Hvilken zone af stearinlyset har den højeste temperatur. Workshop "brænde et lys"

En flamme er et fænomen forårsaget af gløden fra et gasformigt varmt medium. I nogle tilfælde indeholder det dispergerede faste stoffer og (eller) plasma, hvori der forekommer transformationer af reagenser af fysisk og kemisk art. Det er dem, der fører til selvopvarmning, varmeafgivelse og glød. Flammens gasformige medium indeholder ladede partikler - radikaler og ioner. Dette forklarer eksistensen af ​​flammens elektriske ledningsevne og dens interaktion med elektromagnetiske felter. Enheder, der kan undertrykke en brand, ændre dens form eller rive den væk fra brændbare materialer ved hjælp af elektromagnetisk stråling, er bygget på dette princip.

Typer af flammer

Ildens skær er opdelt i to typer:

• ikke-lysende;
• glødende.

Næsten hver glød er synlig for det menneskelige øje, men ikke alle er i stand til at udsende påkrævet mængde lysstrøm.

Flammens skær bestemmes af følgende faktorer.

1. Temperatur.
2. Densiteten og trykket af de gasser, der deltager i reaktionen.
3. Tilstedeværelse af fast stof.

Den mest almindelige årsag til glød er dette er tilstedeværelsen af ​​et fast stof i flammen.

Mange gasser brænder med en svagt lysende eller ikke-lysende flamme. Af disse er de mest almindelige hydrogensulfid (flamme blå farve som ved forbrænding), ammoniak (lysegul), metan, kulilte (lyseblå flamme), brint. Dampene fra nogle flygtige væsker brænder med en knap lysende flamme (alkohol og kulstofdisulfid), og flammen af ​​acetone og æter bliver let røgfyldt på grund af den lille frigivelse af kul.

For forskellige brandfarlige dampe og gasser er flammetemperaturen ikke den samme. Temperaturen er heller ikke den samme forskellige dele flamme, og området med fuldstændig forbrænding har højere temperaturer.

Ved forbrænding afgiver en vis mængde brændbart stof en vis mængde varme. Hvis strukturen af ​​stoffet er kendt, kan volumen og sammensætningen af ​​de resulterende forbrændingsprodukter beregnes. Og hvis du kender disse stoffers specifikke varme, så kan du beregne det maksimal temperatur at flammen når frem.

Det er værd at huske på, at hvis et stof brænder i luften, så er der fire volumener inert nitrogen for hvert volumen ilt, der reagerer. Og da der er kvælstof i flammen, opvarmes den af ​​den varme, der frigives under reaktionen. Ud fra dette kan vi konkludere, at flammetemperaturen vil bestå af temperaturen på forbrændingsprodukter og nitrogen.

Det er umuligt at bestemme temperaturen nøjagtigt, men det kan gøres cirka, da specifik varmeændringer med temperaturen.

Her er nogle indikatorer for temperaturen ved åben ild i forskellige materialer.

Stearinlys flamme

Flammen, som enhver person kan observere, når et stearinlys, tændstik eller lighter brænder, er en strøm af varme gasser, der trækkes lodret opad, takket være Archimedes kraft. Lysvægen varmes først op, og paraffinen begynder at fordampe. Den laveste del er kendetegnet ved et let blåt skær - der er lidt ilt og meget brændstof. Det er på grund af dette, at brændstoffet ikke brænder fuldstændigt, og der dannes kulilte, som, når det oxideres i selve kanten af ​​flammekeglen, giver det blå.

På grund af diffusion kommer der lidt mere ilt ind i midten. Der sker efterfølgende oxidation af brændstoffet, og temperaturen stiger. Men dette er ikke nok til fuldstændig forbrænding af brændstof. Der er kulpartikler i bunden og midten og uforbrændte dråber. De lyser på grund af intens varme. Men det fordampede brændstof, samt forbrændingsprodukter, vand og kuldioxid praktisk talt ikke lyser. Helt i toppen er der den højeste koncentration af ilt. Der brænder de uforbrændte partikler, der glødede i midten, ud. Det er af denne grund, at denne zone praktisk talt ikke lyser, selvom temperaturen der er den højeste.

Ildskæret er klassificeret som følger.

I en diffus laminar flamme skelnes tre skaller (zoner). Inde i flammekeglen er der:

• mørk zone, hvor der ikke er nogen forbrænding på grund af den lille mængde oxidationsmiddel - 300−350 grader;
• lysende zone, hvor termisk nedbrydning af brændstof forekommer, og det brænder delvist - 500−800 grader;
• zonen er let lysende, hvor produkterne fra brændstofnedbrydning endelig brænder og en maksimal temperatur på 900-1500 grader nås.

Flammens temperaturparameter afhænger af intensiteten af ​​iltningsmiddeltilførslen og arten af ​​det brændbare stof. Flammen spredes gennem det forblandede medium. Formering sker langs normalen fra hvert punkt på fronten til flammens overflade.

