Повне і неповне згоряння

В Майкла нова похідна піч. Влаштуємо з нею експеримент! Відкрийте кран, щоб газ надходив з балона до пальника. Поки що полум’я немає. Візьміть джерело тепла, як-от сірник, та запаліть пальник. Ось і полум'я! Але якщо накрити піч кришкою і перекрити таким чином повітря, полум’я згасне. З іншого боку, якщо підняти кришку, відключити газ та піднести до пальника ще один сірник, вогню знову не буде! Для вогню потрібні три речі: тепло, щоб розпалити й підтримувати вогонь, паливо, що горить, та кисень. За відсутності будь-якої з цих речей вогонь згасає. Чому? Вогонь, чи полумʼя — це хімічна реакція, яку називають горінням. Як і будь-яка хімічна реакція, горіння потребує речовин, що вступають в реакцію — реагентів, і належних умов для протікання реакції. Внаслідок нього утворюються нові речовини — продукти реакції. В нашому експерименті реагентом є паливо, а саме — метан. За достатньої кількості тепла метан сягає температури займання й починає реагувати з киснем в повітрі. Горіння — це швидка реакція окислення, і воно продукує речовини, багаті на кисень, як-от оксиди. За великої кількості кисню продуктами згоряння метану стають вуглекислий газ і вода. Хімічне рівняння цієї реакції виглядає так: одна молекула метану, що містить один атом вуглецю й чотири атоми водню, реагує з двома молекулами кисню, кожна з яких містить два атоми кисню, утворюючи одну молекулу вуглекислого газу, що містить один атом вуглецю й два атоми кисню, і дві молекули води, кожна з яких містить два атоми водню й один атом кисню. Це приклад повного згоряння, що відбувається за достатньої кількості кисню. Що стається, якщо кисню бракує, як тоді, коли ми накрили піч кришкою? Коли для кожної з молекул метану не вистачає по дві молекули кисню, продуктами реакції не можуть одночасно бути і вуглекислий газ, і вода. Відбувається неповне згоряння. Скажімо, кисню вистачає рівно настільки, щоб кожна молекула метану прореагувала з трьома атомами кисню, тобто є півтори молекули кисню. В хімічному рівнянні ми не можемо вказати половину молекули, тож подвоїмо кількість обох реагентів: дві молекули метану реагуватимуть з трьома молекулами кисню. Маємо два атоми вуглецю, вісім атомів водню і шість атомів кисню, що можуть перерозподілитися. Кожен з чотирьох атомів кисню з’єднується з двома атомами водню, утворюючи чотири молекули води. Залишаються два атоми вуглецю й два атома кисню. Кожен атом вуглецю з’єднується з одним атомом кисню, утворюючи дві молекули чадного газу. Що буде, якщо на кожну молекулу метану є лише одна молекула кисню? В цьому випадку водень все ще поєднується з киснем, утворюючи молекули води, але для утворення оксиду атомам вуглецю бракує атомів кисню! Це теж приклад неповного згоряння. Його продуктами є вода і вуглець у вигляді сажі. Реакції як повного, так і неповного згоряння також продукують енергію у вигляді тепла і світла, але за повного згоряння енергії більше. Завдяки теплу, виділеному в результаті реакції, горіння може тривати й далі. Горіння — це хімічна реакція, яку запускає тепло і протягом якої паливо реагує з киснем. Це високотемпературна реакція швидкого окислення, що вивільняє енергію у вигляді тепла і світла. Повне згоряння відбувається за достатньої кількості кисню. Неповне згоряння відбувається, якщо кисню недостатньо.