Энергия, топливо и качество воздуха
Химические реакции передают энергию, а выбор топлива связывает химию с эффективностью, безопасностью и загрязнением воздуха.
1. Экзотермические и эндотермические реакции
В экзотермической реакции система передаёт энергию окружающей среде. Среда обычно нагревается, продукты имеют меньшую химическую энергию, чем реагенты, и \(\Delta H<0\). Горение и многие реакции нейтрализации экзотермичны.
В эндотермической реакции система поглощает энергию из среды. Среда может охлаждаться, продукты имеют большую энергию, и \(\Delta H>0\). Некоторые реакции термического разложения эндотермичны.
2. Топливо и горение
Топливо используют для получения полезной энергии, обычно окислением. При достатке кислорода полное горение углеводорода даёт углекислый газ и воду:
При нехватке кислорода или плохом смешении неполное горение может образовывать угарный газ и сажу:
В реальности продукты могут включать смесь \(CO_2\), \(CO\), несгоревших веществ и частиц. Хорошее смешение и контроль температуры улучшают горение, но не устраняют все выбросы.
3. Основные загрязнители
| Вещество | Образование | Значение |
|---|---|---|
| Угарный газ, \(CO\) | Неполное горение | Токсичный газ, нарушающий перенос кислорода в организме |
| Твёрдые частицы / сажа | Неполное горение и зола | Мелкие частицы проникают в органы дыхания и ухудшают видимость |
| Диоксид серы, \(SO_2\) | Окисление примесей серы в топливе | Раздражитель и предшественник кислотных осадков |
| Оксиды азота, \(NO_x\) | Высокотемпературные реакции азота и кислорода | Способствуют приземному озону, дымке и кислотным осадкам |
| Углекислый газ, \(CO_2\) | Полное горение углеродсодержащего топлива | Парниковый газ; не равен по острой токсичности CO при обычных концентрациях |