I virkelige gas-luft-blandinger kompliceres udbredelsen altid af forstyrrende ydre påvirkninger, som er forårsaget af friktion, konvektionsstrømme, tyngdekraft og andre faktorer.

Det er på grund af dette, at den reelle udbredelseshastighed altid adskiller sig fra den normale. Afhængigt af arten af ​​udbredelseshastigheden skelnes følgende områder:

1. Under detonation forbrænding - mere end 1000 meter i sekundet.
2. Med en eksplosion - 300−1000.
3. Med deflagration - op til 100.

Oxiderende flamme

Den er placeret i den allerøverste del af bålet, som har den højeste temperatur. I denne zone omdannes brændbare stoffer næsten fuldstændigt til forbrændingsprodukter. Der er mangel på brændstof og overskydende ilt . Det er af denne grund, at stoffer, som er placeret i denne zone, oxideres intensivt.

Genopbyggende flamme

Denne del er tættest på centrum eller placeret lige under den. Der er lidt ilt til forbrænding og meget brændstof. Hvis et stof indeholdende ilt indføres i dette område, vil det blive taget væk fra stoffet.

Brandtemperatur i en lighter

En lighter er en bærbar enhed, der er designet til at producere ild. Det kan være benzin eller gas, afhængigt af det anvendte brændstof. Der er også lightere, der ikke indeholder deres eget brændstof. De er designet til at antænde et gaskomfur. En turbolighter af høj kvalitet er en relativt kompleks enhed. Brandtemperaturen i den kan nå 1300 grader.

Kemisk sammensætning og flammens farve

På lommelightere lille størrelse, dette gør det muligt at overføre dem uden problemer. Det er ret sjældent at finde en bordlighter. Efter alt på grund af deres store størrelser ikke beregnet til at bære. Deres design er varieret. Der er pejse tændere. De har en lille tykkelse og bredde, men er ret lange.

I dag er salgsfremmende lightere ved at blive populære. Hvis der ikke er strøm i huset, så er det umuligt at sætte ild til det. gaskomfur. Gassen antændes af det resulterende elektrisk lysbue. Fordelene ved disse lightere er følgende kvaliteter.

1. Holdbarhed og enkelt design.
2. Hurtig og pålidelig gastænding.

Den første lighter med moderne flint blev skabt i Østrig i 1903 efter opfindelsen af ​​ferroceriumlegering af baron Karl Auer von Welsbach.

Udviklingen af ​​lightere accelererede under Første Verdenskrig. Soldaterne begyndte at bruge tændstikker for at se vejen i mørke, men deres placering blev afsløret af det intense glimt, da de blev antændt. Behovet for ild uden væsentlige blitz gav næring til udviklingen af ​​lightere.

På det tidspunkt var de førende inden for produktion af flintlightere Tyskland og Østrig. En sådan bærbar enhed, som er designet til at producere ild, som findes i lommen på mange rygere, kan være fyldt med mange farer, hvis den håndteres forkert.

Lighteren må ikke sprøjte gnister omkring sig selv under drift. Ilden skal være stabil og jævn. Brandtemperaturen i lommetændere når cirka 800-1000 grader. Gløde rødt eller orange farve forårsaget af kulstofpartikler, der bliver varme. Til husholdningsbrændere og turbolightere anvendes hovedsageligt butangas, som brænder let og er lugt- og farveløs. Butan opnås ved at behandle olie og dens fraktioner ved høje temperaturer. Butan er et brændbart kulbrinte, men det er absolut sikkert i moderne lettere designs.

Sådanne lightere er meget nyttige i hverdagen. De kan sætte ild til ethvert brandbart materiale. Sættet med turbolightere inkluderer et bordstativ. Flammens farve afhænger af det brændbare materiale og forbrændingstemperaturen. Flammen af ​​en ild eller pejs har hovedsageligt broget udseende . Brændetemperaturen for træ er lavere end brændetemperaturen for en lysvæge. Det er på grund af dette, at ildens farve ikke er gul, men orange.

Kobber, natrium og calcium lyser i forskellige farver ved høje temperaturer.

Den elektriske lighter blev opfundet i 1770. I den blev en brintstråle antændt af en gnist fra en elektroformaskine. Over tid benzin lightere gav plads til gas, som er mere bekvemt. De skal indeholde et batteri - en energikilde.

For ikke så længe siden dukkede berøringslightere op, hvori uden mekanisk påvirkning gas antændes ved udsættelse for berøringssensor. Touch-lightere af lommetype. Dybest set indeholder de reklamelignende oplysninger, som udskrives ved hjælp af blok- eller silketryk.

Formatér venligst i henhold til artiklens formateringsregler.

