Angliavandenilių degimas

Angliavandenilių degimas

Mokymosi tikslai

• Atpažinti visiško ir nevisiško degimo sąlygas bei produktus.
• Išlyginti alkano, alkeno ar alkino degimo lygtį.
• Atlikti molių, masės ir dujų tūrio skaičiavimus.
• Paaiškinti $\ce{CO}$, suodžių ir $\ce{CO2}$ poveikį.
• Pagrįsti ventiliacijos ir saugaus degimo svarbą.

Sąvokos

• Visiškas degimas – degimas deguonies pertekliuje, kai C virsta $\ce{CO2}$, H – $\ce{H2O}$.
• Nevisiškas degimas – degimas stokojant deguonies, kai gali susidaryti $\ce{CO}$ ar C suodžiai.
• Ribojantis reagentas – pirmasis visiškai sunaudojamas reagentas, lemiantis produkto kiekį.
• Stechiometrinis santykis – išlygintos lygties koeficientų nusakomas molių santykis.

Prisimink

Cheminėje lygtyje kiekvieno elemento atomų skaičius abiejose pusėse turi sutapti. Koeficientas dauginamas iš visų po jo einančios formulės atomų indeksų.

Visiškas degimas

Kai deguonies pakanka ir kuras su juo gerai susimaišo, anglis oksiduojama iki $\ce{CO2}$, vandenilis – iki $\ce{H2O}$:

$\ce{C_xH_y + (x + y/4)O2 -> xCO2 + y/2H2O}.$

Pavyzdžiui:

$\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}.$

Praktinė lyginimo seka:

1. išlyginkite C pagal $\ce{CO2}$;
2. išlyginkite H pagal $\ce{H2O}$;
3. suskaičiuokite O produktuose;
4. jei gaunamas trupmeninis $\ce{O2}$ koeficientas, padauginkite visus koeficientus iš 2.

Nevisiškas degimas

Kai deguonies trūksta, gali susidaryti anglies monoksidas:

$\ce{2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O},$

arba kietoji anglis:

$\ce{CH4 + O2 -> C + 2H2O}.$

Realioje liepsnoje gali susidaryti produktų mišinys. Geltona, suodina liepsna yra įspėjimas apie nevisišką degimą.

Anglies monoksidas yra bespalvis ir bekvapis. Jis stipriai jungiasi su hemoglobinu, todėl audiniai negauna deguonies. Jo buvimo negalima patikimai nustatyti žmogaus pojūčiais – naudojamas CO detektorius.

Stechiometriniai santykiai

Lygties koeficientai nusako molių santykius. Propano lygtis rodo:

$1\ \text{mol }\ce{C3H8}:5\ \text{mol }\ce{O2}:3\ \text{mol }\ce{CO2}:4\ \text{mol }\ce{H2O}.$

Vienodomis temperatūros ir slėgio sąlygomis dujų tūrių santykiai taip pat atitinka koeficientus.

Išspręstas pavyzdys

Užduotis. Visiškai sudeginta 8,80 g propano. Apskaičiuokite sunaudoto deguonies kiekį. $M(\ce{C3H8})=44{,}0$ g/mol.

1. Išlyginame lygtį: $\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}$.

2. Apskaičiuojame propano kiekį:

   $n(\ce{C3H8})=\frac{8{,}80\ \mathrm{g}}{44{,}0\ \mathrm{g\,mol^{-1}}}=0{,}200\ \mathrm{mol}.$

3. Pagal santykį 1:5:

   $n(\ce{O2})=0{,}200\cdot5=1{,}00\ \mathrm{mol}.$

4. Jei prašoma standartinių sąlygų tūrio ir priede duota $V_m=22{,}7\ \mathrm{L\,mol^{-1}}$:

   $V(\ce{O2})=1{,}00\ \mathrm{mol}\cdot22{,}7\ \mathrm{L\,mol^{-1}}=22{,}7\ \mathrm{L}.$

Atsakymas: sunaudota 1,00 mol, arba šiomis sąlygomis 22,7 L, $\ce{O2}$.

Degimo produktų atpažinimas

$\ce{CO2}$ leidžiant per kalkių vandenį:

$\ce{CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 v + H2O}.$

Tirpalas sudrumsčiamas. Vanduo baltą bevandenį $\ce{CuSO4}$ paverčia mėlynu hidratu. Šie bandymai turi būti atliekami su kontroliniais mėginiais, kad būtų aišku, jog pokytį sukėlė būtent degimo produktas.

Klimatas ir oro kokybė

$\ce{CO2}$ nėra toksinis tomis mažomis koncentracijomis kaip CO, tačiau jis sugeria Žemės skleidžiamą infraraudonąją spinduliuotę ir stiprina šiltnamio efektą. Suodžių dalelės blogina oro kokybę, veikia kvėpavimo sistemą ir klimatą. Todėl „visiškas degimas“ reiškia efektyvesnį oksidavimą, bet ne nulinį poveikį aplinkai.

Dažnos klaidos

• Deguonį lyginti prieš C ir H ir pamesti atomus.
• $\ce{CO}$ vadinti anglies dioksidu.
• Koeficientą keisti formulės indeksu – taip būtų pakeista medžiaga.
• Dujų tūriams taikyti koeficientų santykį skirtingomis sąlygomis.
• Supainioti pavojus: CO yra ūmiai nuodingas, $\ce{CO2}$ svarbus klimatui ir didelėmis koncentracijomis gali išstumti deguonį.

Saugus tyrimas

Degimo bandymai atliekami tik gerai vėdinamoje vietoje, mažais kiekiais, su akiniais, surištais plaukais ir nedegiais paviršiais. Ugnis nepaliekama be priežiūros. Nežinomi skysčiai nedeginami. Jei liepsna suodina ar juntamas negalavimas, bandymas nutraukiamas, patalpa vėdinama ir informuojamas mokytojas.

Santrauka

• Visiško degimo produktai yra $\ce{CO2}$ ir $\ce{H2O}$.
• Deguonies trūkumas lemia $\ce{CO}$ ir suodžių susidarymą.
• Koeficientai leidžia pereiti tarp molių, masės ir dujų tūrio.
• Ventiliacija ir CO detektoriai saugo nuo nepastebimo apsinuodijimo.

Oficialūs šaltiniai

• SRC-BP-V1269 – „Angliavandenilių degimas“.
• SRC-EMOKYKLA-CHEM – III klasės BP turinys ir VBE I dalies svoriai.
• SRC-IR-2025 – tyrinėjimo ir kompetencijų ugdymo rekomendacijos.