Verbranding

Op het gasfornuis, in de cv-ketel, bij een kampvuur, in een elektriciteitscentrale en zelfs in je eigen lichaam vindt vaak verbranding plaats. Wanneer een brandstof en zuurstof met elkaar reageren komen er verbrandingsproducten vrij. Daarnaast komt er bij een verbranding ook een grote hoeveelheid energie vrij in de vorm van warmte.

Verbrandingsreactie

Een verbranding is een scheikundige reactie van een brandstof met zuurstof. Deze reactie kan alleen plaatsvinden wanneer de ontbrandingstemperatuur is bereikt. De ontbrandingstemperatuur is de minimale temperatuur die de stof moet hebben om te kunnen ontbranden. De stoffen die ontstaan bij een verbranding zijn afhankelijk van de brandstof die wordt verbrand. Bij de volledige verbranding van koolwaterstoffen (stoffen waarvan de moleculen bestaan uit koolstofatomen en waterstofatomen) komt er na de verbranding koolstofdioxide en waterdamp vrij, dat zijn de verbrandingsproducten.

Een verbrandingsreactie kan schematisch weergegeven worden met een reactieschema (een schematische weergave van een reactie in woorden), hieronder staan een paar voorbeelden met verschillende brandstoffen:

• methaan (g) + zuurstof (g) → koolstofdioxide (g) + water (l)
• stookolie (l) + zuurstof (g) → koolstofdioxide (g) + water (l)
• hout (s) + zuurstof (g) → koolstofdioxide (g) + water (l)

De symbolen die tussen haakjes staan geven de fase van de stof aan wanneer de stof bij kamertemperatuur is: 'g' betekent gasvormig, 'l' betekent vloeibaar (liquid) en 's' betekent vast (solid).

De verbrandingsreactie stoppen

Om een verbrandingsreactie te laten stoppen moet je zorgen dat één van de drie voorwaarden voor verbranding weggehaald wordt. De manier die je het vaakst gebruikt is het weghalen van de brandstof, dit doe je als je bijvoorbeeld de gaskraan van het gasfornuis dicht draait. Wanneer je echter een ongewenste brand hebt kan dat vaak niet. Je kunt die dan blussen door de zuurstof weg te halen (dat doe je bijvoorbeeld met een blusdeken) of door de temperatuur flink te verlagen (met bijvoorbeeld water). Veel blusmiddelen zorgen voor een combinatie van deze methodes. Een schuimblusser zorgt er bijvoorbeeld voor dat de temperatuur verlaagd wordt én er minder zuurstof bij de brandstof kan komen.

Reactievergelijking

Elke scheikundige reactie kan ook weergegeven worden met een reactievergelijking. Een reactievergelijking lijkt op een reactieschema, alleen worden de stoffen dan weergegeven met hun scheikundige formules. Als voorbeeld staat hieronder de reactievergelijking van de volledige verbranding van methaan. Methaan (CH₄) is de stof waar aardgas voornamelijk uit bestaat.

CH₄ (g) + 2 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 H₂O (l)

In deze reactievergelijking staat dat één methaanmolecuul reageert met twee zuurstofmoleculen. Na de reactie zijn er één koolstofdioxidemolecuul en twee watermoleculen. De moleculen (en dus de stoffen) zijn dus veranderd! Als je echter goed kijkt zie je dat de atomen voor en na de reactie hetzelfde gebleven zijn:

• Voor de reactie is er één C-atoom (koolstof), na de reactie is er één C-atoom.
• Voor de reactie zijn er 4 H-atomen (waterstof), na de reactie zijn er 2 x 2 = 4 H-atomen.
• Voor de reactie zijn er 2 x 2 = 4 O-atomen (zuurstof), na de reactie zijn er 2 + (2 x 1) = 4 O-atomen.

Deze reactie klopt dus! Je kunt dat ook zien in de volgende afbeelding.

Verbrandingsreactie van methaan. Een grijs bolletje stelt een koolstofatoom (C) voor, een rood bolletje stelt een zuurstofatoom (O) voor en een wit bolletje stelt een waterstofatoom (H) voor.