Flamme- et fænomen forårsaget af gløden fra et varmt gasformigt medium, i nogle tilfælde indeholdende plasma og/eller dispergerede faste stoffer, hvor der sker fysisk-kemiske omdannelser af reagenser, hvilket fører til glød, varmeafgivelse og selvopvarmning.

Flammens gasformige medium indeholder ladede partikler (ioner, radikaler), som bestemmer tilstedeværelsen af ​​flammens elektriske ledningsevne og dens interaktion med elektromagnetiske felter. På dette princip bygges enheder, der ved hjælp af elektromagnetisk stråling kan dæmpe en flamme, rive den væk fra brændbare materialer eller ændre dens form.

Effekt ved blanding af vand med voks

Flamme farve

Den forskellige type bunsenbrænder afhænger af ilttilførslen. Til venstre er rig brændstofblanding uden foreløbig blanding med ilt brænder det med en gul, røget, spredt flamme til højre, en mager brændstofblanding med tilsætning af ilt skaber ikke sod, mens flammens farve bestemmes af urenheder.

Flammens farve bestemmes primært af termisk stråling og stråling fra kvanteovergange.

Flammetemperatur

Antændelsestemperaturen for de fleste faste materialer er 300°C. Flammetemperaturen i en brændende cigaret er 700-800°C. I en tændstik er flammetemperaturen 750-850 °C, mens 300 °C er træs antændelsestemperatur, og forbrændingstemperaturen i træ er cirka 800-1000 °C. Forbrændingstemperaturen for propan-butan varierer fra 800 til 1970 °C. Petroleums flammetemperatur er 800, i et miljø med ren ilt - 2000 °C. Forbrændingstemperaturen for benzin er 1300-1400 °C. Alkoholens flammetemperatur overstiger ikke 900 °C. Forbrændingstemperaturen for magnesium er 2200 °C.

Stearinlys flamme

Den sædvanlige flamme, som vi observerer, når et stearinlys brænder, flammen fra en lighter eller en tændstik, er en strøm af varme gasser, der strækker sig lodret på grund af Archimedes-kraften (varme gasser har en tendens til at stige opad). Først varmes lysvægen op, og paraffinen begynder at fordampe. Zone 1, den laveste, er karakteriseret ved et let blåt skær - der er meget brændstof og lidt ilt. Derfor sker der en ufuldstændig forbrænding af brændstoffet med dannelsen af ​​CO, som oxiderer i selve kanten af ​​flammekeglen og giver den en blå farve. Mere ilt trænger ind i zone 2 på grund af diffusion sker der, temperaturen er højere end i zone 1, men det er stadig ikke nok til fuldstændig forbrænding af brændstoffet. Zone 1 og zone 2 indeholder uforbrændte brændstofdråber og kulpartikler. På grund af intens varme gløder de. Det fordampede brændstof og dets forbrændingsprodukter - kuldioxid og vand - lyser næsten ikke. I zone 3 er iltkoncentrationen endnu større. Der bliver uforbrændte brændstofpartikler, der glødede i zone 2, brændt ud, så denne zone lyser næsten ikke, selvom temperaturen er højest der.

Klassifikation

Flammer er klassificeret efter:

• aggregeringstilstand brændbare stoffer: flamme fra gasformige, flydende, faste og luftbårne reagenser;
• stråling: lysende, farvet, farveløs;
• miljøtilstand: brændstof - oxidationsmiddel: diffusion, forblandede medier;
• arten af ​​reaktionsmediets bevægelse: laminær, turbulent, pulserende;
• temperatur: kold, lav temperatur, høj temperatur;
• udbredelseshastigheder: langsom, hurtig;
• højde: kort, lang;
• visuel perception: røget, gennemsigtig, farvet.

I en laminær diffusionsflamme kan 3 zoner (skaller) skelnes. Inde i flammekeglen er der: mørk zone(300−350 °C), hvor forbrænding ikke sker på grund af mangel på oxidationsmiddel; lysende zone, hvor termisk nedbrydning af brændstof og dets delvise forbrænding forekommer (500-800 °C); knapt lysende zone, som er karakteriseret ved den endelige forbrænding af brændstofnedbrydningsprodukter og max. temperatur (900-1500 °C). Flammetemperaturen afhænger af arten af ​​det brændbare stof og intensiteten af ​​iltningsmiddeltilførslen.

Flammeudbredelse gennem et forblandet medium (uforstyrret) sker fra hvert punkt på flammefronten normalt til flammeoverfladen. Værdien af ​​sådan NSRP er hovedkarakteristikken for et brandfarligt miljø. Det repræsenterer den mindst mulige flammehastighed. NSRP-værdier er forskellige for forskellige brændbare blandinger - fra 0,03 til 15 m/s.

