Qué zona de la vela tiene la temperatura más alta. Taller "encender una vela"

Una llama es un fenómeno causado por el brillo de un medio gaseoso caliente. En algunos casos, contiene sólidos dispersos y (o) plasma, en los que se producen transformaciones de reactivos de naturaleza física y química. Son ellos los que provocan el autocalentamiento, la liberación de calor y el brillo. El medio gaseoso de la llama contiene partículas cargadas. radicales e iones. Esto explica la existencia de conductividad eléctrica de la llama y su interacción con los campos electromagnéticos. Sobre este principio se basan los dispositivos que pueden extinguir un incendio, cambiar su forma o separarlo de materiales inflamables mediante radiación electromagnética.

tipos de llama

El resplandor del fuego se divide en dos tipos:

• no luminoso;
• brillante.

Casi todos los resplandores son visibles para el ojo humano, pero no todos son capaces de emitir cantidad requerida flujo luminoso.

El brillo de la llama está determinado por los siguientes factores..

1. Temperatura.
2. La densidad y presión de los gases que participan en la reacción.
3. Presencia de materia sólida.

La causa más común del brillo es esta es la presencia de una sustancia sólida en la llama.

Muchos gases arden con una llama débilmente luminosa o no luminosa. De estos, los más comunes son el sulfuro de hidrógeno (llama color azul como en la combustión), amoníaco (amarillo pálido), metano, monóxido de carbono (llama azul pálido), hidrógeno. Los vapores de algunos líquidos volátiles arden con una llama apenas luminosa (alcohol y disulfuro de carbono), y la llama de la acetona y el éter se vuelve ligeramente humeante debido a la ligera liberación de carbono.

Para diferentes vapores y gases inflamables, la temperatura de la llama no es la misma. Además la temperatura no es la misma. diferentes partes Llama, y ​​el área de combustión completa tiene temperaturas más altas.

Cuando se quema, una cierta cantidad de sustancia combustible libera una cierta cantidad de calor. Si se conoce la estructura de la sustancia, se puede calcular el volumen y la composición de los productos de combustión resultantes. Y si conoces el calor específico de estas sustancias, entonces puedes calcular que temperatura máxima que alcanzará la llama.

Vale la pena recordar que si una sustancia se quema en el aire, por cada volumen de oxígeno que reacciona, hay cuatro volúmenes de nitrógeno inerte. Y como el nitrógeno está presente en la llama, se calienta con el calor que se libera durante la reacción. En base a esto, podemos concluir que la temperatura de la llama estará compuesta por la temperatura de los productos de combustión y el nitrógeno.

Es imposible determinar con precisión la temperatura, pero se puede hacer de forma aproximada, ya que calor específico cambia con la temperatura.

A continuación se muestran algunos indicadores sobre la temperatura del fuego abierto en diferentes materiales..

llama de vela

La llama, que todo el mundo puede observar cuando arde una vela, una cerilla o un encendedor, es una corriente de gases calientes que son arrastrados verticalmente hacia arriba, gracias a la fuerza de Arquímedes. La mecha de la vela primero se calienta y la parafina comienza a evaporarse. La parte más baja se caracteriza por un ligero brillo azul: hay poco oxígeno y mucho combustible. Es por esto que el combustible no se quema por completo y se forma monóxido de carbono que, al oxidarse en el borde mismo del cono de la llama, le da azul.

Debido a la difusión, entra un poco más de oxígeno al centro. Allí se produce la posterior oxidación del combustible y aumenta la temperatura. Pero esto no es suficiente para una combustión completa del combustible. Hay partículas de carbón en la parte inferior y en el centro. y gotas no quemadas. Brillan debido al intenso calor. Pero el combustible evaporado, así como los productos de combustión, el agua y dióxido de carbono Prácticamente no brillan. En la cima se encuentra la mayor concentración de oxígeno. Allí se queman las partículas no quemadas que brillaban en el centro. Es por ello que esta zona prácticamente no brilla, aunque la temperatura es la más alta.

El resplandor del fuego se clasifica de la siguiente manera.

En una llama laminar difusa se distinguen tres capas (zonas). Dentro del cono de llama se encuentra:

• zona oscura, donde no hay combustión debido a la pequeña cantidad de oxidante: 300-350 grados;
• zona luminosa, donde se produce la descomposición térmica del combustible y se quema parcialmente: 500 a 800 grados;
• la zona es ligeramente luminosa, donde finalmente se queman los productos de la descomposición del combustible y se alcanza una temperatura máxima de 900-1500 grados.

