Pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia redoks eksotermik bersuhu tinggi antara bahan bakar (reduktor) dan oksidan, biasanya oksigen atmosfer, yang menghasilkan produk teroksidasi, sering kali berupa gas, dalam campuran yang disebut sebagai asap. Pembakaran tidak selalu menghasilkan api, karena nyala api hanya terlihat ketika zat yang mengalami pembakaran menguap, tetapi ketika itu terjadi, nyala api adalah indikator karakteristik reaksi. Meskipun energi aktivasi harus disediakan untuk memulai pembakaran (misalnya, menggunakan korek api yang menyala untuk menyalakan api), panas dari nyala api dapat memberikan energi yang cukup untuk membuat reaksi berjalan dengan sendirinya. Studi tentang pembakaran dikenal sebagai ilmu pembakaran.
Pembakaran sering kali merupakan rangkaian reaksi radikal elementer yang rumit. Bahan bakar padat, seperti kayu dan batu bara, pertama-tama mengalami pirolisis endotermik untuk menghasilkan bahan bakar gas yang pembakarannya kemudian memasok panas yang dibutuhkan untuk menghasilkan lebih banyak bahan bakar. Pembakaran sering kali cukup panas sehingga menghasilkan cahaya pijar dalam bentuk pijar atau nyala api. Contoh sederhana dapat dilihat pada pembakaran hidrogen dan oksigen menjadi uap air, sebuah reaksi yang biasa digunakan untuk bahan bakar mesin roket. Reaksi ini melepaskan 242 kJ/mol panas dan mengurangi entalpi (pada suhu dan tekanan konstan).
Pembakaran tanpa katalis di udara membutuhkan suhu yang relatif tinggi. Pembakaran sempurna bersifat stoikiometrik terkait bahan bakar, di mana tidak ada bahan bakar yang tersisa, dan idealnya, tidak ada sisa oksidan. Secara termodinamika, kesetimbangan kimiawi pembakaran di udara sangat berpihak pada produk. Namun, pembakaran sempurna hampir tidak mungkin dicapai, karena kesetimbangan kimiawi belum tentu tercapai, atau mungkin mengandung produk yang tidak terbakar seperti karbon monoksida, hidrogen, dan bahkan karbon (jelaga atau abu). Dengan demikian, asap yang dihasilkan biasanya beracun dan mengandung produk yang tidak terbakar atau teroksidasi sebagian. Setiap pembakaran pada suhu tinggi di udara atmosfer, yang mengandung 78 persen nitrogen, juga akan menghasilkan sejumlah kecil nitrogen oksida, yang biasanya disebut sebagai NOx, karena pembakaran nitrogen secara termodinamika lebih disukai pada suhu tinggi, tetapi tidak pada suhu rendah. Karena pembakaran jarang sekali bersih, pembersihan bahan bakar gas atau konverter katalitik mungkin diwajibkan oleh hukum.
Kebakaran terjadi secara alami, dipicu oleh sambaran petir atau produk vulkanik. Pembakaran (api) adalah reaksi kimia terkontrol pertama yang ditemukan oleh manusia, dalam bentuk api unggun dan api unggun, dan terus menjadi metode utama untuk menghasilkan energi bagi umat manusia. Biasanya, bahan bakarnya adalah karbon, hidrokarbon, atau campuran yang lebih rumit seperti kayu yang mengandung hidrokarbon teroksidasi sebagian. Energi panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil seperti batu bara atau minyak, atau dari bahan bakar terbarukan seperti kayu bakar, dipanen untuk berbagai penggunaan seperti memasak, produksi listrik atau pemanas industri atau rumah tangga. Pembakaran juga saat ini merupakan satu-satunya reaksi yang digunakan untuk menggerakkan roket. Pembakaran juga digunakan untuk memusnahkan (membakar) limbah, baik yang tidak berbahaya maupun yang berbahaya.
Oksidan untuk pembakaran memiliki potensi oksidasi yang tinggi dan mencakup oksigen atmosfer atau murni, klorin, fluorin, klorin trifluorida, dinitrogen oksida, dan asam nitrat. Sebagai contoh, hidrogen terbakar dalam klorin membentuk hidrogen klorida dengan pembebasan panas dan karakteristik cahaya pembakaran. Meskipun biasanya tidak dikatalisis, pembakaran dapat dikatalisis oleh platina atau vanadium, seperti dalam proses kontak.
Jenis
Lengkap dan tidak lengkap
Lengkap
Pembakaran metana, sebuah hidrokarbon
Pada pembakaran sempurna, reaktan terbakar dalam oksigen dan menghasilkan produk dalam jumlah terbatas. Ketika hidrokarbon terbakar dalam oksigen, reaksinya terutama akan menghasilkan karbon dioksida dan air. Ketika elemen dibakar, produk utamanya adalah oksida yang paling umum. Karbon akan menghasilkan karbon dioksida, belerang akan menghasilkan belerang dioksida, dan besi akan menghasilkan besi (III) oksida. Nitrogen tidak dianggap sebagai zat yang mudah terbakar ketika oksigen adalah oksidan. Namun, sejumlah kecil nitrogen oksida (umumnya disebut spesies NO
x) terbentuk ketika udara menjadi oksidator.