Spredning af flamme gennem virkelige gas-luft-blandinger kompliceres altid af ydre forstyrrende påvirkninger forårsaget af tyngdekraft, konvektiv strømning, friktion osv. Derfor rigtige hastigheder P.s spreads adskiller sig altid fra normale. Afhængigt af forbrændingens art har hastigheden af ​​udbredelse af brande følgende. værdiområder: med deflagrationsforbrænding - op til 100 m/s; under eksplosiv forbrænding - fra 300 til 1000 m/s; under detonationsforbrænding - St. 1000 m/s.

Flammen fra et brændende lys har fulgt mennesket i tusinder af år.

Oxiderende flamme

Placeret i den øverste, varmeste del af flammen, hvor brændbare stoffer næsten fuldstændigt omdannes til forbrændingsprodukter. I dette område af flammen er der et overskud af ilt og mangel på brændstof, så stoffer placeret i denne zone oxideres intensivt.

Genopbyggende flamme

Dette er den del af flammen, der er tættest på midten eller lige under midten af ​​flammen. I dette område af flammen er der meget brændstof og lidt ilt til forbrænding, så hvis du indfører et stof, der indeholder ilt i denne del af flammen, bliver ilten taget væk fra stoffet.

Dette kan illustreres ved at bruge eksemplet med reduktionsreaktionen af ​​bariumsulfat BaS04. Ved hjælp af en platinsløjfe tages BaSO 4 og opvarmes i den reducerende del af flammen spritbrænder. I dette tilfælde reduceres bariumsulfat, og der dannes bariumsulfid BaS. Det er derfor, flammen kaldes genoprettende.

Anvendelse

Flammer (oxiderende og reducerende) bruges i analytisk kemi, især i produktionen af ​​farvede perler til hurtig identifikation af mineraler og sten, herunder i marken, ved hjælp af et blæserør.

Flamme i nul tyngdekraft

Se også

• Forbrænding, herunder flammefri forbrænding.
• Pyrokemisk analyse - detektionsmetoder kemiske elementer ved forskellige flammefarver.

Litteratur

Tideman B. G., Sciborsky D. B. Forbrændingens kemi. - L., 1935.

Forbrænding forskellige typer brændstof er normalt ledsaget af en flamme. Flammer er brændende gasser eller dampe. For at studere strukturen af ​​en flamme, vil vi bruge et stearinlys. Lad os tænde den og se nærmere på udseende flamme. Tre dele findes i den: den indre, mørke del, der støder op til vægen, en lysende kegle omkring den og en knap mærkbar skal på ydersiden (fig. 37). Selve vægen brænder ikke (kun dens bøjede ende brænder).

Ris. 37. Strukturen af ​​en stearinlysflamme. a - indre "mørk" kegle, b - midterste lysende kegle, c - ydre del af flammen

Lad os undersøge sammensætningen af ​​hver del af flammen. Hvis i indre del Stik enden af ​​et glasrør ind i flammen (fig. 38), så kommer der en hvidlig røg ud gennem den, som kan antændes. Disse er paraffindampe. Så den indre mørke kegle af flammen er dannet af paraffindamp.

Vi indsætter den på kort tid koldt objekt; for eksempel en porcelænskop, i den midterste del af flammen - en lysende kegle. Koppen bliver røgfyldt og dækket af sod. Det betyder, at den lysende kegle indeholder frit kulstof. Sammensætningen af ​​den ydre kegle af paraffinflammen er kendt for os; Disse er slutprodukterne af paraffinforbrænding - vanddamp og kuldioxid.

Lad os kort indsætte en splint i flammen, som vist i figur 39.

Splinten vil kun blive forkullet på de steder, der er i den ydre kegle. Det betyder, at flammetemperaturen er højest i den.

Hvor kommer kullet i den midterste del af flammen fra? Når du bringer en tændt tændstik til vægen, smelter paraffinen og begynder at fordampe. Dampene, der stiger op fra vægen, antændes. På grund af den høje temperatur i den midterste del af flammen opstår tør destillation af paraffin - nedbrydning af dens damp til kul og brændbare gasser. Gasser brænder på grund af luft, der strømmer ind i flammen nedefra, og på grund af den varme, der frigives under deres forbrænding, bliver kulpartiklerne hvidglødende, og de giver flammen lysstyrke. At blive revet med ind ydre del flamme, forbrænder disse partikler igen til kuldioxid, her går flammens lysstyrke tabt, og temperaturen stiger endnu mere.

Hvis der blæses luft ind i flammen på et stearinlys ved hjælp af en blæselampe eller et glasrør, bliver flammen næsten ikke-lysende, og sod sætter sig ikke på porcelænskoppen, der bringes ind i den. Dette forklares af det faktum, at kulpartikler med en rigelig luftstrøm brænder hurtigt og dvæler ikke i flammen.

Der dannes også flammer i brændeovne.