El parámetro de temperatura de la llama depende de la intensidad del suministro de oxidante y de la naturaleza de la sustancia combustible. La llama se propaga a través del medio premezclado. La propagación ocurre a lo largo de la normal desde cada punto del frente. a la superficie de la llama.

En la vida real, la propagación de mezclas de gas y aire siempre se complica por influencias externas perturbadoras, que son causadas por la fricción, los flujos convectivos, la gravedad y otros factores.

Es por esto que la velocidad de propagación real siempre difiere de la normal. Dependiendo de la naturaleza de la velocidad de propagación, se distinguen los siguientes rangos:

1. Durante la combustión por detonación, más de 1000 metros por segundo.
2. Con una explosión: 300−1000.
3. Con deflagración - hasta 100.

Llama oxidante

Se encuentra en la parte más alta del fuego, que tiene la temperatura más alta. En esta zona, las sustancias inflamables se convierten casi por completo en productos de combustión. Hay falta de combustible y exceso de oxígeno. . Es por esta razón que las sustancias Los metales que se encuentran en esta zona se oxidan intensamente.

Llama restauradora

Esta parte es la más cercana al centro o está ubicada justo debajo de él. Hay poco oxígeno para la combustión y mucho combustible. Si se introduce una sustancia que contiene oxígeno en esta área, se le quitará la sustancia.

Temperatura del fuego en un encendedor.

Un encendedor es un dispositivo portátil diseñado para producir fuego. Puede ser gasolina o gas, dependiendo del combustible utilizado. También existen encendedores que no contienen combustible propio. Están diseñados para encender una estufa de gas. Un turboencendedor de alta calidad es un dispositivo relativamente complejo. La temperatura del fuego puede alcanzar los 1300 grados.

Composición química y color de la llama.

En encendedores de bolsillo tamaño pequeño, esto permite transferirlos sin ningún problema. Es bastante raro encontrar un encendedor de mesa. Después de todo, debido a su tallas grandes no está destinado a ser transportado. Sus diseños son variados.. Hay encendedores de chimenea. Tienen un grosor y una anchura reducidos, pero son bastante largos.

Hoy en día, los encendedores promocionales se están volviendo populares. Si no hay electricidad en la casa, es imposible prenderle fuego. estufa de gas. El gas se enciende por la resultante arco voltaico. Las ventajas de estos encendedores son las siguientes cualidades.

1. Durabilidad y simplicidad de diseño.
2. Encendido de gas rápido y fiable.

El primer encendedor con pedernal moderno se creó en Austria en 1903, tras la invención de la aleación de ferrocerio por parte del barón Karl Auer von Welsbach.

El desarrollo de los encendedores se aceleró durante la Primera Guerra Mundial. Los soldados comenzaron a usar cerillas para ver el camino en la oscuridad, pero su ubicación fue revelada por el intenso destello cuando se encendieron. La necesidad de disparar sin destellos significativos impulsó el desarrollo de los encendedores.

En ese momento, los líderes en la producción de encendedores de piedra eran Alemania y Austria. Un dispositivo portátil de este tipo, diseñado para producir fuego, que se encuentra en el bolsillo de muchos fumadores, puede entrañar muchos peligros si se maneja incorrectamente.

El encendedor no debe esparcir chispas a su alrededor durante el funcionamiento. El fuego debe ser estable y uniforme. La temperatura del fuego en los encendedores de bolsillo alcanza aproximadamente 800-1000 grados. Resplandor rojo o color naranja causado por partículas de carbón que se calientan. Para los quemadores domésticos y los turboencendedores se utiliza principalmente gas butano, que arde fácilmente y es inodoro e incoloro. El butano se obtiene procesando aceite y sus fracciones a altas temperaturas. El butano es un hidrocarburo inflamable, pero es absolutamente seguro en los diseños modernos de encendedores.

Estos encendedores son muy útiles en la vida cotidiana. Pueden prender fuego a cualquier material inflamable. El juego de encendedores turbo incluye un soporte de mesa. El color de la llama depende del material combustible y de la temperatura de combustión. La llama de un fuego o de una chimenea tiene principalmente aspecto variado . La temperatura de combustión de la madera es más baja que la temperatura de combustión de la mecha de una vela. Es por esto que el color del fuego no es amarillo, sino naranja.

El cobre, el sodio y el calcio brillan en diferentes colores a altas temperaturas.

