연소반응

연소반응

 

연소반응은 일반적으로 "어떤 물질을 태울 때"를 설명하는 화학 반응을 일컫는 말입니다. 가장 일반적인 의미의 연소는 가연성 물질과 산화제 사이의 반응을 통해 산화된 반응생성물을 형성하는 화학적 반응을 의미합니다. 대표적인 예로, 탄화수소가 산소와 반응하여 이산화탄소와 물을 생성하는 반응을 들 수 있습니다. 이러한 연소반응의 특성 상 반응물로서 산소와 생성물로서의 이산화탄소, 물 및 열을 동반하게 되지만 무기(inorganic) 연소반응에서는 이러한 모든 생성물을 형성하지 않습니다.

 

연소는 화재(burning)와 같은 말?

 

연소는 대표적인 발열 반응으로 대부분 그 과정에서 빛과 열을 방출하지만, 때로는 반응이 너무 느리게 진행되어 온도 변화가 눈에 띄지 않는 경우도 있습니다. 따라서 연소로 인해 항상 화재가 발생한다고 이야기 할 수 없으며 최초로 연소반응을 시작하기 위해서는 활성화 에너지를 극복해야하합니다. 연소 과정에서 나오는 열과 빛은 이 반응이 자발적으로 지속될 수 있는 충분한 에너지를 제공할 수 있습니다.

 

연소반응의 일반적인 형태

 

반응물(주로 탄화수소) + 산소 → 이산화탄소 + 물

 

연소반응의 예

 

연소반응의 생성물에는 항상 이산화탄소와 물이 포함되어 있기 때문에 반응식을 보면 이것이 연소 반응인지 쉽게 이해할 수 있습니다. 아래에는 서로 다른 연소 반응에 대한 균형 방정식의 몇 가지 예입니다. 연소반응에서 산소는 항상 반응물로 참여합니다.

 

메탄의 연소

 

메탄

CH₄ (g) + 2O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (g)

 

나프탈렌

C₁₀H₈ + 12O₂ (g) → 10CO₂ (g) + 4H₂O (g)

 

에탄

2C₂H₆ + 7O₂ (g) → 4CO₂ (g) + 6H₂O (g)

 

부탄

2C₄H₁₀ (g) + 13O₂ (g) → 8CO₂ (g) + 10H₂O (g)

 

메탄올

2CH₃OH (g) + 3O₂ (g) → 2CO₂ (g) + 4H₂O (g)

 

프로판

2C₃H₈ (g) + 7O₂ (g) → 6CO₂ (g) + 8H₂O (g)

 

완전 연소 vs 불완전 연소

 

모든 화학 반응과 비슷하게 연소 또한 항상 완벽하게(100% 효율) 진행되는 것은 아닙니다. 다른 화학 반응과 유사하게 반응 조건에 따라 반응물이 제한되는 경향이 있습니다. 결과적으로 연소반응에는 크게 두 가지 유형의 반응이 존재합니다.

 

완전 연소 : 종종 "청정 연소"라고도 불리는 완전 연소는 이산화탄소와 물만 생성하는 탄화수소의 산화입니다. 깨끗한 연소의 예는 양초를 태우는 것입니다. 불타는 심지에서 나오는 열은 양초를 구성하고 있는 탄화수소를 기화시키고, 이는 차례로 공기 중의 산소와 반응하여 이산화탄소와 물을 생성합니다. 모든 양초가 타면 아무것도 남지 않고 반응의 결과물로 생성된 수증기와 이산화탄소는 공기 중으로 배출됩니다.

 

불완전 연소 :  불완전 연소는 생성물로서 이산화탄소와 물 뿐 아니라 일산화탄소와 탄소(그을음)를 생성하는 산화 반응입니다. 불완전 연소의 예로는 그을음과 일산화탄소가 함께 방출되는 연탄(석탄과 같은 화석 연료)의 연소 반응을 생각할 수 있습니다. 실제로 연탄이나 석탄을 포함한 많은 화석 연료는 연소 과정 중 일산화탄소를 배출하여 종종 중독사고를 일으키며 연소 중 유해한 탄소계 생성물이 외부로 노출됩니다.