Горене

Горене или изгаряне е окислително-редукционен процес, при който се излъчва енергия под формата на топлина и светлина. Горенето също е екзотермична реакция.

Като цяло под понятието горене се разбира окисление на даден материал с кислород под формата на огън и представлява най-активната форма на окисление. В химията съществуват реакции под името горене, които се осъществяват без кислород. Такава е реакцията за получаване на флуороводород от флуор и водород. При тази реакция флуорът замества кислорода като окислител.

Отделяне на топлина може да доведе до производството на светлина под формата на тлеене или пламък. Горивата често включват органични съединения (особено въглеводород) в газовата, течната или твърдата фаза.

Горенето е първият химически процес, овладян от човека. Усвояването на огъня изиграва ключова роля в развитието на човешката цивилизация. Огънят открива пред хората възможността за топлинна обработка на храна и отопление на жилищата, а впоследствие – развитието на металургията, енергетиката и създаването на нови, по-съвременни инструменти и технологии. Контролът на горивните процеси е в основата на създаването на двигатели за автомобили, самолети, кораби и ракети.

Горенето все още е основният източник на енергия в света и ще остане такова в близко бъдеще. През 2010 г. приблизително 90 % от цялата енергия, произведена от човечеството на Земята, е извлечена чрез изгаряне на изкопаеми горива или биогорива ^[1], и според прогнозите на Управлението за енергийни изследвания и разработки (САЩ), този дял няма да падне под 80 % до 2040 г. с едновременно увеличаване на потреблението на енергия с 56 % между 2010 г. и 2040 г. ^[2] С това са свързани такива глобални проблеми на съвременната цивилизация, като изчерпването на невъзобновяемите енергийни ресурси, замърсяването на околната среда и глобалното затопляне.

Понятия и класификация

Химия

В химията се различават четири вида горене:

Горене под формата на пламък на запалими, летливи материали. Горене на твърди вещества чрез пламъци, които се образуват от продукти получени чрез пиролиза;
Горене под формата на жар протича без образуването на пламък. При него възникват топлинно излъчване и излъчване на светлина в инфрачервената област;
При ненапълно изгаряне, когато не се осъществят всички възможни връзки с окислителя, възникват запалими газове (въглероден оксид, водород, метан) или твърд въглерод^[3]. Към този процес принадлежат изгарянето на изгарянето на въглерод във въглероден монооксид и производството на въглища за барбекю и кокс;
Бавно „студено окисление“ се наблюдава при образуването на ръжда на металите, което също констатира тяхното „горене“.

Физика

Горене, при което определени смеси реагират с огромно увеличаване на обема и висока скорост на разпространение на пламъка се дефинират като експлозии. Предвид на скоростта на горене и разпространение те се делят на:

Детонация;
Дефлаграция.

Терминът „горене“ в астрофизиката и космологията е възприет от химията – прието е да се говори за „горене на хелия“ или „изгаряне на хелия“, когато при синтезирането на по-тежки ядра в звездите участват хелиеви ядра. Тоест, в ядрената физика, космологията и ядрената физика под горене се разбира отделяне на многократно повече енергия.^[4]

Пространство

Относно пространството, което заема горенето се различават:

повърхностно горене на граничните повърхнини на окисляващото средство във фронта на пламъка например свещ;
обемно горене след предварително смесване в газообразна или парообразна смес например реактивен двигател.

Контролиран и неконтролиран огън

Процесът на горене може да бъде контролиран например в една печка, парен котел или лагерен огън. Горенето се осъществява като неконтролиран процес като например при пожар.

Процес

При горенето дадена субстанция (горивен материал) химически реагира с кислород или друг газ. Горивният материал може да бъде твърд (дърво, въглища), течен (бензин, етанол), втечняващ се (восък) или газообразен (метан, пропан-бутан).

Галерия

Освобождаване на голямо количество енергия при изгаряне на етанол
Пламък в горелка на Бунзен: 1 – подаването на въздух е затворено; 2 – подаването на въздух от дъното е почти блокирано; 3 – сместа е близка до стехиометрична; 4 – максимален въздушен поток
Жълтият цвят на пламъка на газова горелка при добавяне на следи от натрий към него (тънка жичка от сол) се причинява от излъчването на двойна D-линия от натрия с дължини на вълните 589 и 589,6 nm
Ламинарен пламък на газова запалка

Източници

↑ Key World Energy Statistics – книга, 80 страници, стр. 6, издателство „International Energy Agency“ (IEA) 2012 г.
↑ International Energy Outlook 2013 with Projections to 2040 // U.S. Energy Information Administration (EIA). p. 1. Посетен на 2014-02-04. (на английски)
↑ Gerhard Hausladen: Skript Heiztechnik. Архив на оригинала от 2020-12-02 в Wayback Machine. Universität Gesamthochschule Kassel, Februar 1998, (PDF; 2,2 MB), online auf delta-q.de, abgerufen am 22. Dezember 2016.
↑ Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 448.

[1] Key World Energy Statistics – книга, 80 страници, стр. 6, издателство „International Energy Agency“ (IEA) 2012 г.

[2] International Energy Outlook 2013 with Projections to 2040 // U.S. Energy Information Administration (EIA). p. 1. Посетен на 2014-02-04. (на английски)

[3] Gerhard Hausladen: Skript Heiztechnik. Архив на оригинала от 2020-12-02 в Wayback Machine. Universität Gesamthochschule Kassel, Februar 1998, (PDF; 2,2 MB), online auf delta-q.de, abgerufen am 22. Dezember 2016.

[4] Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 448.

[1]

[2]

[3]

[4]