El encendedor eléctrico se inventó en 1770. En él, una chispa de una máquina de electróforo encendió un chorro de hidrógeno. Con el tiempo encendedores de gasolina dio paso a los de gas, que son más convenientes. Deben contener una batería, una fuente de energía.

No hace mucho aparecieron los encendedores táctiles, en los que, sin impacto mecanico El gas se enciende por exposición a sensor táctil. Encendedores táctiles tipo bolsillo. Básicamente contienen información de tipo publicitario, que se imprime mediante tampografía o serigrafía.

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Llama- un fenómeno causado por la luminosidad de un medio gaseoso caliente, que en algunos casos contiene plasma y/o sólidos dispersos, en el que se producen transformaciones fisicoquímicas de los reactivos que conducen a luminiscencia, liberación de calor y autocalentamiento.

El medio gaseoso de la llama contiene partículas cargadas (iones, radicales), lo que determina la presencia de conductividad eléctrica de la llama y su interacción con los campos electromagnéticos. Según este principio, se construyen dispositivos que, mediante radiación electromagnética, pueden apagar una llama, separarla de materiales inflamables o cambiar su forma.

Efecto al mezclar agua con cera.

Color de llama

Los distintos tipos de mechero Bunsen dependen del suministro de oxígeno. A la izquierda es rico mezcla de combustible sin mezcla previa con oxígeno, arde con una llama amarilla, humeante y dispersa; a la derecha, una mezcla de combustible pobre con la adición de oxígeno no crea hollín, mientras que el color de la llama está determinado por las impurezas.

El color de la llama está determinado principalmente por la radiación térmica y la radiación de transiciones cuánticas.

Temperatura de la llama

La temperatura de ignición de la mayoría de los materiales sólidos es de 300°C. La temperatura de la llama de un cigarrillo encendido es de 700-800°C. En una cerilla, la temperatura de la llama es de 750-850 °C, mientras que 300 °C es la temperatura de ignición de la madera y la temperatura de combustión de la madera es de aproximadamente 800-1000 °C. La temperatura de combustión del propano-butano oscila entre 800 y 1970 °C. La temperatura de la llama del queroseno es de 800 °C, en un ambiente de oxígeno puro, de 2000 °C. La temperatura de combustión de la gasolina es de 1300-1400 °C. La temperatura de la llama del alcohol no supera los 900 °C. La temperatura de combustión del magnesio es de 2200 °C.

llama de vela

La llama habitual que observamos cuando arde una vela, la llama de un encendedor o una cerilla, es una corriente de gases calientes, extendida verticalmente debido a la fuerza de Arquímedes (los gases calientes tienden a elevarse hacia arriba). Primero, la mecha de la vela se calienta y la parafina comienza a evaporarse. La zona 1, la más baja, se caracteriza por un ligero resplandor azul: hay mucho combustible y poco oxígeno. Por tanto, la combustión incompleta del combustible se produce con la formación de CO, que, al oxidarse en el borde mismo del cono de llama, le da un color azul. Debido a la difusión, penetra más oxígeno en la zona 2; allí se produce una mayor oxidación del combustible; la temperatura es más alta que en la zona 1, pero aún no es suficiente para una combustión completa del combustible. Las zonas 1 y 2 contienen gotas de combustible no quemado y partículas de carbón. Debido al intenso calor, brillan. El combustible evaporado y sus productos de combustión (dióxido de carbono y agua) apenas brillan. En la zona 3, la concentración de oxígeno es aún mayor. Allí se queman las partículas de combustible no quemadas que brillaron en la zona 2, por lo que esta zona casi no brilla, aunque allí la temperatura es más alta.

Clasificación

Las llamas se clasifican según:

• estado de agregación sustancias inflamables: llama de reactivos gaseosos, líquidos, sólidos y en suspensión en el aire;
• radiación: luminosa, coloreada, incolora;
• estado del medio ambiente: combustible - oxidante: difusión, medios premezclados;
• la naturaleza del movimiento del medio de reacción: laminar, turbulento, pulsante;
• temperatura: frío, baja temperatura, alta temperatura;
• velocidades de propagación: lenta, rápida;
• altura: corta, larga;
• percepción visual: ahumada, transparente, coloreada.

En una llama de difusión laminar se pueden distinguir 3 zonas (cáscaras). Dentro del cono de llama se encuentran: zona oscura(300-350 °C), donde no se produce combustión por falta de oxidante; zona luminosa donde se produce la descomposición térmica del combustible y su combustión parcial (500-800 °C); zona apenas luminosa, que se caracteriza por la combustión final de los productos de descomposición del combustible y máx. temperatura (900-1500 °C). La temperatura de la llama depende de la naturaleza de la sustancia combustible y de la intensidad del suministro de oxidante.

