Η πλήρης καύση είναι μια χημική αντίδραση κατά την οποία όλα τα άτομα άνθρακα σε μια συγκεκριμένη ουσία καταναλώνονται εξ ολοκλήρου. Ο όρος «καύση» θεωρείται συνήθως συνώνυμο του «κάψιμο», αν και ο ορισμός της χημικής ουσίας είναι συνήθως πολύ ευρύτερος από την απλή καύση με φλόγες ή φωτιά. Οι πυρκαγιές είναι σίγουρα μια μορφή καύσης και μπορούν να οδηγήσουν στην πλήρη καύση του ξύλου και άλλων υλικών. Ωστόσο, υπάρχουν και πολλές άλλες δυνατότητες. Από επιστημονική άποψη, αυτού του είδους η αντίδραση συμβαίνει κάθε φορά που το οξυγόνο, η θερμότητα και οποιοδήποτε είδος καυσίμου που περιέχει άνθρακα υπάρχουν μαζί. Τα άτομα άνθρακα συνδέονται με τα άτομα οξυγόνου έτσι ώστε να ζευγαρώνονται ακριβώς και η θερμότητα προκαλεί μια μετατροπή — συνήθως σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, αλλά αυτό μπορεί να εξαρτάται από τη χημική σύνθεση των στοιχείων στο σημείο εκκίνησης.
Εάν δεν υπάρχει αρκετό οξυγόνο στην ατμόσφαιρα για να ταιριάζει με κάθε άτομο άνθρακα, η καύση είναι συνήθως ατελής, πράγμα που σημαίνει ότι η μετατροπή μετατρέπει μέρος του υλικού σε αέριο, αλλά όχι όλο. Η ποσότητα θερμότητας που απαιτείται για την αντίδραση σε κάθε περίπτωση εξαρτάται συνήθως από το καύσιμο, καθώς η θερμοκρασία πρέπει να είναι στο όριο καύσης αυτού του υλικού ή πάνω από αυτό για να συμβεί καθόλου η αντίδραση.
Κατανόηση της Καύσης Γενικά
Πολλά υλικά, και όλα αυτά που συντηρούν τη ζωή, θεωρούνται «με βάση τον άνθρακα». Ο άνθρακας είναι ένα στοιχείο που είναι σχεδόν πανταχού παρόν, σαν το οξυγόνο. Κάθε ένωση που περιέχει άνθρακα έχει αυτό που είναι γνωστό ως «θερμοκρασία ανάφλεξης», που είναι η θερμοκρασία στην οποία θα καεί. Διαφορετικές ενώσεις έχουν διαφορετικά όρια, αλλά η θερμότητα είναι πάντα η πρώτη απαίτηση. Μερικές φορές αυτή η θερμότητα μπορεί να είναι πολύ χαμηλή, όπως αυτή που παράγεται από την τριβή όταν ένα σπίρτο χτυπά μια τραχιά επιφάνεια. σε πολλές περιπτώσεις όμως πρέπει να είναι πολύ υψηλότερο.
Μόλις το υλικό εκτεθεί σε θερμότητα πέρα από τη θερμοκρασία ανάφλεξής του, τα άτομα άνθρακα αρχίζουν να αναδιατάσσονται. Ταιριάζουν με το οξυγόνο της ατμόσφαιρας και συμβαίνει μια μικρή αντίδραση στο ατομικό επίπεδο που, όταν τα δει κανείς από έξω, μπορεί συχνά να είναι αρκετά δραματική. Μερικές φορές το όλο πράγμα φλέγεται, ή μπορεί γρήγορα να φαίνεται να λιώνει ή να διαλύεται. θα μπορούσε να γίνει καπνός και μερικές φορές κάνει έναν θόρυβο σαν μπαμ ή σκασμό. Πολλά εξαρτώνται από τις ουσίες που εμπλέκονται, καθώς και από το τι άλλο περιέχει η ένωση καύσης πέρα από τον απλό άνθρακα. Αυτά τα δευτερεύοντα στοιχεία συνήθως εμπλέκονται μάλλον από προεπιλογή.
