Popolno zgorevanje je kemična reakcija, pri kateri se vsi ogljikovi atomi v določeni snovi v celoti porabijo. “Izgorevanje” se običajno razume kot sinonim za “gorenje”, čeprav je kemična definicija običajno veliko širša kot preprosto gorenje s plameni ali ognjem. Požari so zagotovo oblika zgorevanja in lahko povzročijo popolno zgorevanje lesa in drugih snovi. Obstajajo pa tudi številne druge možnosti. Z znanstvenega stališča se tovrstna reakcija pojavi vsakič, ko so skupaj prisotni kisik, toplota in kakršna koli vrsta goriva, ki vsebuje ogljik. Ogljikovi atomi se vežejo z atomi kisika tako, da so natančno povezani, toplota pa sproži pretvorbo – običajno v ogljikov dioksid in vodo, vendar je to lahko odvisno od kemične sestave elementov na začetni točki.
Če v ozračju ni dovolj kisika, da bi ustrezal vsakemu ogljikovemu atomu, je zgorevanje običajno nepopolno, kar pomeni, da se pri pretvorbi del materiala spremeni v plin, ne pa vsega. Količina toplote, ki je potrebna za reakcijo v obeh primerih, je običajno odvisna od goriva, saj mora biti temperatura na ali nad pragom gorenja tega materiala, da se reakcija sploh zgodi.
Razumevanje zgorevanja na splošno
Številni materiali in vsi, ki ohranjajo življenje, se štejejo za »na osnovi ogljika«. Ogljik je skoraj vseprisoten element, podobno kot kisik. Vsaka spojina, ki vsebuje ogljik, ima tako imenovano “temperaturo vžiga”, to je temperatura, pri kateri bo gorela. Različne spojine imajo različne mejne vrednosti, vendar je toplota vedno prva zahteva. Včasih je ta toplota lahko zelo nizka, kot je tisti, ki nastane zaradi trenja, ko vžigalica udari v grobo površino; v mnogih primerih pa mora biti veliko višja.
Ko je material izpostavljen toploti, ki presega temperaturo vžiga, se ogljikovi atomi začnejo preurejati. Ujemajo se s kisikom v ozračju in na atomski ravni se zgodi majhna reakcija, ki je lahko, če jo pogledamo od zunaj, pogosto precej dramatična. Včasih vse skupaj gori ali pa se zdi, da se hitro stopi ali raztopi; lahko se dvigne v dim in včasih zasliši kot pok ali pok. Veliko je odvisno od vpletenih snovi, pa tudi od tega, kaj vsebuje gorljiva spojina poleg preprostega ogljika. Ti sekundarni elementi so običajno vključeni privzeto.
Kaj naredi zgorevanje “popolno”
Ko znanstveniki govorijo o “popolnem” zgorevanju, običajno razpravljajo o dogodku, ko reakcija požre vse. Da bi se to zgodilo, mora biti na voljo dovolj kisika za vsak atom ogljika v spojini, da najde ujemanje ali par v okoljskem zraku. Večino časa to ni problem; atmosfera običajno vsebuje veliko kisika. Ponavadi pride do pomanjkanja le, ko se reakcija zgodi nekje bolj nenavadno; pod zemljo v jami, na primer, na zelo visoki nadmorski višini ali v laboratoriju, kjer so pogoji umetno nadzorovani.
Nepopolne alternative
Popolno razmerje med ogljikom in kisikom se imenuje tudi stehiometrično ali nič odvečnega zgorevanja zraka. Zgorevanje se še vedno lahko zgodi, ko je razmerje neuravnoteženo, vendar v teh okoliščinah običajno nekaj ostane – kar pomeni, da se celotna spojina ne pretvori v plin ali kako drugače spremeni obliko. V večini primerov je to znano kot nepopolno zgorevanje. Postopek je enak do končne točke; ogljik in kisik se ujemata, kolikor se le da, nato pustite preostanek bolj ali manj nedotaknjen.
Propan kot model
Zgorevanje propana je primer pogosto zgorevalnega ogljikovodika v gospodinjstvu. Običajno bo do izgorevanja propana prišlo, ko je plin v zračni mešanici med 2.2 odstotka in 9.6 odstotka. Ta razpon se imenuje “meje vnetljivosti” propana. Pravilno delujoča naprava na propan, ki proizvaja idealno opekline, običajno oddaja modri plamen.
Do nepopolnega zgorevanja propana pride, ko je mešano razmerje višje ali nižje od idealnega razmerja, vendar se še vedno pojavlja v mejah vnetljivosti. Če je razmerje med propanom in zrakom manjše od idealnega razmerja, bo prišlo do “puste opekline”, kar dokazujejo plameni, za katere se zdi, da se dvigajo stran od gorilnika ali ugasnejo. Druga možnost je, da se “bogat izgorevanje” zgodi, ko je razmerje med propanom in zrakom večje od idealnega razmerja, in ga je mogoče prepoznati po večjih plamenih, ki so rumeni in ne modri. Nepopolno zgorevanje propana ali drugih ogljikovodikov običajno povzroči sproščanje ogljikovega monoksida, ki je izjemno nevarno za okolje in zdravje ljudi in večine živali. Ogljikov monoksid je brez vonja in ga ni mogoče zaznati brez posebnih senzorjev, vendar je pri daljšem vdihavanju pogosto smrtonosen.