La propagación de la llama a través de un medio premezclado (sin perturbaciones) se produce desde cada punto del frente de la llama normal a la superficie de la llama. El valor de dicho NSRP es la característica principal de un ambiente inflamable. Representa la velocidad de llama mínima posible. Los valores NSRP difieren para diferentes mezclas combustibles: de 0,03 a 15 m/s.

La propagación de llamas a través de mezclas reales de gas y aire siempre se complica por influencias perturbadoras externas causadas por la gravedad, flujos convectivos, fricción, etc. velocidades reales Los diferenciales de P. siempre difieren de los normales. Dependiendo de la naturaleza de la combustión, la velocidad de propagación del fuego es la siguiente. rangos de valores: con combustión por deflagración - hasta 100 m/s; durante la combustión explosiva - de 300 a 1000 m/s; durante la combustión por detonación - St. 1000m/s.

La llama de una vela encendida acompaña al hombre desde hace miles de años.

Llama oxidante

Ubicado en la parte superior y más caliente de la llama, donde las sustancias combustibles se convierten casi por completo en productos de combustión. En esta zona de la llama hay exceso de oxígeno y falta de combustible, por lo que las sustancias colocadas en esta zona se oxidan intensamente.

Llama restauradora

Esta es la parte de la llama más cercana al centro o justo debajo del centro de la llama. En esta zona de la llama hay mucho combustible y poco oxígeno para la combustión, por lo que si se introduce una sustancia que contiene oxígeno en esta parte de la llama, se le quita oxígeno a la sustancia.

Esto se puede ilustrar usando el ejemplo de la reacción de reducción del sulfato de bario BaSO 4 . Usando un bucle de platino, se toma BaSO 4 y se calienta en la parte reductora de la llama. quemador de alcohol. En este caso, se reduce el sulfato de bario y se forma sulfuro de bario BaS. Por eso se llama la llama restaurativo.

Solicitud

Las llamas (oxidantes y reductoras) se utilizan en química analítica, particularmente en la producción de perlas de colores para la rápida identificación de minerales y rocas, incluso en el campo, utilizando una cerbatana.

Llama en gravedad cero

Ver también

• Combustión, incluida la combustión sin llama.
• Análisis piroquímico - métodos de detección elementos quimicos por diferentes colores de llama.

Literatura

Tideman B. G., Sciborsky D. B. Química de la combustión. - L., 1935.

Combustión varios tipos El combustible suele ir acompañado de una llama. Las llamas son gases o vapores quemados. Para estudiar la estructura de una llama utilizaremos una vela. Encendámoslo y echemos un vistazo más de cerca. apariencia llama. En él se encuentran tres partes: la parte interior, oscura, adyacente a la mecha, un cono luminoso a su alrededor y una concha apenas perceptible en el exterior (Fig. 37). La mecha en sí no arde (solo arde su extremo doblado).

Arroz. 37. La estructura de la llama de una vela. a - cono interior "oscuro", b - cono luminoso medio, c - parte exterior de la llama

Examinemos la composición de cada parte de la llama. si en parte interior Inserte el extremo de un tubo de vidrio en la llama (Fig. 38), luego saldrá un humo blanquecino que podrá encenderse. Estos son vapores de parafina. Entonces, el cono oscuro interior de la llama está formado por vapor de parafina.

Lo depositaremos en poco tiempo objeto frío; por ejemplo, una taza de porcelana, en el medio de la llama hay un cono luminoso. La taza se llenará de humo y se cubrirá de hollín. Esto significa que el cono luminoso contiene carbono libre. Conocemos la composición del cono exterior de la llama de parafina; Estos son los productos finales de la combustión de parafina: vapor de agua y dióxido de carbono.

Insertemos brevemente una astilla en la llama, como se muestra en la Figura 39.

La astilla se carbonizará solo en aquellos lugares que se encuentran en el cono exterior. Esto significa que allí la temperatura de la llama es más alta.

¿De dónde viene el carbón en la parte media de la llama? Cuando acercas una cerilla encendida a la mecha, la parafina se derrite y comienza a evaporarse. Los vapores que salen de la mecha se encienden. Debido a la alta temperatura en el medio de la llama, se produce la destilación seca de la parafina: la descomposición de sus vapores en carbón y gases combustibles. Los gases se queman debido al aire que fluye hacia la llama desde abajo y, debido al calor liberado durante su combustión, las partículas de carbón se vuelven blancas y dan luminosidad a la llama. Dejarse llevar en parte exterior llama, estas partículas a su vez se queman formando dióxido de carbono, aquí se pierde la luminosidad de la llama y la temperatura aumenta aún más.