1. Beskriv strukturen af ​​en flamme og eksperimenter, der kan bruges til at bestemme sammensætningen af ​​dens dele. Hvilken har den højeste flammetemperatur?
2. * Hvis du placerer et brændende lys på sollys, så på papiret, der er placeret bagved, vil en mørk skygge komme til syne netop fra den del af stearinlysets flamme, der lyser klart. Hvorfor?
3. Brænder alle stoffer for at danne en flamme?
4. Hvordan laver man en flamme til ikke-ryger?

Hvordan man forbander mørket
Det er bedre at i det mindste tænde det
et lille lys.
Konfucius

I begyndelsen

De første forsøg på at forstå forbrændingsmekanismen er forbundet med navnene på englænderen Robert Boyle, franskmanden Antoine Laurent Lavoisier og russeren Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Det viste sig, at stoffet under forbrænding ikke "forsvinder" nogen steder, som man engang naivt troede, men bliver til andre stoffer, for det meste gasformige og derfor usynlige. Lavoisier var den første til at vise i 1774, at under forbrændingen tabes cirka en femtedel af det fra luften. I løbet af det 19. århundrede studerede videnskabsmænd i detaljer de fysiske og kemiske processer, ledsagende forbrænding. Behovet for sådant arbejde var primært forårsaget af brande og eksplosioner i miner.

Men først i den sidste fjerdedel af det tyvende århundrede blev de vigtigste kemiske reaktioner, der ledsager forbrænding, identificeret, og den dag i dag er der stadig meget i flammens kemi mørke pletter. De studeres mest moderne metoder i mange laboratorier. Disse undersøgelser har flere mål. På den ene side er det nødvendigt at optimere forbrændingsprocesserne i ovnene på termiske kraftværker og i cylindrene i forbrændingsmotorer for at forhindre eksplosiv forbrænding (detonation), når luft-benzinblandingen komprimeres i en bilcylinder. På den anden side er det nødvendigt at reducere antallet skadelige stoffer dannet under forbrændingsprocessen, og samtidig - se efter mere effektive midler slukning af ilden.

Der er to typer flammer. Brændstof og iltningsmiddel (oftest oxygen) kan forceres eller spontant tilføres forbrændingszonen separat og blandes i flammen. Eller de kan blandes på forhånd - sådanne blandinger kan brænde eller endda eksplodere i fravær af luft, såsom krudt, pyrotekniske blandinger til fyrværkeri, raketbrændstof. Forbrænding kan ske både med deltagelse af oxygen, der kommer ind i forbrændingszonen med luft, og ved hjælp af oxygen indeholdt i det oxiderende stof. Et af disse stoffer er Bertholletsalt (kaliumchlorat KClO 3); dette stof afgiver let ilt. Et stærkt oxidationsmiddel er salpetersyre HNO 3: i sin rene form antænder det mange organisk stof. Nitrater, salte salpetersyre(for eksempel i form af gødning - kalium eller ammoniumnitrat), er let antændelige, hvis de blandes med brandfarlige stoffer. Et andet kraftigt oxidationsmiddel, nitrogentetroxid N 2 O 4 er en komponent i raketbrændstoffer. Ilt kan også erstattes af stærke oxidationsmidler som klor, hvori mange stoffer brænder, eller fluor. Ren fluor er en af ​​de mest kraftfulde oxidationsmidler vand brænder i sin strøm.

Kædereaktioner

Grundlaget for teorien om forbrænding og flammeudbredelse blev lagt i slutningen af ​​20'erne af forrige århundrede. Som et resultat af disse undersøgelser, forgrenet kædereaktioner. For denne opdagelse blev den russiske fysiske kemiker Nikolai Nikolaevich Semenov og den engelske forsker Cyril Hinshelwood tildelt. Nobelprisen i kemi. Enklere uforgrenede kædereaktioner blev opdaget tilbage i 1913 af den tyske kemiker Max Bodenstein ved at bruge eksemplet med reaktionen mellem brint og klor. Den samlede reaktion er udtrykt simpel ligning H2 + Cl2 = 2HCl. Faktisk involverer det meget aktive fragmenter af molekyler - de såkaldte frie radikaler. Under påvirkning af lys i de ultraviolette og blå områder af spektret eller ved høje temperaturer desintegrerer klormolekyler til atomer, som begynder en lang (nogle gange op til en million led) kæde af transformationer; Hver af disse transformationer kaldes en elementær reaktion:

Cl + H2 → HCl + H,
H + Cl2 → HCl + Cl osv.

Ved hvert trin (reaktionsled) forsvinder et aktivt center (brint- eller kloratom) og samtidig opstår et nyt aktivt center, som fortsætter kæden. Kæderne knækker, når to aktive arter mødes, for eksempel Cl + Cl → Cl 2. Hver kæde forplanter sig meget hurtigt, så hvis du genererer "indledende" aktive partikler med høj hastighed, vil reaktionen forløbe så hurtigt, at det kan føre til en eksplosion.

