Förbränning
Om ett kolväte brinner, är produkterna alltid koldioxid och vatten? Eller kan det bli något annat också?
Om det är fullständig förbränning så blir produkterna enbart koldioxid och vatten, men i verkligheten har man aldrig helt fullständig förbränning. Om man har något som brinner nästan fullständigt säger man att det ”brinner rent”. Hur rent ett bränsle brinner beror på typen av bränsle och mängden syre i förhållande till bränsle.
Generellt får man en renare förbränning om det finns mycket syre tillgängligt. Då får man en nästan osynlig låga som drar mot blått till följd av exciterade atomer som avger sin överskottsenergi som blått ljus. Vid ofullständig förbränning bildas, förutom koldioxid, en del kolmonoxid och sot. Sotpartiklarna glöder och avger svartkroppsstrålning vilket ger lågan en tydligare och mer gul-orange färg.
Oftast brukar det vara lättare att nå fullständig förbränning av lätta, gasformiga kolväten som metan. Tyngre kolväten brinner mindre rent och med en tydligare, gulaktig låga.
Sen kan man lägga till att detta gäller för rena kolväten. I verkligheten kanske man eldar naturgas, olja eller något annat som innehåller kolväten och då kan dessa vara förorenade med annat. Svavel är vanligt, vilket då bildar svaveldioxid vid förbränning. All förbränning i luft ger dessutom upphov till kväveoxider.
All förbränning i luft ger dessutom upphov till kväveoxider
Är det på grund av att luften innehåller annat än endast ren syrgas?
Vid ofullständig förbränning bildas, förutom koldioxid, en del kolmonoxid och sot.
Detta kanske är en väldig specifik fråga men varför bildas det kolmonoxid istället för koldioxid? Alltså vad exakt är det som gör att förbränningen inte "går hela vägen". Du tog upp att mängden syre i förhållande till bränsle samt typ av bränsle spelar roll. Finns det inte hur mycket syre som helst i luften? Eller är den för utblandad med andra gaser? Och varför är det svårare att uppnå fullständig förbränning av tyngre kolväten?
Är det på grund av att luften innehåller annat än endast ren syrgas?
Ja, luften innehåller kvävgas och syrgas och dessa kan reagera vid hög temperatur. Se den här tråden från tidigare i veckan:
Detta kanske är en väldig specifik fråga men varför bildas det kolmonoxid istället för koldioxid? Alltså vad exakt är det som gör att förbränningen inte "går hela vägen". Du tog upp att mängden syre i förhållande till bränsle samt typ av bränsle spelar roll. Finns det inte hur mycket syre som helst i luften? Eller är den för utblandad med andra gaser?
Om vi tar metan som exempel när det förbränns ofullständigt till sot (kol) och kolmonoxid respektive fullständigt till koldioxid:
Om du kollar molförhållandet mellan syre och metan så ökar det från 1 till 1,5 till 2. Om man för in lika substansmängder metan och syre till lågan kommer den alltså att sota rejält, men om man för in dubbelt så mycket syre eller mer än så kommer den att brinna betydligt renare. Om det är en låga som brinner i luft beror alltså förbränningen på hur snabbt luft kan strömma till i förhållande till bränslet. Använder man syreberikad luft (eller ren syrgas) eller blåser försiktigt på lågan blir förbränningen mer fullständig.
Ibland vill man inte ha fullständig förbränning, utan i vissa fall är man ute efter ofullständig förbränning. Det är ett sätt att tillverka kolmonoxid som man kan använda för att t.ex. göra syntesgas, som sedan kan användas för att tillverka en rad olika produkter. Den typen av förbränning brukar kallas partiell oxidation.
Det är också värt att nämna att kolmonoxid i sig är ett bränsle, dvs den kan förbrännas vidare till koldioxid:
Och varför är det svårare att uppnå fullständig förbränning av tyngre kolväten?
Vid en förbränning måste bränslet bli så varmt att det börjar sönderfalla och avge brännbara gaser. Det är en väldigt enkel process för lätta kolväten eftersom de har så låg kokpunkt och lätt förgasas. De lättaste kolvätena är ju redan gaser dessutom. När man hettar upp tunga kolväten är det lätt hänt att de sönderfaller till andra typer av ämnen som inte hinner förbrännas, t.ex. sot. Tunga kolväten kräver dessutom mycket syre i förhållande till substansmängden bränsle för att genomgå fullständig förbränning.
Ja okej, det verkar logiskt. Så i en syrefattig miljö skulle det alltså bildas mer sot och kolmonoxid än i en syrerik miljö?
Och anledningen till att det ute i luften inte sker fullständig förbränning är då att det inte krävs lika mycket syre för att få sot och kolmonoxid, vilket gör de reaktionerna "enklare" eller "syrebilligare"?
Ja, i en syrefattig miljö bildas mer kolmonoxid, sot och andra produkter andra än koldioxid och vatten.
Att det inte alltid sker fullständig förbränning beror helt på masstransporten, dvs att syret inte kan transporteras dit reaktionen sker tillräckligt snabbt.
Om du studerar hur t.ex. en låga från ett stearinljus ser ut så ser du att den är blå och mer transparent nertill medan den är tydligare och mer gulaktig upptill. Att det är så beror på att syre sugs in nedanifrån, så längst ner har man en ganska fullständig förbränning. Det utvecklas värme och restprodukter (koldioxid och vatten) som färdas uppåt och sedan ut i luften där de då trycker undan luft som "vill" transporteras in i lågan till förbränningen. Längre upp i lågan har man alltså mer ofullständig förbränning vilket gör lågan mindre transparent och gulaktig. Håller du en skiva av något värmetåligt ovanför lågan ser du att det bildas rejält med sot när ljuset brinner.