Si se sopla aire sobre la llama de una vela con un soplete o un tubo de vidrio, la llama casi no brilla y el hollín no se deposita en la taza de porcelana que se introduce en ella. Esto se explica por el hecho de que con un abundante flujo de aire, las partículas de carbón se queman rápidamente y no permanecen en la llama.

Las llamas también se forman en los fogones de las calderas.

1. Describe la estructura de una llama y los experimentos que se pueden utilizar para determinar la composición de sus partes. ¿Cuál tiene la temperatura de llama más alta?
2. * Si colocas una vela encendida luz del sol, luego, en el papel colocado detrás, aparecerá una sombra oscura precisamente de esa parte de la llama de la vela que brilla intensamente. ¿Por qué?
3. ¿Todas las sustancias se queman para formar una llama?
4. ¿Cómo hacer que una llama sea para no fumadores?

Cómo maldecir la oscuridad
Es mejor al menos encenderlo.
una vela pequeña.
Confucio

al principio

Los primeros intentos de comprender el mecanismo de combustión están asociados con los nombres del inglés Robert Boyle, el francés Antoine Laurent Lavoisier y el ruso Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Resultó que durante la combustión la sustancia no “desaparece” por ningún lado, como antes se creía ingenuamente, sino que se convierte en otras sustancias, en su mayoría gaseosas y, por tanto, invisibles. Lavoisier fue el primero en demostrar en 1774 que durante la combustión, aproximadamente una quinta parte del mismo se pierde del aire. Durante el siglo XIX, los científicos estudiaron en detalle los aspectos físicos y procesos quimicos, que acompaña a la combustión. La necesidad de realizar este tipo de trabajos se debió principalmente a incendios y explosiones en las minas.

Pero no fue hasta el último cuarto del siglo XX que se identificaron las principales reacciones químicas que acompañan a la combustión, y hasta el día de hoy queda mucho en la química de la llama. manchas oscuras. Son los más estudiados. métodos modernos en muchos laboratorios. Estos estudios tienen varios objetivos. Por un lado, es necesario optimizar los procesos de combustión en los hornos de las centrales térmicas y en los cilindros de los motores de combustión interna, para evitar una combustión explosiva (detonación) cuando se comprime una mezcla de aire y gasolina en el cilindro de un automóvil. Por otra parte, es necesario reducir el número sustancias nocivas formado durante el proceso de combustión y, al mismo tiempo, busque más medios efectivos extinguiendo el fuego.

Hay dos tipos de llama. El combustible y el oxidante (con mayor frecuencia oxígeno) se pueden suministrar forzada o espontáneamente a la zona de combustión por separado y mezclarse en la llama. O se pueden mezclar con anticipación; estas mezclas pueden arder o incluso explotar en ausencia de aire, como la pólvora, las mezclas pirotécnicas para fuegos artificiales y el combustible para cohetes. La combustión puede ocurrir tanto con la participación del oxígeno que ingresa a la zona de combustión con el aire como con la ayuda del oxígeno contenido en la sustancia oxidante. Una de estas sustancias es la sal de Berthollet (clorato de potasio KClO 3); esta sustancia cede fácilmente oxígeno. Un agente oxidante fuerte es el ácido nítrico HNO 3: en su forma pura enciende muchos materia organica. nitratos, sales ácido nítrico(por ejemplo, en forma de fertilizante: nitrato de potasio o amonio), son fácilmente inflamables si se mezclan con sustancias inflamables. Otro potente oxidante, el tetróxido de nitrógeno N 2 O 4, es un componente del combustible para cohetes. El oxígeno también puede ser sustituido por agentes oxidantes fuertes como el cloro, en el que arden muchas sustancias, o el flúor. El flúor puro es uno de los agentes oxidantes más poderosos; el agua arde en su corriente.

