Verbranding is een oxidatiereactie die warmte produceert en is daarom altijd exotherm. Alle chemische reacties verbreken eerst bindingen en maken vervolgens nieuwe om nieuwe materialen te vormen. Het verbreken van bindingen kost energie, terwijl het maken van nieuwe bindingen energie vrijmaakt. Als de energie die vrijkomt door de nieuwe bindingen groter is dan de energie die nodig is om de oorspronkelijke bindingen te verbreken, is de reactie exotherm.
Gemeenschappelijke verbrandingsreacties verbreken de bindingen van koolwaterstofmoleculen, en de resulterende water- en koolstofdioxidebindingen geven altijd meer energie vrij dan werd gebruikt om de oorspronkelijke koolwaterstofbindingen te verbreken. Dat is de reden waarom het verbranden van materialen die voornamelijk uit koolwaterstoffen bestaan, energie produceert en exotherm is.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Verbranding is een exotherme oxidatiereactie, waarbij materialen zoals koolwaterstoffen reageren met zuurstof om verbrandingsproducten zoals water en koolstofdioxide te vormen. De chemische bindingen van de koolwaterstoffen breken en worden vervangen door de bindingen van water en koolstofdioxide. Bij het maken van de laatste komt meer energie vrij dan nodig is om de eerste te breken, dus er wordt in het algemeen energie geproduceerd. In veel gevallen is een kleine hoeveelheid energie, zoals warmte, nodig om een deel van de koolwaterstof te breken bindingen, waardoor nieuwe bindingen kunnen worden gevormd, energie kan worden vrijgegeven en de reactie kan worden zelfvoorzienend.
Oxidatie
In het algemeen is oxidatie het deel van een chemische reactie waarbij de atomen of moleculen van een stof elektronen verliezen. Het gaat normaal gesproken gepaard met een proces dat reductie wordt genoemd. Reductie is het tweede deel van de chemische reactie waarbij een stof elektronen krijgt. Bij een oxidatie-reductie- of redoxreactie worden elektronen uitgewisseld tussen twee stoffen.
Oxidatie werd oorspronkelijk gebruikt voor chemische reacties waarbij zuurstof zich verbond met andere materialen en deze oxideerde. Wanneer ijzer wordt geoxideerd, verliest het elektronen aan zuurstof om roest of ijzeroxide te vormen. Twee ijzeratomen verliezen elk drie elektronen en vormen ferri-ionen met een positieve lading. Drie zuurstofatomen krijgen elk twee elektronen en vormen zuurstofionen met een negatieve lading. De positief en negatief geladen ionen worden door elkaar aangetrokken en vormen ionische bindingen, waardoor ijzeroxide, Fe. ontstaat2O3.
Reacties zonder zuurstof worden ook oxidatie- of redoxreacties genoemd zolang het mechanisme van elektronenoverdracht aanwezig is. Wanneer koolstof en waterstof bijvoorbeeld worden gecombineerd om methaan te vormen, wordt CH4, verliezen de waterstofatomen elk een elektron aan het koolstofatoom, dat vier elektronen krijgt. Waterstof wordt geoxideerd terwijl koolstof wordt gereduceerd.
Verbranding
Verbranding is een speciaal geval van een chemische oxidatiereactie waarbij voldoende warmte wordt geproduceerd om de reactie zelfvoorzienend te maken, met andere woorden, als een brand. Branden moeten over het algemeen worden gestart, maar ze branden vanzelf totdat ze geen brandstof meer hebben.
Bij brand branden materialen die koolwaterstoffen bevatten, zoals hout, propaan of benzine, waarbij kooldioxide en waterdamp worden geproduceerd. De koolwaterstofbindingen moeten eerst worden verbroken om de waterstof- en koolstofatomen te combineren met zuurstof. Een vuur maken betekent het leveren van de initiële energie, in de vorm van een vlam of een vonk, om enkele koolwaterstofbindingen te verbreken.
Zodra de initiële startenergie resulteert in verbroken bindingen en vrije waterstof en koolstof, reageren de atomen met zuurstof in de lucht om koolstofdioxide, CO2, en waterdamp, H2O. De energie die vrijkomt bij de vorming van deze nieuwe bindingen verwarmt de resterende koolwaterstoffen en verbreekt meer bindingen. Op dit punt zal het vuur blijven branden. De resulterende verbrandingsreactie is zeer exotherm, waarbij de exacte hoeveelheid afgegeven warmte afhangt van de brandstof en hoeveel energie het kost om de bindingen te verbreken.