Die vollständige Verbrennung ist eine chemische Reaktion, bei der alle Kohlenstoffatome einer bestimmten Substanz vollständig verbraucht werden. „Verbrennung“ wird normalerweise als Synonym für „Verbrennen“ verstanden, obwohl die chemische Definition in der Regel weitaus weiter gefasst ist als das einfache Verbrennen mit Flammen oder Feuer. Brände sind sicherlich eine Form der Verbrennung und können zur vollständigen Verbrennung von Holz und anderen Stoffen führen. Es gibt aber auch eine Reihe anderer Möglichkeiten. Aus wissenschaftlicher Sicht tritt diese Art von Reaktion immer dann auf, wenn Sauerstoff, Wärme und jede Art von kohlenstoffhaltigem Brennstoff zusammen vorhanden sind. Die Kohlenstoffatome binden sich exakt paarweise mit den Sauerstoffatomen, und die Wärme löst eine Umwandlung aus – meist zu Kohlendioxid und Wasser, die aber von der chemischen Zusammensetzung der Elemente am Startpunkt abhängen kann.
Wenn nicht genug Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden ist, um jedem Kohlenstoffatom gerecht zu werden, ist die Verbrennung in der Regel unvollständig, was bedeutet, dass durch die Umwandlung ein Teil des Materials in Gas umgewandelt wird, aber nicht alles. Die für die Reaktion erforderliche Wärmemenge hängt normalerweise vom Brennstoff ab, da die Temperatur bei oder über der Brennschwelle des Materials liegen muss, damit die Reaktion überhaupt stattfindet.
Verbrennung im Allgemeinen verstehen
Viele Materialien und alle, die Leben erhalten, gelten als „kohlenstoffbasiert“. Kohlenstoff ist ein fast allgegenwärtiges Element, ähnlich wie Sauerstoff. Jede kohlenstoffhaltige Verbindung hat eine sogenannte „Zündtemperatur“, also die Temperatur, bei der sie brennt. Verschiedene Verbindungen haben unterschiedliche Schwellenwerte, aber Wärme ist immer die erste Voraussetzung. Manchmal kann diese Hitze sehr gering sein, wie sie durch Reibung entsteht, wenn ein Streichholz auf eine raue Oberfläche trifft; in vielen Fällen muss sie jedoch viel höher sein.
Sobald das Material über seine Zündtemperatur hinaus Hitze ausgesetzt wird, beginnen sich die Kohlenstoffatome neu anzuordnen. Sie stimmen mit dem Sauerstoff in der Atmosphäre überein und auf atomarer Ebene findet eine kleine Reaktion statt, die von außen betrachtet oft ziemlich dramatisch sein kann. Manchmal geht das Ganze in Flammen auf, oder es scheint schnell zu schmelzen oder sich aufzulösen; es könnte in Rauch aufgehen und manchmal ein Geräusch wie ein Knall oder ein Knall machen. Vieles hängt von den beteiligten Stoffen ab und auch davon, was die brennende Verbindung neben einfachem Kohlenstoff enthält. Diese sekundären Elemente sind in der Regel eher standardmäßig beteiligt.
Was macht eine Verbrennung „vollständig“
Wenn Wissenschaftler von „vollständiger“ Verbrennung sprechen, sprechen sie normalerweise von einem Ereignis, bei dem alles durch die Reaktion verbraucht wird. Dazu muss für jedes Kohlenstoffatom der Verbindung genügend Sauerstoff zur Verfügung stehen, um eine Übereinstimmung oder ein Paar in der Umgebungsluft zu finden. Meistens ist dies kein Problem; die atmosphäre enthält normalerweise viel sauerstoff. Es gibt normalerweise nur einen Mangel, wenn die Reaktion an einem ungewöhnlicheren Ort stattfindet; unterirdisch in einer Höhle, zum Beispiel in sehr großer Höhe, oder in einem Labor, in dem die Bedingungen künstlich kontrolliert werden.
Unvollständige Alternativen
Das perfekte Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff wird auch als stöchiometrische oder Luftüberschussverbrennung bezeichnet. Eine Verbrennung kann immer noch stattfinden, wenn das Verhältnis unausgewogen ist, aber unter diesen Umständen bleibt normalerweise etwas übrig – das heißt, die gesamte Verbindung wandelt sich nicht in ein Gas um oder ändert ihre Form auf andere Weise. In den meisten Fällen wird dies als unvollständige Verbrennung bezeichnet. Der Vorgang ist bis zum Endpunkt gleich; Kohlenstoff und Sauerstoff passen so gut wie möglich zusammen, dann lassen Sie den Rest mehr oder weniger unberührt.
Propan als Vorbild
Die Propanverbrennung dient als Beispiel für einen im Haushalt häufig verbrannten Kohlenwasserstoff. Normalerweise findet die Propanverbrennung statt, wenn das Gas im Luftgemisch zwischen 2.2 Prozent und 9.6 Prozent liegt. Dieser Bereich wird als „Entzündbarkeitsgrenze“ von Propan bezeichnet. Ein richtig funktionierendes Propangerät, das eine ideale Verbrennung erzeugt, gibt normalerweise eine blaue Flamme ab.
Eine unvollständige Verbrennung von Propan tritt auf, wenn das Mischungsverhältnis höher oder niedriger als das ideale Verhältnis ist, aber noch innerhalb der Grenzen der Entflammbarkeit stattfindet. Wenn das Verhältnis von Propan zu Luft unter dem idealen Verhältnis liegt, tritt eine „magere Verbrennung“ auf, die sich durch Flammen bemerkbar macht, die sich vom Brenner zu lösen oder zu erlöschen scheinen. Alternativ tritt eine „fette Verbrennung“ auf, wenn das Verhältnis von Propan zu Luft größer als das ideale Verhältnis ist und an größeren Flammen erkennbar ist, die eher gelb als blau sind. Eine unvollständige Verbrennung von Propan oder anderen Kohlenwasserstoffen führt typischerweise zur Freisetzung von Kohlenmonoxid, einer äußerst ernsten Gefahr für Umwelt und Gesundheit für Menschen und die meisten Tiere. Kohlenmonoxid ist geruchlos und ohne spezielle Sensoren nicht nachweisbar, aber bei längerem Einatmen oft tödlich.