Reacciones en cadena

Las bases de la teoría de la combustión y la propagación de la llama se sentaron a finales de los años 20 del siglo pasado. Como resultado de estos estudios, ramificados reacciones en cadena. Por este descubrimiento fueron premiados el químico físico ruso Nikolai Nikolaevich Semenov y el investigador inglés Cyril Hinshelwood. Premio Nobel en química. Las reacciones en cadena no ramificadas más simples fueron descubiertas en 1913 por el químico alemán Max Bodenstein utilizando el ejemplo de la reacción del hidrógeno con el cloro. La reacción total se expresa ecuación simple H2 + Cl2 = 2HCl. De hecho, se trata de fragmentos de moléculas muy activos, los llamados radicales libres. Bajo la influencia de la luz en las regiones ultravioleta y azul del espectro o a altas temperaturas, las moléculas de cloro se desintegran en átomos, que inician una larga (a veces hasta un millón de eslabones) cadena de transformaciones; Cada una de estas transformaciones se llama reacción elemental:

Cl + H 2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl, etc.

En cada etapa (eslabón de reacción), un centro activo (átomo de hidrógeno o cloro) desaparece y al mismo tiempo aparece un nuevo centro activo que continúa la cadena. Las cadenas se rompen cuando dos especies activas se encuentran, por ejemplo Cl + Cl → Cl 2. Cada cadena se propaga muy rápidamente, por lo que si genera partículas activas "iniciales" con alta velocidad, la reacción será tan rápida que puede provocar una explosión.

N. N. Semenov y Hinshelwood descubrieron que las reacciones de combustión de los vapores de fósforo e hidrógeno se desarrollan de manera diferente: la más mínima chispa o llama abierta Puede provocar una explosión incluso a temperatura ambiente. Estas reacciones son reacciones de cadena ramificada: las partículas activas se “multiplican” durante la reacción, es decir, cuando una partícula activa desaparece, aparecen dos o tres. Por ejemplo, en una mezcla de hidrógeno y oxígeno, que puede almacenarse de forma segura durante cientos de años, si no influencias externas, la aparición de átomos de hidrógeno activos por una razón u otra desencadena el siguiente proceso:

H + O 2 → OH + O,
O + H 2 → OH + H.

Así, en un período de tiempo insignificante, una partícula activa (átomo de H) se convierte en tres (un átomo de hidrógeno y dos radicales hidroxilo OH), que ya lanzan tres cadenas en lugar de una. Como resultado, el número de cadenas crece como una avalancha, lo que conduce instantáneamente a una explosión de la mezcla de hidrógeno y oxígeno, ya que en esta reacción se libera mucha energía térmica. Los átomos de oxígeno están presentes en las llamas y en la combustión de otras sustancias. Se pueden detectar si diriges la transmisión. aire comprimido a lo largo de la parte superior de la llama del quemador. Al mismo tiempo, se detectará en el aire un olor característico a ozono: estos son átomos de oxígeno que se "pegan" a las moléculas de oxígeno para formar moléculas de ozono: O + O 2 = O 3, que fueron sacados de la llama por el aire frío. .

La posibilidad de una explosión de una mezcla de oxígeno (o aire) con muchos gases inflamables (hidrógeno, monóxido de carbono, metano, acetileno) depende de las condiciones, principalmente de la temperatura, composición y presión de la mezcla. Entonces, si como resultado de una fuga de gas doméstico en la cocina (se compone principalmente de metano), su contenido en el aire excede el 5%, entonces la mezcla explotará por la llama de una cerilla o un encendedor, e incluso por una pequeña chispa que se cuela por el interruptor al encender la luz. No habrá explosión si las cadenas se rompen más rápido de lo que pueden ramificarse. Por eso la lámpara para mineros, que el químico inglés Humphry Davy desarrolló en 1816, sin saber nada de la química de la llama, era segura. En esta lámpara, la llama abierta estaba aislada de la atmósfera exterior (que podría ser explosiva) con una gruesa malla metálica. En la superficie del metal, las partículas activas desaparecen efectivamente, convirtiéndose en moléculas estables y, por lo tanto, no pueden penetrar en el ambiente externo.

El mecanismo completo de las reacciones de cadena ramificada es muy complejo y puede incluir más de cien reacciones elementales. Muchas reacciones de oxidación y combustión de compuestos orgánicos e inorgánicos son reacciones de cadena ramificada. Lo mismo ocurrirá con la reacción de fisión de núcleos de elementos pesados, por ejemplo plutonio o uranio, bajo la influencia de neutrones, que actúan como análogos de partículas activas en reacciones químicas. Al penetrar en el núcleo de un elemento pesado, los neutrones provocan su fisión, que va acompañada de la liberación de una energía muy elevada; Al mismo tiempo, el núcleo emite nuevos neutrones, que provocan la fisión de los núcleos vecinos. Los procesos químicos y nucleares de cadena ramificada se describen mediante modelos matemáticos similares.

