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개요

대부분의 경우 산소가 반응물 중의 하나이다. 연소반응중에 때때로 일어나는 그밖의 물리적 현상은 폭발과 이상폭발이다. 화학반응의 가장 중요한 분야 중의 하나인 연소는 특정 형태의 물질이 산화하는 극한 현상이다.

대부분의 불꽃은 환원반응이 우세한 곳에서 존재하지만 연소는 주로 가연성 물질이 산소와 결합하는 것이다.

화학적·물리적인 면

연소가 일어나는 화학적 과정들은 가장 보편적으로 열·빛·불꽃과 같은 요소에 의해 일어난다. 가연성 물질은 주위 압력과 물질 고유의 발화온도에 이르렀을 때 연소가 시작된다. 연소반응은 발화원에서 기체혼합물의 인접층으로 연소가 일어나고 교대로 연소층의 각 끝은 다음의 이웃한 층의 점화원이 되며, 이러한 과정이 계속 반복된다.

연소는 반응물의 총 열에너지와 생성물의 총 열에너지 사이에 평형을 이루면 끝난다. 연소는 수소의 연소반응처럼 복잡한 가지난 사슬의 연쇄반응에 의해 전파될 수도 있다. 일산화탄소의 연소반응은 히드록시 라디칼(OH^-)과 일산화탄소 분자(CO) 사이의 빠른 상호작용 과정에 의해 일어난다. 비록 탄화수소의 연소반응 메커니즘이 완전히 알려지지 않았지만 수소와 산소원자, 히드록시기 및 유기 라디칼을 포함하는 많은 단계들이 수소와 일산화탄소의 연소반응 메커니즘과 비슷하다.

연소의 화학적 과정 외에 질량과 에너지를 전달하는 물리적 과정도 일어난다. 예를 들면 기체연소에서 반응물과 연소 생성물의 확산은 그들의 농도·압력·온도변화·확산계수에 따라 달라진다. 질량과 에너지를 이동하는 역할을 하는 대류는 부력·외력·난류 운동 및 와류(渦流) 운동으로 이루어진다.

연소는 또한 거의 대부분이 적외선 스펙트럼에 해당하는 빛에너지를 발산한다. 불꽃에 의해 방출되는 빛은 전기적으로 들뜬 상태에 있는 입자로부터 또는 이온·라디칼·전자들로부터 형성된다.

폭발

온도상승이나 연쇄반응 길이의 증가에 의해 일어나는 연소반응은 가속화되어 폭발이 일어날 수 있다. 온도상승에 의한 경우 방출된 열의 속도가 그 주위로부터 잃은 열의 비율을 초과할 때 일어난다. 연쇄폭발이라 하는 후자의 경우는 가지난 연쇄반응이 일어날 확률이 연쇄종결반응이 일어날 확률과 같을 때 일어난다.

연소반응이 점진적으로 가속화되어 불꽃면이 초음속에 이르렀을 때 충격파로 인해 연료가 압축되어 온도가 올라가서 연료의 자동점화를 일으킨다. 이러한 현상을 이상폭발이라 하며, 반응이 일어나는 곳에서 에너지 손실이 특정한계를 능가할 때는 일어나지 않는다.