4.1-What is Combustion

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4.1 - What is Combustion
  • Combustion is a chemical reaction in which a substance reacts with oxygen to produce heat and light.
  • Commonly involves burning of fuels like wood, coal, or natural gas.
  • There are two types of combustion: Complete and Incomplete.
  • Complete combustion produces carbon dioxide ($CO_2$) and water ($H_2O$) as products.
  • Incomplete combustion produces carbon monoxide ($CO$) and soot (carbon).
  • The ignition temperature is the minimum temperature required to start combustion.
  • Combustion can be exothermic, releasing energy in the form of heat and light.
  • It requires three factors: fuel, oxygen, and heat (known as the fire triangle).

4.1 - What is Combustion

Combustion is a chemical reaction in which a substance reacts with oxygen, releasing energy in the form of heat and light. This reaction is also known as burning. The substance that undergoes combustion is called the fuel. Combustion is an exothermic reaction, which means it releases energy to the surroundings.

There are two main types of combustion: Complete Combustion and Incomplete Combustion.

Complete Combustion

Complete combustion occurs when a fuel burns in a sufficient supply of oxygen. In this process, the fuel is completely converted into carbon dioxide (CO2) and water vapor (H2O). The reaction produces a large amount of heat and a bright flame.

The general equation for complete combustion of a hydrocarbon (for example, methane) is:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + Energy

Incomplete Combustion

Incomplete combustion occurs when there is insufficient oxygen for the fuel to burn completely. In this case, the fuel is partially oxidized, leading to the formation of carbon monoxide (CO), soot (carbon), and less heat and light compared to complete combustion. This type of combustion is less efficient and can be dangerous, as carbon monoxide is a toxic gas.

The general equation for incomplete combustion of methane in limited oxygen is:

2CH4 + 3O2 → 2CO + 4H2O + Energy

Conditions Required for Combustion

For combustion to occur, three key factors must be present:

  • Fuel: A substance that can burn, such as wood, coal, petrol, or natural gas.
  • Oxygen: A gas that supports the burning process. It is necessary for the chemical reaction of combustion.
  • Heat: A certain minimum temperature (known as the ignition temperature) is required to start the combustion process. Once the reaction starts, it often continues by itself as long as fuel and oxygen are available.
Ignition Temperature

The ignition temperature is the minimum temperature at which a substance catches fire and begins to burn. Different substances have different ignition temperatures. For example, paper has a lower ignition temperature than wood. If the temperature of the substance is raised to this level, it will start to burn in the presence of oxygen.

Examples of Combustion

Some common examples of combustion include:

  • Burning of wood: In this case, the wood reacts with oxygen in the air to produce carbon dioxide, water, and energy in the form of heat and light.
  • Burning of natural gas: Natural gas is primarily methane (CH4), and when it burns in oxygen, it produces carbon dioxide and water.
  • Burning of coal: Coal burns to produce carbon dioxide, water vapor, and other gases.
Importance of Combustion

Combustion is an important process in daily life and industry. It is the primary source of energy for heating, cooking, and transportation (through the use of fuels such as petrol and diesel). Combustion is also a key process in power generation plants, where fuels like coal, oil, and natural gas are burned to produce electricity.

However, combustion also has environmental consequences. The release of gases like carbon dioxide contributes to air pollution and global warming, while incomplete combustion can lead to the formation of toxic gases like carbon monoxide.


© Vyacheslav Argenberg / http://www.vascoplanet.com/, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons

4.1-Combustion क्या है?

