Przeczytaj

bg‑red

Co to jest spalanie?

Spalanie jest procesem egzotermicznymreakcja egzotermicznaprocesem egzotermicznym, czyli takim, w którym energia zostaje przekazana z układu do otoczenia. Dlatego procesowi spalania towarzyszy emisja ciepła oraz bardzo często światła. Spalanie jest reakcją utleniania i redukcji. Mówiąc o spalaniu, przeważnie myślimy o spalaniu w tlenie. Wówczas substancja łączy się z tlenem, a więc dochodzi do jej utlenienia. Z racji tego, że tlen jest utleniaczem, zostaje całkowicie zredukowany i w ten sposób pozostaje obecny w cząsteczce wody.

bg‑red

Czy węglowodory ulegają reakcjom spalania?

Węglowodory to związki zbudowane wyłącznie z dwóch pierwiastków – węgla i wodoru, a ich wzór ogólny można zapisać jako $C_{x} H_{y}$ . Dlatego jedynymi produktami ich spalania mogą być węgiel, tlenek węgla( $II$ ) lub tlenek węgla( $IV$ ) oraz woda, zgodnie z poniższymi ogólnymi równaniami reakcji:

Spalanie całkowitespalanie całkowiteSpalanie całkowite:

C_{x} H_{y} + (x + \frac{y}{4}) O_{2} \to x {CO}_{2} + \frac{y}{2} H_{2} O

Spalanie niecałkowite do tlenku węgla(II)Spalanie niecałkowite do tlenku węgla(II):

C_{x} H_{y} + (\frac{1}{2} x + \frac{y}{4}) O_{2} \to x CO + \frac{y}{2} H_{2} O

Spalanie niecałkowite do sadzyspalanie niecałkowite do sadzySpalanie niecałkowite do sadzy:

C_{x} H_{y} + \frac{y}{4} O_{2} \to x C + \frac{y}{2} H_{2} O

To, jaki produkt utleniania powstanie, zależy od dostępności tlenu. Zwróć uwagę na współczynniki stechiometryczne, wyrażone za pomocą $x$ i $y$ przy cząsteczce tlenu. W której reakcji wyrażenie to wskazuje na największą liczbę?

Przy nadmiarze tlenu powstaje tlenek węgla( $IV$ ), a cały proces nazywa się spalaniem całkowitym. Wówczas płomień jest jasny i świecący. Przy niedomiarze z kolei powstaje węgiel w postaci sadzy – wtedy jest to spalanie niecałkowite. Pośredni proces również jest spalaniem niecałkowitym (przy ograniczonym dostępie tlenu) i prowadzi do powstania tlenku węgla( $II$ ) o zwyczajowej nazwie czad – związku niezwykle toksycznego. Spalaniu niecałkowitemu towarzyszy silnie kopcący płomień.

bg‑red

Mapa pojęciowa przedstawiająca podział typów spalania

bg‑red

R1S479LJm0JdJ1

Mapa myśli. Lista elementów:

Nazwa kategorii: SPALANIE{color=#FFCC00}

Nazwa kategorii: CAŁKOWITE{color=#FF6600}

Nazwa kategorii: przy nadmiarze tlenu

Nazwa kategorii: prowadzi do powstania tlenku węgla( $IV$ )

Nazwa kategorii: NIECAŁKOWITE{color=#FF6633}

Nazwa kategorii: przy ograniczonym dostępie tlenu{color=#FF0033}

Nazwa kategorii: prowadzi do powstania tlenku węgla( $II$ )

Nazwa kategorii: przy niedomiarze tlenu{color=#FF3366}

Nazwa kategorii: prowadzi do powstania węgla

Mapa pojęciowa przedstawiająca podział typów spalania

Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑red

W jaki sposób zachodzą reakcje spalania poszczególnych węglowodorów?

Wszystkie węglowodory to substancje palne, przy czym te najprostsze to substancje łatwopalne. Węglowodory o długich łańcuchach węglowych występują najczęściej w stałym stanie skupienia, dlatego zanim dojdzie do procesu spalania, substancja najpierw ulega stopieniu, a dopiero potem spaleniu.

Mechanizm spalania węglowodorów jest bardzo podobny. Poniżej podano przykłady równań reakcji spalania głównych przedstawicieli węglowodorów, które należą do alkanów, alkenów, alkinów oraz arenów. Zwróć uwagę na powtarzające się produkty w każdym typie reakcji spalania.

Tabela $1 .$ Równania reakcji spalania najprostszych węglowodorów, które należą do alkanów, alkenów, alkinów oraz arenów.