Pembakaran tidak selalu menguntungkan untuk tingkat oksidasi maksimum, dan dapat bergantung pada suhu. Sebagai contoh, sulfur trioksida tidak diproduksi secara kuantitatif oleh pembakaran sulfur. Spesies NOx muncul dalam jumlah yang signifikan di atas sekitar 2.800 °F (1.540 ° C), dan lebih banyak lagi yang diproduksi pada suhu yang lebih tinggi. Jumlah NOx juga merupakan fungsi dari kelebihan oksigen.
Tidak lengkap
Pembakaran yang tidak sempurna akan terjadi jika tidak ada cukup oksigen untuk memungkinkan bahan bakar bereaksi secara sempurna untuk menghasilkan karbon dioksida dan air. Hal ini juga terjadi ketika pembakaran dipadamkan oleh pendingin, seperti permukaan padat atau perangkap api. Seperti halnya dengan pembakaran sempurna, air dihasilkan oleh pembakaran yang tidak sempurna; namun, karbon dan karbon monoksida dihasilkan, bukan karbon dioksida.
Untuk sebagian besar bahan bakar, seperti minyak diesel, batu bara, atau kayu, pirolisis terjadi sebelum pembakaran. Pada pembakaran yang tidak sempurna, produk pirolisis tetap tidak terbakar dan mencemari asap dengan partikel dan gas berbahaya. Senyawa yang teroksidasi sebagian juga menjadi perhatian; oksidasi parsial etanol dapat menghasilkan asetaldehida yang berbahaya, dan karbon dapat menghasilkan karbon monoksida yang beracun.
Desain perangkat pembakaran dapat meningkatkan kualitas pembakaran, seperti pembakar dan mesin pembakaran internal. Peningkatan lebih lanjut dapat dicapai dengan perangkat katalitik setelah pembakaran (seperti konverter katalitik) atau dengan pengembalian sebagian gas buang secara sederhana ke dalam proses pembakaran. Perangkat semacam itu diwajibkan oleh undang-undang lingkungan untuk mobil di sebagian besar negara. Perangkat tersebut mungkin diperlukan untuk memungkinkan perangkat pembakaran besar, seperti pembangkit listrik tenaga panas, untuk mencapai standar emisi yang sah.
Tingkat pembakaran dapat diukur dan dianalisis dengan peralatan uji. Kontraktor HVAC, petugas pemadam kebakaran, dan insinyur menggunakan penganalisis pembakaran untuk menguji efisiensi pembakar selama proses pembakaran. Selain itu, efisiensi mesin pembakaran internal dapat diukur dengan cara ini, dan beberapa negara bagian AS dan kota setempat menggunakan analisis pembakaran untuk menentukan dan menilai efisiensi kendaraan di jalan saat ini.
Karbon monoksida adalah salah satu produk dari pembakaran yang tidak sempurna. Pembentukan karbon monoksida menghasilkan lebih sedikit panas daripada pembentukan karbon dioksida sehingga pembakaran yang sempurna sangat disukai terutama karena karbon monoksida adalah gas beracun. Ketika dihirup, karbon monoksida menggantikan oksigen dan bergabung dengan beberapa hemoglobin dalam darah, sehingga tidak dapat mengangkut oksigen.
Masalah yang terkait dengan pembakaran yang tidak sempurna
Masalah lingkungan
Oksida-oksida ini bergabung dengan air dan oksigen di atmosfer, menciptakan asam nitrat dan asam sulfat, yang kembali ke permukaan bumi sebagai endapan asam, atau "hujan asam". Endapan asam membahayakan organisme air dan membunuh pohon. Karena pembentukan nutrisi tertentu yang kurang tersedia bagi tanaman seperti kalsium dan fosfor, hal ini mengurangi produktivitas ekosistem dan pertanian. Masalah tambahan yang terkait dengan nitrogen oksida adalah bahwa mereka, bersama dengan polutan hidrokarbon, berkontribusi pada pembentukan ozon di permukaan tanah, komponen utama kabut asap.
Masalah kesehatan manusia
Menghirup karbon monoksida menyebabkan sakit kepala, pusing, muntah, dan mual. Jika kadar karbon monoksida cukup tinggi, manusia bisa pingsan atau meninggal dunia. Paparan karbon monoksida tingkat sedang dan tinggi dalam jangka waktu lama berkorelasi positif dengan risiko penyakit jantung. Orang yang selamat dari keracunan karbon monoksida yang parah dapat menderita masalah kesehatan jangka panjang. Karbon monoksida dari udara diserap di paru-paru yang kemudian berikatan dengan hemoglobin dalam sel darah merah manusia. Hal ini mengurangi kapasitas sel darah merah yang membawa oksigen ke seluruh tubuh.
Membara
Membara adalah bentuk pembakaran yang lambat, bersuhu rendah, dan tidak berapi, yang ditopang oleh panas yang timbul ketika oksigen secara langsung menyerang permukaan bahan bakar fase terkondensasi. Ini adalah reaksi pembakaran yang biasanya tidak sempurna. Bahan padat yang dapat menopang reaksi membara termasuk batu bara, selulosa, kayu, kapas, tembakau, gambut, duff, humus, busa sintetis, polimer hangus (termasuk busa poliuretan), dan debu. Contoh umum dari fenomena membara adalah inisiasi kebakaran rumah pada furnitur berlapis kain oleh sumber panas yang lemah (misalnya, rokok, kabel yang mengalami korsleting) dan pembakaran biomassa yang terus menerus di belakang bagian depan api yang menyala.
Disadur dari: en.wikipedia.org