燃烧化学

带有热与光之氧化反应

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燃烧之简单定义为带有热与光之氧化反应，通常反应速度在高速进行时其反应热大且有发光现象时称为燃烧。

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第一节燃烧现象燃烧之简单定义为带有热与光之氧化反应，通常反应速度在高速进行时其反应热大且有发光现象时称为燃烧。氧化反应中虽然产生热，但无发光时区分为缓慢燃烧。在常态下能被氧化之物可成为可燃物，但需要活化能大，氧化热小之物因不易维持燃烧所以称为难燃物，不过难燃物在适当条件下如在高温或氧气中时燃烧变为快速，此种条件下难燃物变成易燃物，可见所谓易燃，可燃或难燃指常态下之条件而言。燃烧常以瓦斯状进行，如液态之重油、固态之木材、煤炭等在燃烧之前需经过蒸发或受热分解产生可燃性多种瓦斯，与空气形成易燃性混合气，有火源时则起火燃烧。能使某物质起燃除了可燃物与氧气外尚需供应活化能始可。点火有多种方式，如加热、火焰、电气火花、磨擦热、反应热及压缩热等。起燃时因有活化能，可燃物之分子被活化后开始与氧气反应。值得注意者只用点火手续燃烧仍无法进行，因可燃物在局部被点燃时产生之燃烧热以热传导方式传热至周围之可燃物。受热之部分温度达到着火点时燃烧得以继续或燃烧扩大。但传热之热量被夺去或被冷却至原有热量以下时燃烧将会停止。如前所述，某物质在空气中或氧气中受激烈之氧化反应产生热与光之现象称为燃烧。起燃时需有可燃物、充分之空气及起燃所需之热源。此等三要素则称为燃烧三角(Firetriangle)。起燃后有热之产生并进行可燃物之热分解(Pyrolysis)，因能继续供应易燃性瓦斯。所以燃烧得以维持不断。维持燃烧尚需有自由基(Freeradicals)之存在，而构成燃烧四面体(Firetetrahedron)。可燃物中如火柴、火箭原料等本身含有氧来源之物在周围无空气之条件下仍可燃烧或爆炸。

一、燃烧反应如前所述燃烧属于可燃性物质与氧化合之氧化反应。以碳氢化合物为例，燃烧后各成为CO2及H2O。CH4+2O2→CO2+2H2OC3H8+5O2→3CO2+4H2O2C4H10+13O2→8CO2+10H2OCmHn+(m+0.25n)O2→mCO2+0.5nH2O上列各式仅有最初及最后产物，其实中间有极为复杂之反应过程，通常燃烧反应被认为以连锁反应之形态进行。以氢气之燃烧为例其过程如下：2H2+O2→2H2O…………………..(1)上式极为简单，实际上有H2→2H，O2→2O，H2O→OH+H等各分子互相碰撞而解离为原子状态并生成游离基(radical)。此物则为促进连锁反应之媒介物。氢气燃烧之第一阶段为H2分子解离为H原子(H2→2H)，再与稳定状态之O2结合为HO2，因此物极不稳定，易与未反应之H2分子反应而依次分解如下：H+O2→HO2……………………….(2)HO2+H2→H2O2+H………………(3)HO2+H2→H2O+OH…..…………(4)2H2O2→2H2O+O2………………..(5)上式中之OH与未反应之氢反应产生H2O，同时游离出H以连锁反应之方式进行。OH+H2→H2O+H………………..(6)氢在完全燃烧后所余者有稳定之H2O、少量H2及O2，而无剩余之游离H及OH。H+OH→H2O……………………(7)H+H→H2………………………(8)依上述反应过程可知燃烧中所谓游离基(radical)逐渐减少时连锁反应随之终止。二、燃料能当作热源之物称为燃料，对人类而言其重要性属于文明生活之基本条件之一。人类使用燃料之历史由来已久，经长期之演变由古时唯一燃料之固体燃料木材开始，之后使用煤炭、再发现石油系液体燃料并发展至污染性较低之气体燃料甚至应用核能燃料。三、燃烧之形态可燃物之燃烧因固体、液体、气体之不同燃烧之形态则有差异。固体燃料被加热时，由热分解生成易燃性瓦斯而与空气形成混合气。液体燃料则需产生蒸气后与空气形成混合气、气体燃料直接与空气混合则可。