N. N. Semenov og Hinshelwood opdagede, at forbrændingsreaktionerne af fosfor og brintdampe forløber forskelligt: ​​den mindste gnist eller åben ild kan forårsage en eksplosion selv ved stuetemperatur. Disse reaktioner er forgrenede kædereaktioner: aktive partikler "formeres" under reaktionen, det vil sige, når en aktiv partikel forsvinder, opstår to eller tre. For eksempel i en blanding af brint og ilt, som sikkert kan opbevares i hundreder af år, hvis ikke ydre påvirkninger, fremkomsten af ​​aktive brintatomer af en eller anden grund udløser følgende proces:

H + O 2 → OH + O,
O + H2 → OH + H.

Således bliver én aktiv partikel (H-atom) i en ubetydelig periode til tre (et brintatom og to OH-hydroxylradikaler), som allerede lancerer tre kæder i stedet for én. Som et resultat vokser antallet af kæder som en lavine, hvilket øjeblikkeligt fører til en eksplosion af blandingen af ​​brint og ilt, da der frigives meget termisk energi i denne reaktion. Iltatomer er til stede i flammer og ved forbrænding af andre stoffer. De kan registreres, hvis du dirigerer streamen trykluft hen over toppen af ​​brænderens flamme. Samtidig vil en karakteristisk lugt af ozon blive detekteret i luften - det er iltatomer, der "klæber" til iltmolekyler for at danne ozonmolekyler: O + O 2 = O 3, som blev båret ud af flammen af ​​kold luft .

Muligheden for en eksplosion af en blanding af ilt (eller luft) med mange brændbare gasser - brint, kulilte, metan, acetylen - afhænger af forholdene, hovedsageligt af blandingens temperatur, sammensætning og tryk. Så hvis, som følge af en lækage af husholdningsgas i køkkenet (det består hovedsageligt af metan), dets indhold i luften overstiger 5%, vil blandingen eksplodere fra flammen fra en tændstik eller lighter, og endda fra en lille gnist, der slipper gennem kontakten, når lyset tændes. Der vil ikke være nogen eksplosion, hvis kæderne knækker hurtigere, end de kan forgrene. Derfor var lampen til minearbejdere, som den engelske kemiker Humphry Davy udviklede i 1816, uden at vide noget om flammens kemi, sikker. I denne lampe var den åbne ild indhegnet fra den ydre atmosfære (som kunne være eksplosiv) med et tykt metalnet. På metaloverfladen forsvinder aktive partikler effektivt og bliver til stabile molekyler og kan derfor ikke trænge ind i det ydre miljø.

Den komplette mekanisme for forgrenede kædereaktioner er meget kompleks og kan omfatte mere end hundrede elementære reaktioner. Mange oxidations- og forbrændingsreaktioner af uorganiske og organiske forbindelser er forgrenede kædereaktioner. Det samme vil være reaktionen ved fission af kerner af tunge grundstoffer, for eksempel plutonium eller uran, under påvirkning af neutroner, der fungerer som analoger af aktive partikler i kemiske reaktioner. Når de trænger ind i kernen af ​​et tungt grundstof, forårsager neutroner dets fission, som er ledsaget af frigivelse af meget høj energi; Samtidig udsendes nye neutroner fra kernen, som forårsager spaltning af nabokerner. Kemiske og nukleare forgrenede processer er beskrevet af lignende matematiske modeller.

Hvad skal du bruge for at komme i gang?

For at forbrændingen kan begynde, skal en række betingelser være opfyldt. Først og fremmest skal temperaturen på det brandfarlige stof overstige en vis grænseværdi, som kaldes antændelsestemperaturen. Ray Bradburys berømte roman Fahrenheit 451 hedder sådan, fordi ved omtrent denne temperatur (233°C) går papir i brand. Dette er den "antændelsestemperatur", over hvilken faste brændstoffer frigiver brændbare dampe eller gasformige nedbrydningsprodukter i tilstrækkelige mængder til deres stabile forbrænding. Antændelsestemperaturen for tørt fyrretræ er omtrent den samme.

Flammetemperaturen afhænger af det brændbare stofs beskaffenhed og forbrændingsbetingelserne. Således når temperaturen i en metanflamme i luften 1900°C, og ved brænding i ilt - 2700°C. En endnu varmere flamme frembringes ved forbrænding af brint (2800°C) og acetylen (3000°C) i ren oxygen. Ikke underligt, at flammen fra en acetylenbrænder let skærer næsten ethvert metal. Det samme høj temperatur, omkring 5000°C (det er registreret i Guinness Book of Records), når det brændes i ilt, producerer det en lavtkogende væske - kulstofsubnitrid C 4 N 2 (dette stof har strukturen af ​​dicyanoacetylen NC–C=C–CN ). Og ifølge nogle oplysninger, når det brænder i en ozonatmosfære, kan temperaturen nå op til 5700°C. Hvis denne væske antændes i luft, vil den brænde med en rød, røget flamme med en grøn-violet kant. På den anden side kendes også kolde flammer. For eksempel brænder de når lave tryk fosfordamp. En forholdsvis kold flamme opnås også under oxidation i visse forhold carbondisulfid og lette carbonhydrider; for eksempel producerer propan en kølig flamme ved reduceret tryk og temperaturer mellem 260-320°C.