Combustion (दहन) एक रासायनिक प्रतिक्रिया है, जिसमें कोई पदार्थ ऑक्सीजन के साथ मिलकर ऊर्जा (अक्सर रूप में गर्मी और प्रकाश) उत्पन्न करता है। इस प्रक्रिया में जो पदार्थ जलते हैं, वे आमतौर पर कार्बन (C), हाइड्रोजन (H) और अन्य तत्वों से बने होते हैं। जब इन पदार्थों का दहन होता है, तो वे ऑक्सीजन के साथ मिलकर जलते हैं और ऊर्जा छोड़ते हैं।

दहन की प्रक्रिया को समझने के लिए, इसे दो प्रमुख श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:

  • पूर्ण दहन (Complete Combustion): यह तब होता है जब जलने वाले पदार्थ को पर्याप्त ऑक्सीजन मिलती है और परिणामस्वरूप केवल कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) और पानी (H₂O) उत्पन्न होते हैं।
  • अपूर्ण दहन (Incomplete Combustion): यह तब होता है जब ऑक्सीजन की कमी होती है और इससे कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) और/या ठोस कार्बन (C) उत्पन्न हो सकते हैं।

दहन के लिए कुछ आवश्यक शर्तें हैं:

  • ईंधन: वह पदार्थ जो जलता है। यह ठोस, तरल या गैस रूप में हो सकता है।
  • ऑक्सीजन: दहन के लिए ऑक्सीजन की उपस्थिति अनिवार्य है। यह वायुमंडल से मिल सकती है।
  • आवश्यक तापमान: दहन की प्रक्रिया शुरू करने के लिए एक न्यूनतम तापमान की आवश्यकता होती है, जिसे 'इग्नीशन तापमान' कहते हैं।

दहन की प्रक्रिया में मुख्य रूप से तीन चीजों का होना आवश्यक है:

  • ईंधन (Fuel): दहन के लिए कोई न कोई पदार्थ चाहिए होता है। उदाहरण के लिए लकड़ी, कागज, पेट्रोल आदि।
  • ऑक्सीजन (Oxygen): दहन की प्रक्रिया में ऑक्सीजन का होना बहुत महत्वपूर्ण है। यह वायुमंडल से प्राप्त होती है।
  • ताप (Heat): दहन को प्रारंभ करने के लिए एक निश्चित तापमान की आवश्यकता होती है। इसे इग्नीशन तापमान कहते हैं।

जब इन तीनों तत्वों का मिलन होता है तो दहन प्रक्रिया शुरू होती है। उदाहरण के लिए, जब लकड़ी जलती है, तो ऑक्सीजन के साथ मिलकर कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂), पानी (H₂O), और गर्मी उत्पन्न होती है।

दहन का एक महत्वपूर्ण सिद्धांत 'फायर त्रिकोण' (Fire Triangle) के रूप में जाना जाता है, जो यह बताता है कि दहन की प्रक्रिया के लिए इन तीनों तत्वों की आवश्यकता होती है। यदि इनमें से कोई एक तत्व भी गायब हो जाए तो दहन रुक सकता है।

दहन के दौरान उत्पन्न होने वाली ऊर्जा का उपयोग हम विभिन्न कार्यों के लिए करते हैं। जैसे खाना पकाने, गर्मी उत्पन्न करने, और वाहनों को चलाने के लिए।

रासायनिक दृष्टिकोण से, दहन का सामान्य समीकरण निम्नलिखित है:

पूर्ण दहन का समीकरण:

यदि हम हाइड्रोकार्बन (CₓHᵧ) के दहन की बात करें, तो उसका सामान्य रासायनिक समीकरण इस प्रकार होगा:

$CₓHᵧ + O₂ → CO₂ + H₂O + Heat$

अपूर्ण दहन का समीकरण:

अपूर्ण दहन में कार्बन मोनोऑक्साइड या ठोस कार्बन भी उत्पन्न हो सकते हैं, जैसे:

$2C + O₂ → 2CO$

या

$2C + O₂ → 2C$

यह प्रक्रिया तब होती है जब ऑक्सीजन की आपूर्ति सीमित होती है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड की बजाय कार्बन मोनोऑक्साइड या ठोस कार्बन बनता है।

दहन से उत्पन्न ऊर्जा का उपयोग ऊर्जा स्रोतों जैसे कि बिजली उत्पादन, वाहनों के संचालन, और गर्मी देने के लिए किया जाता है।