واکنش سوختن

[DANG3R]

دید کلی
واکنش هیدروکربنها از جمله آلکینها ، آلکنها و به ویژه آلکانها (که سوختهای مصرفی ما از جمله گازها از این دسته‌اند.) با اکسیژن و تشکیل دی‌اکسید کربن ، آب و پراهمیت‌تر از همه ، گرما مهمترین واکنشی است که در موتورهای درون‌سوز رخ می‌دهد. اهمیت عملی آن بر همه آشکار است. مکانیسم این واکنش بسیار پیچیده بوده و هنوز بطور کامل فهمیده نشده است! با وجود این ، ظاهرا شکی وجود ندارد که یک واکنش رادیکال آزاد زنجیری است.
گرمای واکنش سوختن
این واکنش ، فوق‌العاده گرماده است، ولی برای آغاز شدن به دمای بسیار بالا ، یعنی دمای شعله نیاز دارد. مانند واکنش کلردار شدن آلکانها ، برای شکستن پیوند و بوجود آمدن ذرات واکنش پذیر نخستین ، به انرژی قابل ملاحظه‌ای نیاز داریم (واکنش کلردار شدن ، یک واکنش زنجیری است.)، وقتی بر این سد انرژی فائق آمدیم، مراحل بعدی زنجیر به آسانی انجام شده و انرژی آزاد می‌شود.
موتورهای بنزینی و واکنش سوختن
درصد فشردگی بیشتر موجب شده است که موتورهای بنزینی پیشرفته بهتر از موتورهای قدیمی کار کنند، ولی در عین حال مشکل تازه‌ای نیز بوجود آمده است. در شرایط خاص ، انفجار ملایم مخلوط سوخت _ هوا در سیلندر ، جای خود را به کوبش می‌دهد که به مقدار زیاد از قدرت موتور کم می‌کند. با مشکل کوبش بطور موفقیت آمیز به دو طریق برخورد شده است:


1. گزینش مناسب هیدروکربنهایی که به عنوان سوخت مصرف می‌شوند.

2. افزودن تترااتیل سرب

آزمایش با ترکیبهای خالص نشان داده است که تمایل هیدروربنهای گوناگون با ساختارهای مختلف ، برای ایجاد کوبش بسیار متفاوت است. تمایل ضد کوبش نسبی یک سوخت معمولا از روی عدد اکتان آن معلوم می‌شود. به کمک n-تان که کوبش بسیار دارد و به آن عدد اکتان صفر نسبت داده شده و 2 ، 2 و 4- تری متیل پنتان (ایزو اکتان) که به آن عدد اکتان 100 نسبت داده شده، یک مقیاس انتخابی برپا شده است. امروزه سوختهایی مورد استفاده‌اند که خصلت ضد کوبش آنها بهتر از ایزواکتان است.

اصلاح بنزین برای انجام واکنش سوختن بهتر
برش بنزین بدست آمده از تقطیر مستقیم نفت (بنزین مستقیم) را با افزودن ترکیبهایی که عدد اکتان آنها بالاتر است، اصلاح می‌کنند. گاهی به جای آن از سوختهای بهتری استفاده می‌کنند. آلکانهای زنجیری شاخه‌دار ، آلکنها و هیدروکربنهای آروماتیک عموما خواص ضد کوبش بهتری دارند. این هیدروکربنها را بوسیله کراکینگ کاتالیزوری و تبدیل کاتالیزوری از نفت تهیه می‌کنند. آلکانهای بسیار شاخه‌دار را از آلکنها و آلکانها به روش آلْکیل‌دار کردن می‌سازند.

