فراوردههای سوخت هیدروکربنها: بخار آب، کربن دیاکسید و کربن مونوکسید
سوخت هیدروکربن چیست؟ یک شروع ساده
برای درک فراوردههای سوختن، اول باید بدانیم چه چیزی میسوزد. بسیاری از سوختهای رایج اطراف ما مثل گاز آشپزخانه، بنزین ماشین و پارافین، از ترکیباتی به نام هیدروکربن۲ ساخته شدهاند. همانطور که از نام آن پیداست، این ترکیبات فقط از دو عنصر کربن (C) و هیدروژن (H) تشکیل شدهاند. هر مولکول هیدروکربن، مانند یک ساختمان کوچک از اتمهای کربن و هیدروژن است.
به عنوان مثال، مولکول متان۳ که بخش اصلی گاز طبیعی است، فرمول شیمیایی $CH_4$ دارد. یعنی از یک اتم کربن و چهار اتم هیدروژن تشکیل شده است.
سه قهرمان اصلی: آشنایی با فراوردهها
حالا ببینیم محصولات اصلی این واکنش شیمیایی چه هستند و هر کدام چه خصوصیاتی دارند.
| فراورده | فرمول شیمیایی | خصوصیات و مثال ملموس | نقش در طبیعت |
|---|---|---|---|
| بخار آب بیضرر |
$H_2O (g)$ | آبی که به شکل گاز است. وقتی کتری میجوشد، ابر کوچکی که از خروجی آن بیرون میآید، در واقع بخار آب قابل مشاهده است. این بخار نامرئی است و وقتی سرد شود به قطرات آب (شبنم) تبدیل میگردد. | بخشی از چرخهٔ آب در طبیعت است. اما تولید زیاد آن از موتورها ممکن است به تشکیل ابر و تغییرات آبوهوایی کمک کند. |
| کربن دیاکسید مهم اما مشکلساز |
$CO_2$ | گازی بیرنگ و بیبو. وقتی نوشابه باز میکنید، حبابهایی که بیرون میزنند عمدتاً گاز کربن دیاکسید هستند. همچنین این گاز از نفس کشیدن ما نیز تولید میشود. | برای فتوسنتز گیاهان حیاتی است. اما افزایش بیش از حد آن در جو به دلیل فعالیت انسانها، باعث گرمایش جهانی۴ و تغییر اقلیم میشود. |
| کربن مونوکسید خطرناک |
$CO$ | گازی بسیار سمی، بیرنگ و بیبو که اغلب «قاتل خاموش» نامیده میشود. هنگام روشن بودن خودرو در گاراژ دربسته یا استفاده از بخاری معیوب بدون دودکش مناسب تولید میشود. | هیچ نقش مفید طبیعی برای انسان ندارد. یک آلایندهٔ خطرناک هوا است که با جلوگیری از انتقال اکسیژن توسط خون، باعث مسمومیت و حتی مرگ میشود. |
احتراق کامل در مقابل احتراق ناقص: داستان دو نتیجه
چرا گاهی فقط کربن دیاکسید و آب تولید میشود و گاهی کربن مونوکسید یا حتی دوده (کربن خالص) به وجود میآید؟ پاسخ در میزان اکسیژن موجود است.
۱. احتراق کامل: وقتی اکسیژن به مقدار کافی وجود دارد. در این حالت، تمام کربن سوخت به $CO_2$ و تمام هیدروژن آن به $H_2O$ تبدیل میشود. شعله معمولاً آبی رنگ است (مثل شعلهٔ تنظیمشدهٔ اجاق گاز).
۲. احتراق ناقص: وقتی اکسیژن کافی در دسترس نباشد. در این حالت، کربن نمیتواند به طور کامل با اکسیژن ترکیب شود؛ بنابراین به جای $CO_2$، $CO$ یا حتی دوده (کربن خالص) تولید میکند. شعله معمولاً زرد و دوددار است (مثل شعلهٔ شمع وقتی شیشهای را روی آن میگذاریم).
احتراق کامل:$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$
احتراق ناقص (یک مثال):$2CH_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO + 4H_2O$
از آشپزخانه تا خیابان: کاربردها و اثرات در زندگی ما
این فراوردهها هر روزه در اطراف ما تولید میشوند و بر زندگی ما تأثیر میگذارند:
بخار آب: وقتی با گاز شهری غذا میپزید، بخار آب زیادی تولید میشود که میتوانید آن را روی شیشه پنجرهٔ آشپزخانه به شکل قطرات آب ببینید. همین اتفاق در موتور خودرو هم میافتد و بخشی از ابری که از اگزوز ماشینها در هوای سرد بیرون میآید، بخار آب است.
کربن دیاکسید: اصلیترین دلیل گرم شدن کرهٔ زمین، افزایش میزان این گاز در جو است. این افزایش عمدتاً ناشی از سوزاندن مقادیر عظیم سوختهای فسیلی در نیروگاهها، صنایع و خودروها است. از طرفی، همین گاز در کپسولهای آتشنشانی برای خاموش کردن آتش استفاده میشود، چون میتواند اکسیژن را از اطراف آتش دور کند.
کربن مونوکسید: یک خطر همیشگی در فصل زمستان است. استفاده از بخاریهای گازی یا نفتی قدیمی که draft۵ مناسبی ندارند، میتواند باعث تولید این گاز کشنده در خانه شود. به همین دلیل نصب آلارم اعلام نشت کربن مونوکسید در منازل بسیار مهم است.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
۱احتراق (Combustion): یک واکنش شیمیایی سریع بین یک ماده (سوخت) و یک مادهٔ اکسیدکننده (معمولاً اکسیژن) که همراه با تولید گرما و نور است.
۲هیدروکربن (Hydrocarbon): هر ترکیب شیمیایی آلی که تنها از اتمهای کربن و هیدروژن تشکیل شده باشد.
۳متان (Methane): سادهترین هیدروکربن با فرمول CH₄ که جزء اصلی گاز طبیعی است.
۴گرمایش جهانی (Global Warming): افزایش تدریجی میانگین دمای سطح زمین به دلیل افزایش گازهای گلخانهای مانند کربن دیاکسید در جو.
۵درفت (Draft): به جریان طبیعی هوا در دودکش گفته میشود که باعث خروج محصولات احتراق به بیرون میگردد. عدم وجود کشش مناسب، باعث احتراق ناقص و بازگشت گازها به داخل فضای زندگی میشود.
