Pembakaran (kimia)

Pembakaran adalah suatu runutan reaksi kimia antara suatu bahan bakar dan suatu oksidan, disertai dengan produksi panas yang kadang disertai cahaya dalam bentuk pendar atau api.

Dalam suatu reaksi pembakaran lengkap, suatu senyawa bereaksi dengan zat pengoksidasi, dan produknya adalah senyawa dari tiap elemen dalam bahan bakar dengan zat pengoksidasi. Contoh:

${\displaystyle CH_{4}+2O_{2}\rightarrow \;CO_{2}+2H_{2}O+{\textrm {panas}}}$

Entalpi standar reaksi untuk pembakaran metana pada 298,15 K dan 1 atm adalah −802 kJ/mol.^[1]

Contoh lainnya:

${\displaystyle CH_{2}S+6F_{2}\rightarrow \;CF_{4}+2HF+SF_{6}+{\textrm {panas}}}$

Contoh yang lebih sederhana dapat diamati pada pembakaran hidrogen dan oksigen, yang merupakan reaksi umum yang digunakan dalam mesin roket, yang hanya menghasilkan uap air, dengan entalpi standar reaksi pada 298,15 K dan 1 atm adalah −242 kJ/mol.^[1]:

${\displaystyle 2H_{2}+O_{2}\rightarrow \;2H_{2}O+{\textrm {panas}}}$

Pada mayoritas penggunaan pembakaran sehari-hari, oksidan oksigen (O₂) diperoleh dari udara ambien dan gas resultan (gas cerobong, flue gas) dari pembakaran akan mengandung nitrogen:

${\displaystyle CH_{4}+2O_{2}+7.52N_{2}\rightarrow \;CO_{2}+2H_{2}O+7.52N_{2}+{\textrm {panas}}}$

Seperti yang dapat dilihat, jika udara adalah sumber oksigen, nitrogen meliputi bagian yang sangat besar dari gas cerobong yang dihasilkan.

Dalam kenyataannya, proses pembakaran tidak pernah sempurna. Dalam gas cerobong dari pembakaran karbon (seperti dalam pembakaran batubara) atau senyawa karbon (seperti dalam pembakaran hidrokarbon, kayu, dll) akan ditemukan baik karbon yang tak terbakar maupun senyawa karbon (CO dan lainnya). Jika pembakaran pada suhu tinggi menggunakan udara (mengandung 78% nitrogen), maka sebagian kecil nitrogen akan bereaksi menjadi berbagai jenis nitrogen oksida (NO_x) yang berbahaya.

Pada pembakaran sempurna, reaktan terbakar dengan oksigen menghasilkan beberapa produk. Ketika hirokarbon terbakar dengan oksigen, maka reaksi utama akan menghasilkan karbon dioksida dan air. Ketika elemen dibakar, maka produk yang dihasilkan biasanya juga berupa oksida. Karbon dibakar menghasilkan karbon dioksida, sulfur dibakar menghasilkan sulfur dioksida, dan besi dibakar menghasilkan besi(III) oksida. Nitrogen tidak dianggap sebagai komponen yang bisa terbakar jika oksigen dipakai sebagai agen pengoksidasi, namun nitrogen oksida NO_x dalam jumlah kecil biasanya akan terbentuk.

Jumlah udara yang diperlukan untuk pembakaran sempurna disebut udara teoretis. Namun, pada praktiknya digunakan jumlah 2-3 kali jumlah udara teoretis.

Pembakaran tak sempurna dihasilkan bila tidak ada oksigen yang cukup untuk membakar bahan bakar sepenuhnya menjadi karbon dioksida dan air.

Pada banyak bahan bakar, seperti minyak diesel, batu bara, dan kayu, pirolisis muncul sebelum pembakaran. Pada pembakaran tak sempurna, produk pirolisis tidak terbakar dan mengkontaminasi asap dengan partikulat berbahaya, misalnya oksidasi sebagian etanol menghasilkan asetaldehida yang berbahaya, begitu juga dengan oksidasi sebagian karbon yang menghasilkan karbon monoksida yang beracun.

Kualitas pembakaran dapat ditingkatkan dengan desain alat pembakaran, seperti pembakar minyak dan mesin pembakaran dalam. Perbaikan lebih lanjut mencakup alat katalitik pasca pembakaran (seperti konverter katalitik). Beberapa alat-alat ini biasanya dibutuhkan oleh banyak mobil/kendaraan di berbagai negara untuk memenuhi aturan lingkungan negaranya mengenai stadar emisi.

Derajat pembakaran dapat diukur dan dianalisis dengan peralatan uji. Kontraktor HVAC dan insinyur menggunakan analiser pembakaran untuk menguji efisiensi pembakar selama proses pembakaran.

Pada umumnya, persamaan kimia untuk pembakaran hidrokarbon dengan oksigen adalah

${\displaystyle \mathrm {C} _{x}\mathrm {H} _{y}+\left(x+{\frac {y}{4}}\right)\mathrm {O_{2}} \rightarrow \;x\mathrm {CO_{2}} +\left({\frac {y}{2}}\right)\mathrm {H_{2}O} }$

Contoh, persamaan kimia pembakaran propana:

${\displaystyle \mathrm {C_{3}H_{8}} +\mathrm {5O_{2}} \rightarrow \;\mathrm {3CO_{2}} +\mathrm {4H_{2}O} }$

Secara umum, persamaan kimia untuk pembakaran hidrokarbon yang tidak sempurna (kekurangan oksigen) adalah sebagai berikut:

${\displaystyle z\mathrm {C} _{x}\mathrm {H} _{y}+z\cdot \left({\frac {x}{2}}+{\frac {y}{4}}\right)\mathrm {O_{2}} \rightarrow \;z\cdot x\mathrm {CO} +\left({\frac {z\cdot y}{2}}\right)\mathrm {H_{2}O} }$

Contohnya, persamaan kimia pembakaran propana yang tidak sempurna:

${\displaystyle \mathrm {2C_{3}H_{8}} +\mathrm {7O_{2}} \rightarrow \;\mathrm {2C+2CO+8H_{2}O+2CO_{2}} }$

Secara sederhana, reaksi pembakaran hidrokarbon dapat dinyatakan sebagai:

${\displaystyle {\textrm {Bahanbakar}}+{\textrm {Oksigen}}\rightarrow \;{\textrm {Panas}}+{\textrm {Air}}+{\textrm {Karbon\ dioksida}}}$

• (Inggris) Combustion Analysis - The principles of exhaust fume analysis for assessing combustion quality in boilers.
• (Inggris) Simulation of gas combustion Diarsipkan 2012-01-03 di Wayback Machine.
• (Inggris) Hydrocarbon combustion - Simple applet that illustrates the Chemical equation. Diarsipkan 2012-01-18 di Wayback Machine.
• (Inggris) Fuel efficiency (stoichiometric air fuel mixture) vs. decreased emissions in combustion engines Diarsipkan 2006-12-21 di Wayback Machine.