Spalanie alkanów

Alkany- węglowodory nasycone spalają się całkowicie w tlenie, z utworzeniem odpowiednich ilości dwutlenku węgla i wody. Reakcję całkowitego spalania alkanu o wzorze sumarycznym C_nH_{2n+2, można zapisać równaniem (1). Ilość cząsteczek tlenu potrzebną do całkowitego spalenia jednej cząsteczki alkanu, w równaniu (1) oznaczoną jako n, można wyliczyć łatwo ze wzoru (2) – jest ona zależna  od liczb atomów węgla i wodoru w cząsteczce.

C_nH_{2n+2} + xO_2  \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O (1)

x= \frac{3n+1}{2} (2)

Spalanie całkowite zachodzi jedynie przy dużym dostepie tlenu. Często jednak w okresie ziomowym słyszy się o zatruciu czadem (czad tlenek węglaCO), dzieje się tak np. w mieszkaniach posiadających termę gazową czy junkers. Urządzenia takie spalając gaz ziemny (którego składnikiem jest głównie metan- alkan) przy niedostatecznym dostępie tlenu (np. kiepskiej wentylacji) spalają metan do tlenku węgla.

Spalanie do tlenku węgla nosi nazwę półspalania (wzór ogólny reakcja 3).

C_nH_{2n+2}+ \frac{2n+1}{2} O _{2}  \rightarrow nCO+(n+1)H_2O (3)

Spalanie niecałkowite zachodzi przy bardzo ograniczonym dostępie tlenu, powstaje wówdzas sadza (równanie 4).

C_nH_{2n+2}+ \frac{n+1}{2} O _{2}  \rightarrow nC+(n+1)H_2O (4)

 

Przykład

Butan, alkan o wzorze C4H10, spala się całkowicie według równania (5);

 C_4H_{10} + 6  \frac{1}{2} O_2  \rightarrow  4CO_2 + 5H_2O(5)

W tym równaniu liczba atomów węgla w cząsteczce (n) wynosi 4, a liczba atomów wodoru (2n+2) wynosi 10. Liczbę cząsteczek tlenu potrzebnych do spalenia 1 cząsteczki butanu obliczamy, podstawiając n do równania 2:

X = \frac{3 \cdot 4 + 1}{2} = \frac{13}{2} = 6  \frac{1}{2}

Jest to zgodne z wartością zapisaną w uzgodnionym równaniu (5).

Szybkość spalania i liczba oktanowa

Spalanie węglowodorów nasyconych o krótkich, prostych łańcuchach zachodzi szybko. W przypadku najkrótszych, gazowych węglowodorów takich jak metan, etan, propan i butan, może zachodzić ono gwałtownie, a nawet wybuchowo. Spalanie węglowodorów o dłuższych łańcuchach zachodzi zwykle wolniej i w wyższych temperaturach. Oprócz masy cząsteczkowej, na szybkość spalania węglowodorów ma również wpływ stopień rozgałęzienia łańcucha węglowego – węglowodory o łańcuchach prostych spalają się bardziej gwałtownie i szybko, niż węglowodory o łańcuchach rozgałęzionych. Spokojne spalanie węglowodorów jest bardzo ważne dla stabilnego działania wszystkich silników spalinowych (zarówno benzynowych, jak i silników Diesla), dlatego jako składniki paliw wykorzystywane są związki o rozgałęzionych łańcuchach (takie jak np. 2,2,4-trimetylopentan). Aby ocenić zdolność do spokojnego, równomiernego spalania mieszanin węglowodorów, wprowadzono tak zwaną liczbę oktanową. Liczba oktanowa 0 została arbitralnie ustalona dla czystego n-heptanu. 0 oktanów oznacza spalanie gwałtowne, wybuchowe – powodujące silne „stukanie” silnika spalinowego. Liczbę oktanową 100 przypisano izooktanowi ( wspomnianemu już wcześniej 2,2,4-trimetylopentanowi), który spala się równo i spokojnie, nie powodując „stukania” silnika. Nazwa „liczba oktanowa” pochodzi właśnie od tego węglowodoru – izooktanu. Współcześnie produkowane mieszaniny paliwowe wysokiej jakości osiągają liczby oktanowe powyżej 100, oznacza to że spalają się bardziej równomiernie i spokojnie od izooktanu.

Polecamy również:

  • Izomeria alkanów – izomery konstytucyjne – przykłady, zadania

    Izomery to związki chemiczne posiadające taki sam skład pierwiastkowy, ale różniące się strukturą chemiczną. Zależnie od różnicy w strukturze, wyróżniamy różne typy izomerii, np. izomerię konstytucyjną, izomerię przestrzenną czy izomerię optyczną. Więcej »

  • Chiralność i izomeria przestrzenna alkanów

    Oprócz izomerii konstytucyjnej, drugim ważnym rodzajem izomerii jest izomeria przestrzenna. Izomery przestrzenne to związki, które mają taki sam wzór sumaryczny, taki sam szkielet węglowy, te same grupy funkcyjne (położone tak samo), ale różnią się budową przestrzenną... Więcej »

  • Zastosowanie alkanów

    Alkany znajdują szereg zastosowań w przemyśle – jako składniki  ropy naftowej i gazu ziemnego stanowią podstawowe surowce energetyczne. Oprócz produkcji różnego rodzaju paliw (olej napędowy, benzyna, oleje opałowe, LPG i inne), alkany znajdują szerokie zastosowanie jako lotne... Więcej »

Komentarze (0)
Wynik działania 4 + 2 =
Ostatnio komentowane
kox
kwiat • 2021-01-26 20:29:45
hej?
bartololo • 2021-01-26 17:59:13
xd
roksii • 2021-01-26 11:58:59
JD
iggggo • 2021-01-26 11:44:18
Bardzo prosty
Oliwia • 2021-01-26 06:11:42