Die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (=> Brennstoffe) zur Energieerzeugung ist eine Reaktion, die uns täglich umgibt (beispielsweise in Fahrzeugen). In der Chemie versteht man unter Verbrennung, die schnelle Reaktion eines Stoffes mit Sauerstoff unter Freisetzung von Wärme. Verbrennen wir “reine” Kohlenwasserstoffe (die alltäglichen Brennstoffe wie Octan, Butan), bilden sich bei der Verbrennung dieser Stoffe mit (Luft-)Sauerstoff hauptsächlich Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasser und Ruß. Je nachdem, ob eine vollständige oder unvollständige Verbrennung vorliegen haben, unterscheiden sich die Reaktionsprodukte.
Jede Verbrennungsreaktion -egal ob vollständige oder unvollständige Verbrennung- ist die Umsetzung eines Stoffes (in unserem Fall Kohlenwasserstoff) mit Sauerstoff. Bei jeder Verbrennung muss also eine bestimmte (Stoff)menge an Sauerstoff und Kohlenwasserstoff vorliegen, damit die Reaktion ablaufen kann.
Vollständige Verbrennung:
Bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen reagieren diese vollständig mit Sauerstoff, wobei das höchstmöglich oxidierte Produkt entsteht (Kohlenstoffdioxid). Da Kohlenwasserstoffe in ihrer Struktur nur Kohlenstoff- und Wasserstoffatome aufweisen, entstehen bei der vollständigen Verbrennung von beiden “Elementen”, die Oxide in der höchstmöglichen Stufe, nämlich Kohlenstoffdioxid (CO2) und Wasser (H2O). Dies gilt bei der vollständigen Verbrennung aller Kohlenwasserstoffe, daher kann die Reaktionsgleichung einer vollständigen Verbrennung einfach aufgestellt werden:
Unvollständige Verbrennung:
Eine unvollständige Verbrennung findet immer statt, wenn nicht ausreichend (im stöchiometrischen Verhältnis) Sauerstoff vorhanden ist, oder eine Durchmischung der Reaktionsgemisches (aus Kohlenwasserstoff und Sauerstoff) nicht gegeben ist. Eine unvollständige Verbrennung lässt sich immer dann feststellen, sich unter den Reaktionsprodukten noch Ausgangsstoffe (Kohlenwasserstoff) oder nicht vollständig oxidierte Produkte (z.B. Kohlenstoffmonoxid) befinden.
Die weit verbreitete Aussage, dass bei der unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffe nur die Produkte Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasser (H2O) entstehen, ist leider nicht (ganz) richtig. Da bei der unvollständigen Verbrennung nicht ausreichend Sauerstoff vorhanden ist um die Kohlenstoff- und Wasserstoffatome in das Oxid mit der höchsten Oxidationsstufe umzuwandeln, entstehen bei der unvollständigen Verbrennung Kohlenstoffmonoxid. Es können (und werden) auch andere Reaktionsprodukte, erhalten beispielsweise auch reiner Kohlenstoff in Form von Ruß.
Die unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ist nicht nur abhängig vom Stoffmengenanteil Kohlenwasserstoff : Sauerstoffe, sondern auch von Druck und Temperatur.Es gibt hierzu einige Reaktionsverfahren, die sich diesen Umstand zunutze machen, so können beispielsweise bei der unvollständigen Verbrennung von langkettigen Alkanen auch kurzkettige Alkene gebildet werden.
Daher ist es unmöglich, ohne genau Kenntnis des Reaktionsablaufes und der entsprechenden Reaktionsbedingungen eine Gleichung für die unvollständige Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs aufzustellen. Was wir wissen, dass links und rechts des Reaktionspfeiles die gleiche Anzahl an Atomen bzw. Atomsorten stehen muss.
Unter vollständiger Verbrennung von Kohlenwasserstoffen versteht man den Prozess, in dem Kohlenwasserstoffe vollständig mit Sauerstoff reagieren und dabei Wasser und Kohlenstoffdioxid entstehen.
Das primäre Ergebnis einer unvollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ist die Produktion von Kohlenstoff (Ruß) und Kohlenstoffmonoxid (CO), zusätzlich zu Wasser und Kohlenstoffdioxid.
Unvollständige Verbrennung kann zu einer gefährlichen Anhäufung von Kohlenstoffmonoxid führen, das farblos, geruchlos und äußerst giftig ist. Es kann auch zu Verrußung führen, was zu Problemen wie Verstopfungen in Heizgeräten führen kann.
Eine unvollständige Verbrennung tritt auf, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht, um den gesamten Kohlenwasserstoff zu oxidieren.
Der Prozess der vollständigen Verbrennung ist eine Redoxreaktion, in der Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff reagieren, um Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2) zu produzieren.
Bei unvollständiger Verbrennung wird entweder Kohlenmonoxid oder Ruß (Kohlenstoff) und Wasser produziert, abhängig von der Verfügbarkeit von Sauerstoff.
Kohlenwasserstoffe reagieren während der Verbrennung mit Sauerstoff.
Beispiele für Produkte, die bei der unvollständigen Verbrennung anfallen können, sind Kohlenmonoxid, Kohlenstoff (Ruß), Wasser und teilweise auch Kohlenstoffdioxid.
Eine unvollständige Verbrennung kann durch Sicherstellung einer ausreichenden Zufuhr von Sauerstoff vermieden werden.
Der Hauptunterschied zwischen einer vollständigen und einer unvollständigen Verbrennung besteht in den erzeugten Endprodukten. Eine vollständige Verbrennung produziert Wasser und Kohlenstoffdioxid, wohingegen eine unvollständige Verbrennung Kohlenmonoxid, Kohlenstoff (Ruß) und Wasser erzeugt.