¿Qué necesitas para empezar?

Para que comience la combustión se deben cumplir una serie de condiciones. En primer lugar, la temperatura de la sustancia inflamable debe exceder un cierto valor límite, que se denomina temperatura de ignición. La famosa novela de Ray Bradbury Fahrenheit 451 se llama así porque aproximadamente a esta temperatura (233°C) el papel se incendia. Es la “temperatura de ignición” por encima de la cual los combustibles sólidos liberan vapores inflamables o productos de descomposición gaseosos en cantidades suficientes para su combustión estable. La temperatura de ignición de la madera de pino seca es aproximadamente la misma.

La temperatura de la llama depende de la naturaleza de la sustancia combustible y de las condiciones de combustión. Así, la temperatura en una llama de metano en el aire alcanza los 1900°C, y cuando se quema en oxígeno, 2700°C. Una llama aún más caliente se produce mediante la combustión de hidrógeno (2800°C) y acetileno (3000°C) en oxígeno puro. No es de extrañar que la llama de un soplete de acetileno corte fácilmente casi cualquier metal. Lo mismo temperatura alta, aproximadamente 5000°C (está registrado en el Libro Guinness de los Récords), cuando se quema en oxígeno, produce un líquido de bajo punto de ebullición: el subnitruro de carbono C 4 N 2 (esta sustancia tiene la estructura del dicianoacetileno NC–C=C–CN ). Y según algunas informaciones, cuando arde en una atmósfera de ozono, la temperatura puede alcanzar hasta 5700°C. Si este líquido se prende fuego en el aire, arderá con una llama roja y humeante con un borde verde violeta. Por otro lado, también se conocen las llamas frías. Por ejemplo, se queman cuando bajas presiones vapor de fósforo. También se obtiene una llama relativamente fría durante la oxidación en ciertas condiciones disulfuro de carbono e hidrocarburos ligeros; por ejemplo, el propano produce una llama fría a presión reducida y temperaturas entre 260 y 320 °C.

Sólo en el último cuarto del siglo XX comenzó a aclararse el mecanismo de los procesos que ocurren en las llamas de muchas sustancias combustibles. Este mecanismo es muy complejo. Las moléculas originales suelen ser demasiado grandes para reaccionar directamente con el oxígeno y formar productos de reacción. Por ejemplo, la combustión de octano, uno de los componentes de la gasolina, se expresa mediante la ecuación 2C 8 H 18 + 25 O 2 = 16 CO 2 + 18 H 2 O. Sin embargo, los 8 átomos de carbono y los 18 átomos de hidrógeno en una La molécula de octano no puede combinarse simultáneamente con 50 átomos de oxígeno: para ello el conjunto debe romperse. enlaces químicos y se formarán muchos nuevos. La reacción de combustión se produce en muchas etapas, de modo que en cada etapa sólo se rompe y se forma un pequeño número de enlaces químicos, y el proceso consta de muchas reacciones elementales que ocurren secuencialmente, cuya totalidad aparece ante el observador como una llama. Es difícil estudiar reacciones elementales principalmente porque las concentraciones de partículas intermedias reactivas en la llama son extremadamente pequeñas.

Dentro de la llama

Detección óptica diferentes áreas Las llamas con láser permitieron establecer la composición cualitativa y cuantitativa de las partículas activas allí presentes: fragmentos de moléculas de una sustancia combustible. Resultó que incluso en la reacción aparentemente simple de combustión de hidrógeno en oxígeno 2H 2 + O 2 = 2H 2 O, ocurren más de 20 reacciones elementales con la participación de moléculas O 2, H 2, O 3, H 2 O 2. , H 2 O, partículas activas N, O, OH, PERO 2. Esto es, por ejemplo, lo que el químico inglés Kenneth Bailey escribió sobre esta reacción en 1937: “La ecuación para la reacción del hidrógeno con el oxígeno es la primera ecuación con la que se familiarizan la mayoría de los principiantes en química. Esta reacción les parece muy sencilla. Pero incluso los químicos profesionales se sorprenden un poco al ver un libro de cien páginas titulado “La reacción del oxígeno con el hidrógeno”, publicado por Hinshelwood y Williamson en 1934. A esto podemos agregar que en 1948 se publicó una monografía mucho más amplia escrita por A. B. Nalbandyan y V. V. Voevodsky titulada “El mecanismo de oxidación y combustión del hidrógeno”.

