Při spalování etanu, jedné z hlavních složek zemního plynu, vzniká nejen energie, ale také různé spalovací produkty, jako je oxid uhličitý (CO) a oxid uhličitý II (CO2).
Výpočet objemu oxidu uhlíku, který vzniká při spalování daného objemu etanu, se provádí na základě poměru každého atomu uhlíku k atomu kyslíku ve spalovací reakci. To vyžaduje znalost chemického vzorce etanu (C2H6) a spalovací rovnice této látky:
C2H6 + O2 → CO2 + H2O
Na základě této rovnice je vidět, že dvě molekuly etanu se spalují s okysličovadlem kyslíkem ze vzduchu a vytvářejí molekuly CO2 a H2O.
Aby bylo možné vypočítat objem oxidu uhličitého, musí být izolován z celkového množství spalovacích produktů, to znamená, že odebere množství vytvořeného CO2 z celkového množství spalovacích produktů. To umožní určit, kolik metrů krychlových oxidu uhelnatého vzniká při spalování daného objemu etanu.
Co je oxid uhličitý a Ethan?
Oxid uhelnatý (CO) vzniká při neúplném spalování organických látek, jako je Ethan. Je bezbarvý, mírně rozpustný ve vodě a má charakteristický zápach. Oxid uhelnatý je jedovatá látka a je hlavní složkou odpadu ze spalování paliva a výfukových plynů automobilů.
Etan - je to nasycený uhlovodík, který se skládá ze dvou atomů uhlíku a šesti atomů vodíku. Etan je jednou z hlavních složek zemního plynu a používá se v průmyslu, energetice a jako spalované palivo.
Při spalování etanu vzniká oxid uhličitý oxidací uhlíku v přítomnosti kyslíku. Objem oxidu uhlíku (CO) produkovaného spalováním etanu lze vypočítat podle stechiometrických proporcí chemické reakce a fyzikálních parametrů spalování.
Spálení etanu
Výpočet objemu oxidu uhlíku (s2) vzniklý úplným spálením etanu se provádí na základě vyvažování chemické rovnice reakce:
Podle této rovnice každá molekula etanu reaguje se 7 molekulami kyslíku a tvoří 4 molekuly oxidu uhličitého a 6 molekul vody. Velikost objemu s2 lze určit vynásobením počtu molekul etanu příslušným koeficientem v chemické rovnici a následným vynásobením molárním objemem plynu při dané teplotě a tlaku.
Minimální objemy plynů za standardních podmínek (273,15 K a 101,3 kPa) jsou následující:
- Oxid uhličitý (s2): VCO2 = 22,4 l / mol
- Kyslík (O2): VO2 = 22,4 l / mol
- Ethan (S2H6): VC2H6 = 22,4 l / mol
- Voda (N2O): VH2O = 22,4 l / mol
Při spalování 1 molu etanu se tedy vytvoří 4 moly oxidu uhličitého (s2a to odpovídá objemu 4 * 22,4 l = 89,6 l.
Při výpočtu objemu s2 při spalování určitého množství etanu je třeba vzít v úvahu množství ethanových molů nebo správné proporce látek v reakci.
Proces spalování
Reakce spalování etanu je následující:
Výsledkem této reakce jsou 4 molekuly oxidu uhličitého (CO2) na každou molekulu spáleného etanu (C2H6). Oxid uhličitý je plynná látka za normálních podmínek a zabírá určitý objem.
Pro výpočet objemu oxidu uhlíku, který vzniká při spalování etanu, je třeba vzít v úvahu reakční podmínky a zákon zachování hmotnosti. Spálením každé molekuly etanu se vytvoří 4 molekuly CO2. Jeden mol CO2 za standardních podmínek má objem kolem 22,4 litru.
Objem oxidu uhlíku, který vzniká při spalování etanu, lze tedy vypočítat podle vzorce:
Objem CO2 = (4 * objem co2) / (molový objem etanu)
Pro tuto reakci, objem CO2 bude rovná:
Objem CO2 = (4 * 22,4 L) / 1 l = 89,6 l
Při spalování etanu se tak vytvoří přibližně 89,6 litrů oxidu uhličitého.
Výpočet objemu oxidu uhličitého
Oxid uhličitý (CO) vzniká při spalování etanu (C2H6 v atmosféře s nedostatkem kyslíku. Pro výpočet objemu oxidu uhlíku je třeba vzít v úvahu chemickou reakci spalování etanu a stechiometrické koeficienty.
Chemická rovnice spalování etanu:
Stechiometrické koeficienty v této rovnici ukazují, že jedna molekula etanu se spálí se dvěma molekulami kyslíku a vytvoří jednu molekulu oxidu uhličitého (CO2 a jednu molekulu oxidu uhlíku (CO). Objem oxidu uhličitého tak bude záviset na objemu spalovaného etanu.
Pro výpočet objemu oxidu uhličitého je nutné znát objem etanu, který bude spalován. Řekněme, že máme 1 metr krychlový etanu (C2H6). Pak na základě stechiometrických koeficientů můžeme vypočítat objem oxidu uhlíku:
Objem oxidu uhlíku = (1 metr krychlový etanu) * (1 molekula CO / 1 molekula C2H6) = 1 metr krychlový oxidu uhličitého
Při spalování 1 metru krychlového etanu se tak vytvoří 1 metr krychlový oxidu uhelnatého.
Formule
Pro výpočet objemu oxidu uhličitého (CO) při spalování etanu (C2H6) chemická reakce:
Z reakční rovnice vyplývá, že 1 molekula etanu (C2H6 při spalování tvoří 2 molekuly oxidu uhlíku (CO). Objem plynů je úměrný počtu molekul.
Objem reaktantů lze vypočítat pomocí stavové rovnice ideálního plynu:
kde V je objem plynu, n je množství látky (v molech), R je univerzální plynná konstanta, T je teplota plynu (v Kelvinech), P je tlak plynu (v Pa).
Pro výpočet objemu oxidu uhličitého (CO) je tedy nutné znát množství etanu (C2H6) v reakci a provést substituci hodnot do vzorce. Pro přesný výpočet objemu plynu by měly být známy také hodnoty teploty a tlaku.