Først i den sidste fjerdedel af det tyvende århundrede begyndte mekanismen for processer, der fandt sted i flammerne af mange brændbare stoffer, at blive tydeligere. Denne mekanisme er meget kompleks. De oprindelige molekyler er normalt for store til at reagere direkte med ilt til reaktionsprodukter. For eksempel er forbrændingen af ​​oktan, en af ​​benzinens komponenter, udtrykt ved ligningen 2C 8 H 18 + 25 O 2 = 16 CO 2 + 18 H 2 O. Men alle 8 carbonatomer og 18 hydrogenatomer i en oktanmolekyle kan ikke samtidig kombinere med 50 oxygenatomer: for dette skal sættet bryde kemiske bindinger og mange nye vil dannes. Forbrændingsreaktionen foregår i mange trin - således at der på hvert trin kun brydes og dannes et lille antal kemiske bindinger, og processen består af mange sekventielt opståede elementære reaktioner, hvis helhed fremstår for iagttageren som en flamme. Det er vanskeligt at studere elementære reaktioner, primært fordi koncentrationerne af reaktive mellempartikler i flammen er ekstremt små.

Inde i flammen

Optisk sansning forskellige områder flammer ved hjælp af lasere gjorde det muligt at fastslå den kvalitative og kvantitative sammensætning af de aktive partikler til stede der - fragmenter af molekyler af et brændbart stof. Det viste sig, at selv i den tilsyneladende simple reaktion af forbrænding af brint i oxygen 2H 2 + O 2 = 2H 2 O, forekommer mere end 20 elementære reaktioner med deltagelse af molekyler O 2, H 2, O 3, H 2 O 2 , H 2 O, aktive partikler N, O, OH, MEN 2. Her er for eksempel, hvad den engelske kemiker Kenneth Bailey skrev om denne reaktion i 1937: ”Ligningen for hydrogenets reaktion med oxygen er den første ligning, som de fleste begyndere i kemi bliver bekendt med. Denne reaktion forekommer dem meget enkel. Men selv professionelle kemikere er noget forbløffet over at se en hundrede sider lang bog med titlen "The Reaction of Oxygen with Hydrogen", udgivet af Hinshelwood og Williamson i 1934. Til dette kan vi tilføje, at der i 1948 blev udgivet en meget større monografi af A. B. Nalbandyan og V. V. Voevodsky med titlen "The Mechanism of Hydrogen Oxidation and Combustion."

Moderne forskningsmetoder har gjort det muligt at studere de enkelte stadier af sådanne processer, at måle den hastighed, hvormed forskellige aktive partikler reagerer med hinanden og med stabile molekyler, når forskellige temperaturer. Ved at kende mekanismen for de enkelte stadier af processen er det muligt at "samle" hele processen, det vil sige at simulere en flamme. Kompleksiteten af ​​en sådan modellering ligger ikke kun i at studere hele komplekset af elementære kemiske reaktioner, men også behovet for at tage hensyn til processerne med partikeldiffusion, varmeoverførsel og konvektionsstrømme i flammen (det er sidstnævnte, der skaber det fascinerende spil af tunger i en brændende ild).

Hvor kommer alt fra?

Det vigtigste brændstof i moderne industri er kulbrinter, der spænder fra den enkleste, metan, til tunge kulbrinter, som er indeholdt i brændselsolie. Flammen af ​​selv den simpleste kulbrinte, metan, kan involvere op til hundrede elementære reaktioner. Men ikke alle af dem er blevet undersøgt tilstrækkeligt detaljeret. Når tunge kulbrinter, såsom dem der findes i paraffin, brænder, kan deres molekyler ikke nå forbrændingszonen uden at forblive intakte. Selv når de nærmer sig flammen, på grund af den høje temperatur, splittes de i fragmenter. I dette tilfælde spaltes grupper, der indeholder to carbonatomer, sædvanligvis fra molekyler, for eksempel C 8 H 18 → C 2 H 5 + C 6 H 13. Aktive arter med et ulige antal carbonatomer kan abstrahere hydrogenatomer og danne forbindelser med dobbelte C=C og tredobbelte C≡C-bindinger. Det blev opdaget, at i en flamme kan sådanne forbindelser indgå i reaktioner, som ikke tidligere var kendt af kemikere, da de ikke forekommer uden for flammen, for eksempel C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → CO 2 + H + N.