Τι κάνει μια καύση «ολοκληρωμένη»
Όταν οι επιστήμονες μιλούν για «πλήρη» καύση, συνήθως συζητούν ένα γεγονός όπου τα πάντα καταναλώνονται από την αντίδραση. Για να συμβεί αυτό, πρέπει να υπάρχει αρκετό διαθέσιμο οξυγόνο για κάθε άτομο άνθρακα στην ένωση για να βρεθεί ένα ταίρι ή ένα ζευγάρι στον αέρα του περιβάλλοντος. Τις περισσότερες φορές αυτό δεν είναι πρόβλημα. η ατμόσφαιρα συνήθως περιέχει πολύ οξυγόνο. Συνήθως υπάρχει μόνο έλλειψη όταν η αντίδραση συμβαίνει κάπου πιο ασυνήθιστη. υπόγεια σε μια σπηλιά, για παράδειγμα, σε πολύ μεγάλο υψόμετρο ή σε ένα εργαστήριο όπου οι συνθήκες ελέγχονται τεχνητά.
Ελλιπείς εναλλακτικές λύσεις
Η τέλεια αναλογία άνθρακα προς οξυγόνο αναφέρεται επίσης ως στοιχειομετρική ή μηδενική περίσσεια καύσης αέρα. Η καύση μπορεί ακόμα να συμβεί όταν η αναλογία είναι ανισορροπημένη, αλλά σε αυτές τις συνθήκες συνήθως μένει κάτι – δηλαδή, ολόκληρη η ένωση δεν μετατρέπεται σε αέριο ή δεν αλλάζει μορφή. Στις περισσότερες περιπτώσεις αυτό είναι γνωστό ως ατελής καύση. Η διαδικασία είναι η ίδια μέχρι το τελικό σημείο. ο άνθρακας και το οξυγόνο ταιριάζουν όσο περισσότερο μπορούν, και μετά αφήστε το υπόλοιπο λίγο-πολύ ανέγγιχτο.
Το προπάνιο ως μοντέλο
Η καύση προπανίου χρησιμεύει ως παράδειγμα υδρογονάνθρακα που καίγεται συνήθως στην οικιακή χρήση. Συνήθως, η καύση προπανίου συμβαίνει όταν το αέριο στο μείγμα αέρα είναι μεταξύ 2.2 τοις εκατό και 9.6 τοις εκατό. Αυτό το εύρος αναφέρεται ως «όρια ευφλεκτότητας του προπανίου». Μια συσκευή προπανίου που λειτουργεί σωστά και παράγει ιδανικό έγκαυμα συνήθως εκπέμπει μια μπλε φλόγα.
Η ατελής καύση του προπανίου συμβαίνει όταν η αναλογία μίγματος είναι υψηλότερη ή χαμηλότερη από την ιδανική αναλογία, αλλά εξακολουθεί να εμφανίζεται εντός των ορίων αναφλεξιμότητας. Εάν η αναλογία προπανίου προς αέρα είναι μικρότερη από την ιδανική αναλογία, θα συμβεί ένα «άπαχο έγκαυμα», όπως αποδεικνύεται από τις φλόγες που φαίνεται να απομακρύνονται από τον καυστήρα ή να σβήνουν. Εναλλακτικά, ένα «πλούσιο έγκαυμα» συμβαίνει όταν η αναλογία προπανίου προς αέρα είναι μεγαλύτερη από την ιδανική αναλογία και μπορεί να αναγνωριστεί από μεγαλύτερες φλόγες που είναι κίτρινες παρά μπλε. Η ατελής καύση προπανίου ή άλλων υδρογονανθράκων συνήθως θα έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση μονοξειδίου του άνθρακα, έναν εξαιρετικά σοβαρό κίνδυνο για το περιβάλλον και την υγεία για τον άνθρωπο και τα περισσότερα ζώα. Το μονοξείδιο του άνθρακα είναι άοσμο και δεν μπορεί να ανιχνευθεί χωρίς ειδικούς αισθητήρες, αλλά είναι συχνά θανατηφόρο εάν εισπνέεται για παρατεταμένες περιόδους.