Nog een voorbeeld: glucose

Glucose is een soort suiker, dit wordt in je lichaam verbrand om energie op te wekken. Het reactieschema van deze verbranding is:

glucose (s) + zuurstof (g) → koolstofdioxide (g) + water (l)

Wanneer je op deeltjesniveau naar deze verbranding kijkt, krijg je de volgende reactievergelijking. Zoals altijd veranderen de moleculen, maar blijft het aantal atomen van elke soort links en rechts van de pijl gelijk. Tel ze maar na!

C₆H₁₂O₆ (s) + 6 O₂ (g) → 6 CO₂ (g) + 6 H₂O (l)

Volledige en onvolledige verbranding

Om een brandstof te verbranden is dus zuurstof nodig. Wanneer er genoeg zuurstof is dan kan er een volledige verbranding plaatsvinden. Bij de verbranding van koolwaterstoffen komt dan koolstofdioxide (CO₂) vrij. Als er echter te weinig zuurstof is om met de brandstof te reageren kan er ook een onvolledige verbranding plaatsvinden. In plaats van CO₂ ontstaat er dan koolstofmonoxide (CO) en koolstof (C). Dat zijn verbrandingsproducten die je niet wil hebben. Vast koolstof is roet, dat zorgt voor vieze zwarte aanslag en je wil het niet inademen. Koolstofmonoxide is een giftig gas: regelmatig overlijden er mensen door een koolstofmonoxidevergiftiging, omdat ze zich in een ruimte bevinden waar een deels onvolledige verbranding plaatsvindt en de gassen niet goed afgevoerd worden. Je kunt koolstofmonoxide niet ruiken, daarom wordt mensen die in huis een ouderwetse kachel gebruiken aangeraden om een CO-melder te installeren.

Water en koolstofdioxide

De verbrandingsproducten van de volledige verbranding van een koolwaterstof zijn dus water en koolstofdioxide. Dat er bij de verbranding water ontstaat kun je waarnemen wanneer je een koud oppervlak erboven houdt. Het gasvormige water condenseert dan bij dat oppervlak, er ontstaat dan condens: hele kleine waterdruppeltjes. Je ziet dat ook wanneer je bijvoorbeeld met veel mensen en koud weer in de auto zit: de ramen beslaan doordat de waterdamp die iedereen uitademt condenseert op de ramen.

Het vrijkomen van koolstofdioxide kun je aantonen door het bij de verbranding vrijgekomen gas in aanraking te laten komen met helder kalkwater. Kalkwater is een heldere en kleurloze oplossing. Als daar koolstofdioxide doorheen gaat dan zal het heldere kalkwater troebel worden en een witte kleur krijgen. Je kunt helder kalkwater dus gebruiken om de aanwezigheid van koolstofdioxide mee aan te tonen.

Koolstofdioxide (CO₂) is één van de gassen die bijdragen aan het broeikaseffect wanneer het in de atmosfeer van de aarde komt. De broeikasgassen hebben in principe een nuttige werking: ze zorgen ervoor dat warmte van de zon in de atmosfeer vastgehouden wordt en we in een prettig klimaat leven. Wanneer er (bijvoorbeeld door teveel fossiele brandstoffen te verbranden) echter méér broeikasgassen in de atmosfeer komen dan de aarde nodig heeft wordt er teveel warmte vastgehouden, wat een oorzaak is van klimaatveranderingen.

Bronvermelding afbeeldingen

Groot vuur: Brandweer Wervik, Flickr - https://www.flickr.com/photos/brandweer_wervik/ - licentie CC BY-SA 2.0
Vetbrand: Rama, Wikimedia - https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=333786 - licentie CC BY-SA 2.0
Autobrand: Brandweer Neder-Betuwe, kazerne Ochten, Nederland, Wikimedia - https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3263914 - licentie CC BY-SA 3.0

Wat vind je van deze uitleg?

Reageer of stel een vraag