Forbrænding.

Vi skal nu se lidt på varme, der  er en form for energi. Den kan skabes ved gnidning, som vi alle kender,  når bremserne på en bil bliver brugt meget eller når en blypose falder til jorden en masse gange.   I dette tilfælde er det  mekanisk energi der bliver omdannet til varme. Et andet eksempel er forbrænding af træ som indeholder carbon. Her er det kemisk energi der omdannes.

 Hvis forbrændingen er fuldstændig sker der følgende reaktion med luftens oxygen, hvorved der dannes carbondioxid:

KEM(6.1)

 

Ved processen udvikles en varmemængde (i kemien kaldet enthalpi) på 32,8 kJ per gram  carbon. Brændværdien siges at være 32,8 kJ/g. Hvis processen ikke er fuldstændig udvikles i stedet det giftige carbonmonoxid:

KEM(6.2)

 

I dette tilfælde udvikles der en mindre varmemængde på: 9,2 kJ/g. Det forklarer at det er vigtigt at have godt med tilførsel af oxygen ved forbrænding i en brændeovn. Altså "spjældet" skal være åbent i starten for at processen forløber bedst. 

Når et gasblus brænder er det naturgas (methan) som indgår med luftens oxygen:

KEM(6.3)

 

Ved denne proces udvikles 49 kJ per gram methan. Tilsvarende ved afbrænding af olie  er brændværdien 42 kJ/g og for benzin er brændværdien 41 kJ/g. 

Projekt 1. Hvor stor en energimængde frigives ved forbrænding af 1,5 mol methan.

Også fødevarer indeholder kemisk energi. Vi har følgende brændværdier:

  • Carbohydrider: 17,2 kJ/g
  • Fedt: 38,9 kJ/g
  • Protein: 17,6 kJ/g.

Så den største andel af energien kommer fra forbrænding af fedtstof. Levnedsmiddelstyrelsen anbefaler i øvrigt at i fødevarer skal mindst 10% af energien komme fra proteiner og maksimalt 30% fra fedtstof, for at kosten er sund. 


 

 

 

 

 

Forurening fra biler.

Desværre kan ved forbrænding luftens oxygen forbinde sig med luftens nitrogen ved høje temperaturer som i en bilmotor. Følgende to processer er mulige:

KEM(6.4)

 

og

KEM(6.5)

 

De to skadelige gasser NO og NO2 behandles under et  som det toksiske NOx. Det kan føre til SMOG i byerne og i almindelighed til syreregn. Begrebet SMOG dukkede først op i London og var en uheldig kombination af SMOKE og FOG.

Syreregn kan opstå ved at NO2 forbinder sig med luftens oxygen og vanddamp, hvorved der dannes salpetersyre efter processen:

KEM(6.6)

 

Forureningen fra bilerne kan nedsættes stærkt op til 90% ved at benytte en katalysator, som får NOx gasserne til at reagere med det giftige carbonmonoxid, efter devisen med ondt skal ondt fordrives.  Følgende processer forløber:

KEM(6.7)

 

samt

KEM(6.8)

 

I begge tilfælde fås carbondioxid. Der er altså en lille pris der skal betales i form af forøget CO2 udslip, mod at slippe for de toksiske gasser der påvirker lungerne.

Projekt 2. Opskriv et reaktionsskema for processen i KEM(6.8) når der bruges 1,2 g NO2. Hvor mange gram carbondioxid dannes ved processen?


 

Forurening fra kraftværker.

Når kul og olie afbrændes er der ofte urenheder i form af svovl. Derved kan der dannes svovdioxid som også giver anledning til syreregn. Processen forløber:

KEM(6.9)

 

Ved yderligere kontakt med luftens oxygen kan det dannede svovldioxid omdannes til svovltrioxid:

KEM(6.10)

 

Når dette stof kommer i kontakt med luftens vanddamp vil der dannes svovlsyre:

KEM(6.11)

 

Den endelige proces forløber derfor således:

KEM(6.12)

 

Projekt 2. Opskriv et reaktionsskema for processen i KEM(6.12) når der bruges 5,0 g SO2. Hvor mange gram svovlsyre dannes ved processen?


 

Forurening fra forbrændingsanlæg.

I vores dagligdag smider vi masser af plastmaterialer bl.a. i form af vinylchlorid også kaldet chlorethen. Dette stof er dannet ud fra stoffet ethen med den kemiske formel:

KEM(6.13)

 

der indeholder en dobbeltbinding:

KEM(6.14)

 

Ved substitution af et hydrogenatom med et chloratom fås chloethen eller i daglig tale vinylchlorid:

KEM(6.15)

 

som også indeholder en dobbeltbinding:

KEM(6.16)

 

Ved at bryde dobbeltbindingen kan man konstruere lange kæder hvor det veksler mellem hydrogen og chlor. Det kaldes for polyvinylchlorid eller kort PVC.

KEM(6.17)

 

Uheldigvis ved afbrænding af dette produkt dannes der saltsyre. For ethenchlorid forløber processen således:

KEM(6.18)

 

Den dannede saltsyre kan renses ved tilsætning at læsket kalk hvorved der dannes vand plus calciumchlorid efter processen:

KEM(6.19)

 

Projekt 4. Opskriv et reaktionsskema for processen i KEM(6.19) når der bruges 6,2 g HCl.. Hvor mange gram calciumchlorid dannes ved processen?