Det gradvise tab af brint fra de oprindelige molekyler fører til en stigning i andelen af ​​kulstof i dem, indtil partiklerne C 2 H 2, C 2 H, C 2 er dannet. Den blå-blå flammezone skyldes gløden fra exciterede C 2- og CH-partikler i denne zone. Hvis adgangen af ​​oxygen til forbrændingszonen er begrænset, oxiderer disse partikler ikke, men opsamles i aggregater - de polymeriserer i henhold til skemaet C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H + C4H2 → C6H2 + N osv.

Resultatet er sodpartikler, der næsten udelukkende består af kulstofatomer. De er formet som små kugler med en diameter på op til 0,1 mikrometer, som indeholder cirka en million kulstofatomer. Sådanne partikler giver ved høje temperaturer en godt lysende flamme gul. I toppen af ​​lysflammen brænder disse partikler, så lyset ryger ikke. Hvis der sker yderligere vedhæftning af disse aerosolpartikler, dannes der større sodpartikler. Som et resultat producerer flammen (for eksempel brændende gummi) sort røg. Sådan røg opstår, hvis andelen af ​​kulstof i forhold til brint i det originale brændstof øges. Et eksempel er terpentin - en blanding af kulbrinter med sammensætningen C 10 H 16 (C n H 2n–4), benzen C 6 H 6 (C n H 2n–6) og andre brændbare væsker med mangel på brint - alt sammen af dem ryger, når de brænder. En røgfyldt og klart lysende flamme frembringes af acetylen C 2 H 2 (C n H 2n–2), der brænder i luften; Engang brugte man en sådan flamme i acetylenlanterner monteret på cykler og biler og i minearbejders lamper. Og omvendt: kulbrinter med et højt hydrogenindhold - methan CH 4, ethan C 2 H 6, propan C 3 H 8, butan C 4 H 10 ( generel formel C n H 2n+2) - brændes med tilstrækkelig luftadgang med en næsten farveløs flamme. En blanding af propan og butan i form af en væske under lavt tryk findes i lightere, såvel som i cylindre, der bruges af sommerboere og turister; de samme cylindre er installeret i gasdrevne biler. For nylig blev det opdaget, at sod ofte indeholder sfæriske molekyler bestående af 60 kulstofatomer; de kaldtes fullerener, og opdagelsen af ​​dette ny form kulstof blev tildelt Nobelprisen i kemi i 1996.

Brændstoftyper. Brændstofforbrænding- en af ​​de mest almindelige energikilder, der bruges af mennesker.

Der er flere brændstoftyper i henhold til aggregeringstilstand: fast brændsel, flydende brændstof og gasformigt brændstof. Derfor kan vi give eksempler: fast brændsel er koks, kul, flydende brændstof er olie og dets produkter (petroleum, benzin, olie, brændselsolie, gasformigt brændstof er gasser (methan, propan, butan osv.)

Et vigtigt parameter hver type brændstof er dens brændværdi, som i mange tilfælde bestemmer retningen for brændstofforbruget.

Brændværdi- dette er mængden af ​​varme, der frigives ved forbrænding af 1 kg (eller 1 m 3) brændstof ved et tryk på 101.325 kPa og 0 0 C, det vil sige under normale forhold. brændværdi Udtrykt i enheder af kJ/kg (kilojoule pr. kg). Naturligt, forskellige typer

brændstoffer med forskellige brændværdier: Brunkul - 25550 Kul - 33920

• Tørv - 23900
• petroleum - 35000
• træ - 18850
• benzin - 46000

Det kan ses, at metan fra ovennævnte brændstoffer har den højeste brændværdi.

For at opnå den varme, der er indeholdt i brændstoffet, skal det opvarmes til dets antændelsestemperatur og naturligvis i nærværelse af en tilstrækkelig mængde ilt. I processen med en kemisk reaktion - forbrænding - frigives det stort antal

varme. Hvordan kul brænder. Kul opvarmes og gløder under påvirkning af ilt og danner kulilte (IV), det vil sige CO 2 (eller kuldioxid). Derefter CO 2 indøverste lag varme kul reagerer med kul igen, hvilket resulterer i dannelsen af ​​en ny kemisk forbindelse - kulilte (II) eller CO - kulilte

. Men dette stof er meget aktivt, og så snart en tilstrækkelig mængde ilt dukker op i luften, brænder CO-stoffet med en blå flamme for at danne den samme kuldioxid. Du har sikkert nogensinde stillet dig selv spørgsmålet, hvad er flammetemperatur ?! Alle ved, at det for eksempel for at udføre nogle kemiske reaktioner er nødvendigt at opvarme reagenserne. Til sådanne formål bruger laboratorier en gasbrænder, der fungerer på naturgas have en vidunderlig brændværdi . Ved afbrænding af brændstof - gas omdannes den kemiske forbrændingsenergi til termisk energi . For gasbrænder

Flammen kan afbildes sådan:

Flammens højeste punkt er et af de varmeste steder i flammen. Temperaturen på dette tidspunkt er omkring 1540 0 C - 1550 0 C