در سال 1922 ، تی. سی. میجلی (T.C.Midgley) و تی. ای. بوید (T.A.Boyd) از آزمایشگاه پژوهشی جنرال موتورز دریافتند که عدد اکتان یک سوخت بر اثر افزودن مقدار کمی تترااتیل سرب () خیلی بهبود می‌یابد. بنزینی را که به این ترتیب بدست می‌آید، بنزین اتیل یا بنزین سرب‌دار می‌نامند. سرانجام بعد از 50 سال پژوهش معلوم شد که نقش تترااتیل سرب احتمالا تولید ذرات بسیار کوچک اکسیدهای سرب است که بر روی سطح آنها بعضی از زنجیرهای واکنش شکسته می‌شوند.
آلودگی ناشی از واکنش سوختن
واکنش سوختن و از جمله واکنش در موتورهای بنزینی ، علاوه بر دی‌اکسید کربن و آب ، اجسام دیگری را نیز وارد جو می‌کند. اجسامی که یا مه دود تولید می‌کنند و یا مستقیما موجب مسمومیت می‌شوند: هیدروکربنهای نسوخته ، مونوکسید کربن ، اکسیدهای نیتروژن و از بنزین سرب‌دار ، ترکیبهای گوناگون سرب.

پیش از این در ایالات متحده ، روزانه صدها تن سرب تولید می‌شد. از اثر نور خورشید بر مه دود ، اوزون تولید می‌شود که تحریک کننده و گاهی کشنده است. (این اوزون نیست که در بالای جو ، لایه اوزون را تشکیل می‌دهد.) اعتراض مردم به این آلوده کننده‌ها موجب شد تا تحول کوچکی در صنایع نفت و اتومبیل بوجود آید. مبدلهایی برای تصفیه گازهای خروجی از اگزوز اتومبیل ، از طریق اکسایش کاتالیزوری هیدروکربنها و مونوکسید کربن و از طریق تجزیه اکسیدهای نیتروژن به نیتروژن و اکسیژن ، طراحی شد. ولی بیشتر این کاتالیزورهای اکسایشی دارای پلاتین می‌باشند که بوسیله سرب مسموم می‌شود.

برای خارج کردن سرب از بنزین اقدام شد، این کار در آغاز نه برای قطع آلودگی ناشی از سرب ، بلکه برای این بود که مبدلها بتوانند کار کنند. این کار دوباره مسئله کوبش را مطرح کرد که به دو صورت با آن برخورد شد:


1. از طریق پایین آوردن نسبت فشردگی در اتومبیلهای جدیدی که ساخته می‌شود.

2. از طریق بالا بردن عدد اکتان بنزین با ایجاد تغییر در ترکیب هیدروکربن از طریق افزودن هیدروکربنهای آروماتیک و با استفاده فزاینده از ایزومری شدن برای انجام بهتر واکنش سوختن.

اما این آلودگی ، جدی‌ترین مساله‌ای نیست که در اثر سوختن بوجود می‌آید.

اثر گلخانه‌ای و واکنش سوختن
در دهه 1980 دنیا متوجه خطر گرم شدن کره زمین ناشی از اثر گلخانه‌ای شد. در اینجا ، مقصر اصلی یک فراورده جانبی زیان آور نیست، بلکه یک فراورده اجتناب ناپذیر از سوختن هیدروکربنها ، یعنی دی اکسید کربن است. اتمسفر زمین دارای چندین گاز است که مانند شیشه در گلخانه عمل می‌کنند. این گازها در برابر نور مرئی خورشید شفاف‌اند و اجازه می‌دهند نور از آنها عبور کند و در پایین به زمین برسد. ولی نور فرابنفش منتشر شده به سوی زمین را به دام می‌اندازند و به گرما تبدیل می‌کنند.

گازهای گلخانه‌ای اصلی عبارتند از: CFC کلرو فلوئورو کربنها ، متان و مهمتر از همه ، مونوکسید کربن (که از واکنش سوختن ایجاد می‌شود.)

امروزه ، غلظت گازهای گلخانه‌ای به دو علت در حال زیاد شدن است و هر دو علت از تکنولوژی پیشرفته ناشی می‌شود: ساخت کلرو فلوئورو کربنها که هرگز پیش از این بر روی سیاره ما سابقه نداشته است و دیگری ، سوزاندن سوختهای فسیلی با سرعتی سرسام‌آور که باز هم رو به افزایش است.

اگر این روند متوقف نشود، پیش بینی می‌شود که دمای کره زمین همچنان بالا و بالاتر رود.

منبع دانشنامه