij in de vorm van warmte en licht.
Bij de verbranding van magnesium komt geen kooldioxide of waterdamp vrij, maar het is nog steeds een verbrandingsreactie omdat het een exotherme reactie is van een brandbaar materiaal met zuurstof. Het plaatsen van magnesium in de lucht is niet voldoende om de verbranding te starten, maar een vonk of vlam verbreekt de bindingen van de zuurstofmoleculen in de lucht om de reactie te laten verlopen.
Het magnesium combineert met zuurstof uit de lucht om magnesiumoxide en overtollige energie te vormen. De chemische formule voor de reactie is O2 + 2Mg = 2MgO, en de overtollige energie komt vrij in de vorm van intense hitte en helder, wit licht. Dit voorbeeld laat zien dat een chemische reactie een verbrandingsreactie kan zijn zonder de kenmerken van een traditionele brand.