Är förbränningsreaktioner exoterma?

Förbränning är en oxidationsreaktion som producerar värme och är därför alltid exoterm. Alla kemiska reaktioner bryter först bindningar och sedan skapar nya för att bilda nya material. Att bryta obligationer tar energi medan nya bindningar frigör energi. Om energin som frigörs av de nya bindningarna är större än den energi som behövs för att bryta de ursprungliga bindningarna, är reaktionen exoterm.

Vanliga förbränningsreaktioner bryter bindningarna av kolväte-molekyler, och de resulterande vatten- och koldioxidbindningarna frigör alltid mer energi än vad som användes för att bryta de ursprungliga kolvätebindningarna. Det är därför brinnande material som huvudsakligen består av kolväten producerar energi och är exoterma.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Förbränning är en exoterm oxidationsreaktion, med material som kolväten som reagerar med syre för att bilda förbränningsprodukter såsom vatten och koldioxid. Kolvätenas kemiska bindningar bryts och ersätts med bindningarna av vatten och koldioxid. Skapandet av det senare släpper ut mer energi än vad som krävs för att bryta det förstnämnda, så energi produceras totalt sett. I många fall krävs en liten mängd energi såsom värme för att bryta en del av kolväten bindningar, vilket låter några nya bindningar bildas, energi frigörs och reaktionen blir självförsörjande.

I allmänna termer är oxidation den del av en kemisk reaktion där atomer eller molekyler i ett ämne förlorar elektroner. Det åtföljs normalt av en process som kallas reduktion. Reduktion är den andra delen av den kemiska reaktionen där ett ämne får elektroner. I en oxidationsreduktions- eller redoxreaktion byts elektroner mellan två ämnen.

Oxidation användes ursprungligen för kemiska reaktioner där syre kombinerades med andra material och oxiderade dem. När järn oxideras förlorar det elektroner till syre för att bilda rost eller järnoxid. Två järnatomer förlorar tre elektroner vardera och bildar järnjoner med en positiv laddning. Tre syreatomer vinner två elektroner vardera och bildar syrejoner med negativ laddning. De positivt och negativt laddade jonerna lockas till varandra och bildar jonbindningar, vilket skapar järnoxid, Fe₂O₃.

Reaktioner som inte involverar syre kallas också oxidations- eller redoxreaktioner så länge som elektronöverföringsmekanismen är närvarande. Till exempel, när kol och väte förenas för att bilda metan, CH₄, förlorar väteatomerna vardera en elektron till kolatomen, som får fyra elektroner. Väte oxideras medan kol reduceras.

Förbränning är ett speciellt fall av en oxidationskemisk reaktion där tillräckligt med värme produceras för att göra reaktionen självförsörjande, med andra ord som en brand. Bränder i allmänhet måste startas, men de brinner av sig själva tills de tar slut på bränsle.

Vid brand brinner material som innehåller kolväten, såsom trä, propan eller bensin, för att producera koldioxid och vattenånga. Kolvätebindningarna måste först brytas för att väte- och kolatomerna ska kunna kombineras med syre. Att starta en eld innebär att man ger den initiala energin, i form av en låga eller en gnista, för att bryta några av kolvätebindningarna.

När den första startenergin resulterar i brutna bindningar och fritt väte och kol reagerar atomerna med syre i luften för att bilda koldioxid, CO₂och vattenånga, H₂O. Energin som frigörs genom bildandet av dessa nya bindningar värmer de återstående kolvätena och bryter fler bindningar. Vid denna punkt fortsätter elden att brinna. Den resulterande förbränningsreaktionen är mycket exoterm, med den exakta mängden värme som avges beroende på bränsle och hur mycket energi det tar för att bryta sina bindningar.