Alkany i ich spalanie

Alkany to grupa węglowodorów, czyli związków zbudowanych tylko z węgla i wodoru. W ich cząsteczkach atomy węgla łączą się wyłącznie wiązaniami pojedynczymi. Z tego powodu nazywamy je także węglowodorami nasyconymi.

Dla alkanów o prostych łańcuchach stosuje się wzór ogólny $C_nH_{2n+2}$. Litera $n$ oznacza liczbę atomów węgla w cząsteczce. Gdy liczba atomów węgla rośnie, rośnie też liczba atomów wodoru.

Najprostszym alkanem jest metan $CH_4$. Kolejne to etan $C_2H_6$, propan $C_3H_8$ i butan $C_4H_{10}$. Tworzą one szereg homologiczny: każdy następny związek różni się od poprzedniego grupą $CH_2$.

Metan, etan, propan i butan są gazami. Alkany są palne, słabo rozpuszczają się w wodzie i są od niej lżejsze. Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego, a propan i butan występują między innymi w gazie do zapalniczek oraz butlach gazowych.

Spalanie jest reakcją chemiczną substancji z tlenem. Alkany są paliwami, dlatego podczas ich spalania wydziela się energia, głównie w postaci ciepła i światła. To, jakie produkty powstaną, zależy przede wszystkim od ilości dostępnego tlenu.

W równaniach reakcji po lewej stronie zapisuje się substraty, czyli substancje reagujące, a po prawej produkty. Współczynniki dobiera się tak, aby liczba atomów każdego pierwiastka po obu stronach równania była taka sama.

Spalanie całkowite zachodzi wtedy, gdy alkan ma odpowiednio duży dostęp do tlenu. Atomy węgla z paliwa tworzą tlenek węgla(IV) $CO_2$, a atomy wodoru tworzą wodę $H_2O$.

Dla metanu równanie ma postać:

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

Przy dobrym dopływie powietrza płomień gazu jest zwykle niebieski i nie kopci. Takie spalanie jest korzystniejsze, ponieważ paliwo spala się efektywniej i nie tworzy sadzy ani czadu.

Spalanie niecałkowite zachodzi przy niedoborze tlenu. Gdy tlenu jest za mało, zamiast $CO_2$ może powstawać tlenek węgla(II) $CO$, nazywany czadem. Przy jeszcze mniejszym dostępie tlenu może powstać węgiel $C$, czyli sadza, oraz woda.

Spalanie metanu do czadu można zapisać równaniem:

$2CH_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO + 4H_2O$

Przykładem spalania z wydzieleniem sadzy jest:

$CH_4 + O_2 \rightarrow C + 2H_2O$

Sadza tworzy czarny nalot i powoduje żółty, kopcący płomień. Czad jest szczególnie groźny, ponieważ jest bezbarwny, bezwonny i silnie trujący. Należy dbać o wentylację pomieszczeń oraz sprawność piecyków, kuchenek i przewodów kominowych.