燃燒

燃燒（Combustion）是一個快速放熱過程，是可燃物與氧化劑相互做氧化還原的化學反應時，化學能快速釋放為熱能和輻射能的過程。由於化學能屬位能，而熱能和輻射能屬動能，宏觀而言燃燒是位能轉換為動能的過程。

傳熱的速度會造成燃燒定義的灰色地帶——鐵鏽因為有氧化作用可視作氧化不可視為燃燒；而僅傳熱而完全不氧化的電燈泡（電燈泡內無氧）則不是燃燒。^[1]

發光發熱的氧化還原反應都可以屬於廣義上的燃燒。

燃燒需要三種要素並存才能發生，分別是可燃物如燃料、助燃物如氧氣、以及溫度要達到燃點。燃燒三要素並稱為火三角。助燃物是燃燒反應中的氧化劑，氧氣是燃燒反應中最常見的助燃物，但其他化合物也可能是助燃物，例如鎂帶可以在二氧化碳中燃燒，此時二氧化碳即為助燃物。

在一個完整的燃燒反應中，一物質和氧化劑（如氧氣、氟氣）反應，其生成物為燃料的各元素氧化反應後的產物。例如：

{\ce {CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O +}}

能量

{\ce {CH2S + 6F2 -> CF4 + 2HF + SF6}}

{\ce {2H2 + O2 -> 2H2O +}}

能量

然而在真實情況下不可能達到完整的燃燒反應。當燃燒反應達到化學平衡時，會產生多種主要和次要產物；例如燃燒碳時會產生一氧化碳和煤煙。此外，在大氣中發生燃燒反應時，因為大氣中含有78%的氮氣的緣故，會產生各式各樣的氮氧化物和氮化物。

燃燒過程所轉化的能量有兩大傳遞方式：

緩燃（Deflagration）以傳熱方式、低於音速地燃燒，日常絕大部份火災皆屬緩燃，可以有但不必全有光（即火焰）、熱、煙。低於音速的爆炸亦屬緩燃。與另一大能量傳遞方式都有俗稱爆燃而彼此混淆。而悶燒（Smouldering）特指冒煙但沒光（即沒火焰）的火。

爆轟（Detonation）以衝擊波方式、超音速燃燒。超音速的爆炸亦屬爆轟。與另一大能量傳遞方式都有俗稱爆燃而彼此混淆。

緩燃向爆轟轉捩（英語：deflagration to detonation transition）（DDT，Deflagration to detonation transition）

完全燃燒是指燃料和充量的助燃物完全進行燃燒反應。當碳氫化合物在氧氣中燃燒時，一般會產生二氧化碳和水。化學元素在燃燒時多半會生成氧化物﹐例如碳會變成二氧化碳﹐硫會變成二氧化硫﹐鐵會變成氧化鐵。若助燃物是氧氣時，氮一般是視為不會燃燒，但若助燃物是空氣時，會形成少量的氮氧化物（NO
x）。

燃燒後的產物不一定是氧化數最高的氧化數，而且形成的氧化數和溫度有關。例如將硫在空氣中燃燒，不容易形成三氧化硫。在溫度超過2,800 °F（1,540 °C）時，會開始產生NO
x，更高溫時的NO
x更多。NO
x的量也會隨氧過量的比例而變^[2]。

如氧氣不足（即不完全燃燒），則產生一氧化碳，足以在一至兩個小時導致一般住宅空間內人員昏迷。^[3]

近代的連鎖反應理論將燃燒解釋為游離基的鏈式反應，在反應過程中發光、放熱。這個理論將燃燒的鏈式反應分為三個階段：「鏈引發」、「鏈傳遞」、「鏈終止」。

鏈引發階段即產生游離基並形成反應鏈的階段。產生游離基的方法有很多，包括但不限於點燃、光照、輻射、催化、加熱。少數物質間會自發化合引發燃燒，如氟氣和氫氣在冷暗處就能劇烈燃燒引發爆炸。

鏈傳遞階段，游離基反應的同時又產生更多的游離基，使燃燒持續甚至擴大。

鏈終止階段，游離基失去能量或者所有物質反應盡，沒有新游離基產生而使反應鏈斷裂，反應結束。

[1]
吳玉祥. 消防工程. 五南圖書出版股份有限公司. 2005: 17 [2014-03-27]. ISBN 978-957-11-3936-4. （原始內容存檔於2014-09-25）.
[2]
The formation of NOx （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. Alentecinc.com. Retrieved on 2010-09-28.
[3]
103年警察特考三等消防警察. 104年一般警察四等行政警察人員歷年試題合輯. 千華數位文化. 2015: 191.

分類——按能量傳遞方式