Typ spalania	Węglowodory nasycone	Węglowodory nienasycone		Węglowodory aromatyczne
	Alkany (heksan)	Alkeny (heks‑ $1$ ‑en)	Alkiny (heks‑ $1$ ‑yn)	Węglowodory aromatyczne	Benzen
Spalanie całkowite	$2 C_{6} H_{14} + 19 O_{2} \to 12 {CO}_{2} + 14 H_{2} O$	$C_{6} H_{12} + 9 O_{2} \to 6 {CO}_{2} + 6 H_{2} O$	$2 C_{6} H_{10} + 17 O_{2} \to 12 {CO}_{2} + 10 H_{2} O$	$2 C_{6} H_{6} + 15 O_{2} \to 12 {CO}_{2} + 6 H_{2} O$
Spalanie niecałkowite przy ograniczonej ilości tlenu	$2 C_{6} H_{14} + 13 O_{2} \to 12 CO + 14 H_{2} O$	$C_{6} H_{12} + 6 O_{2} \to 6 CO + 6 H_{2} O$	$2 C_{6} H_{10} + 11 O_{2} \to 12 CO + 10 H_{2} O$	$2 C_{6} H_{6} + 9 O_{2} \to 12 CO + 6 H_{2} O$
Spalanie niecałkowite przy niedomiarze tlenu	$2 C_{6} H_{14} + 7 O_{2} \to 12 C + 14 H_{2} O$	$C_{6} H_{12} + 3 O_{2} \to 6 C + 6 H_{2} O$	$2 C_{6} H_{10} + 5 O_{2} \to 12 C + 10 H_{2} O$	$2 C_{6} H_{6} + 3 O_{2} \to 12 C + 6 H_{2} O$

Indeks dolny Źródło: Danikiewicz W., Chemia. Związki organiczne. Podręcznik do liceów i techników. Zakres rozszerzony, Warszawa 2016. Indeks dolny koniec

Ciekawostka

W praktyce spalanie węglowodorów jest przeprowadzane w celu pozyskania energii, np. spalanie gazu ziemnego. Czy wiesz, że aż $890 kJ$ uzyskuje się ze spalenia $1$ mola metanu? Mieszanina propan‑butan, czyli tzw. gaz płynny, stanowi wszechstronne paliwo stosowane w życiu codziennym. Reakcja spalania etylenu – najprostszego alkenu – stosowana jest do cięcia i spawania metali. Analogicznie wykorzystywany jest acetylen, który stosuje się w palnikach acetylenowo‑tlenowych. Co więcej, reakcja spalania acetylenu była szeroko wykorzystywana w lampkach, tzw. karbidówkach, w okresie dwudziestolecia międzywojennego, kiedy był ograniczony dostęp do elektryczności.

R387hF3Kb2UI5

Zdjęcie przedstawia metalową lampkę karbidową zamocowaną do kierownicy roweru. Lampka składa się z pojemnika z karbidem oraz osłonki, która skupia wytwarzany promień światła. — Lampa karbidowa zamocowana na ramie roweru
Źródło: Thomas Bresson, dostępny w internecie: www.pixabay.com, licencja: CC BY-SA 3.0.

W przypadku węglowodorów nienasyconych oraz arenów (węglowodorów aromatycznych), obserwuje się większą skłonność do spalania niecałkowitego wraz ze wzrostem nienasycenia cząsteczki. Co ciekawe, węglowodory aromatyczne głównie ulegają procesowi spalania niecałkowitego, co ma związek z tworzeniem się kopcącego płomienia.

Słownik

spalanie

proces fizykochemiczny, którego podstawą jest przebiegająca z dużą szybkością reakcja utleniania, polegająca na gwałtownym łączeniu się substancji spalanej (paliwa) z utleniaczem, której towarzyszy wydzielanie się dużej ilości energii i zazwyczaj płomień

spalanie całkowite

proces, który zachodzi, gdy cała masa spalanej substancji ulegnie utlenieniu; występuje wtedy, gdy nie tylko nie ma dymu czy palnych substancji w popiele, ale i nie ulatnia się część paliwa w postaci pary; spalanie całkowite zachodzi w wyniku reakcji tlenu z substancją, gdy ilość tlenu jest nie mniejsza, niż to wynika ze stechiometrii

spalanie niecałkowite do tlenku węgla(II)

proces spalania węgla lub związków organicznych w warunkach niedoboru tlenu, z wytworzeniem tlenku węgla( $II$ ) i wody

spalanie niecałkowite do sadzy

proces, który zachodzi, gdy niecała masa spalanej substancji ulegnie utlenieniu; występuje wtedy, gdy część substancji spalanej nie utleni się, lecz pozostanie w postaci sadzy, dymu czy popiołu, co zdarza się przy niedostatecznym dostępie tlenu do spalanej substancji; alkiny w powietrzu spalają się zawsze niecałkowicie

reakcja egzotermiczna

reakcja chemiczna przebiegająca w warunkach izobaryczno‑izotermicznych (pod stałym ciśnieniem i w stałej temperaturze), z wydzielaniem ciepła do otoczenia

Bibliografia

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

Wprowadzenie

Symulacja interaktywna

Co to jest spalanie?

Czy węglowodory ulegają reakcjom spalania?

Mapa pojęciowa przedstawiająca podział typów spalania

W jaki sposób zachodzą reakcje spalania poszczególnych węglowodorów?

Słownik

Bibliografia