Los métodos de investigación modernos han hecho posible estudiar las etapas individuales de tales procesos, medir la velocidad con la que varias partículas activas reaccionan entre sí y con moléculas estables cuando diferentes temperaturas. Conociendo el mecanismo de las etapas individuales del proceso, es posible "ensamblar" todo el proceso, es decir, simular una llama. La complejidad de dicho modelado radica no solo en estudiar todo el complejo de elementos elementales. reacciones quimicas, pero también la necesidad de tener en cuenta los procesos de difusión de partículas, transferencia de calor y corrientes de convección en la llama (son estas últimas las que crean el fascinante juego de lenguas de un fuego ardiente).

¿De dónde viene todo?

El principal combustible de la industria moderna son los hidrocarburos, desde el más simple, el metano, hasta los hidrocarburos pesados, que se encuentran en el fueloil. La llama incluso del hidrocarburo más simple, el metano, puede implicar hasta cien reacciones elementales. Sin embargo, no todos ellos han sido estudiados con suficiente detalle. Cuando los hidrocarburos pesados, como los que se encuentran en la parafina, se queman, sus moléculas no pueden llegar a la zona de combustión sin permanecer intactas. Incluso al acercarse a la llama, debido a la alta temperatura, se partían en fragmentos. En este caso, los grupos que contienen dos átomos de carbono generalmente se separan de las moléculas, por ejemplo C 8 H 18 → C 2 H 5 + C 6 H 13. Las especies activas con un número impar de átomos de carbono pueden abstraer átomos de hidrógeno, formando compuestos con enlaces dobles C=C y triples C≡C. Se descubrió que en una llama tales compuestos pueden entrar en reacciones que los químicos no conocían anteriormente, ya que no ocurren fuera de la llama, por ejemplo C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → CO 2 + H + N.

La pérdida gradual de hidrógeno por las moléculas iniciales conduce a un aumento en la proporción de carbono en ellas, hasta que se forman las partículas C 2 H 2, C 2 H, C 2. La zona de llama azul-azul se debe al brillo de partículas excitadas de C 2 y CH en esta zona. Si el acceso de oxígeno a la zona de combustión es limitado, entonces estas partículas no se oxidan, sino que se recogen en agregados: se polimerizan según el esquema C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H. + C 4 H 2 → C 6 H 2 + N, etc.

El resultado son partículas de hollín compuestas casi exclusivamente de átomos de carbono. Tienen forma de pequeñas bolas con un diámetro de hasta 0,1 micrómetros y contienen aproximadamente un millón de átomos de carbono. Estas partículas a altas temperaturas dan una llama muy luminosa. amarillo. En la parte superior de la llama de la vela, estas partículas arden, por lo que la vela no fuma. Si se produce una mayor adhesión de estas partículas de aerosol, se forman partículas de hollín más grandes. Como resultado, la llama (por ejemplo, al quemar caucho) produce humo negro. Este humo aparece si aumenta la proporción de carbono con respecto al hidrógeno en el combustible original. Un ejemplo es la trementina, una mezcla de hidrocarburos con la composición C 10 H 16 (C n H 2n–4), benceno C 6 H 6 (C n H 2n–6) y otros líquidos inflamables con falta de hidrógeno, todos muchos de ellos fuman al quemarse. La combustión del acetileno C 2 H 2 (C n H 2n–2) en el aire produce una llama humeante y brillantemente luminosa; Érase una vez, esta llama se usaba en linternas de acetileno montadas en bicicletas y automóviles, así como en lámparas de minero. Y viceversa: hidrocarburos con un alto contenido de hidrógeno: metano CH 4, etano C 2 H 6, propano C 3 H 8, butano C 4 H 10 ( fórmula general C n H 2n+2) - quemar con suficiente acceso de aire con una llama casi incolora. Una mezcla de propano y butano en forma de líquido a baja presión se encuentra en los encendedores, así como en las bombonas utilizadas por los veraneantes y turistas; Los mismos cilindros se instalan en los automóviles que funcionan con gasolina. Más recientemente, se descubrió que el hollín a menudo contiene moléculas esféricas compuestas por 60 átomos de carbono; fueron llamados fullerenos, y el descubrimiento de este nueva forma El carbono recibió el Premio Nobel de Química en 1996.

Tipos de combustible. Quema de combustible- una de las fuentes de energía más comunes utilizadas por los humanos.

Hay varios tipos de combustible según estado de agregación: combustible sólido, combustible líquido y combustible gaseoso. En consecuencia, podemos dar ejemplos: el combustible sólido es el coque, el carbón, el combustible líquido es el petróleo y sus productos (queroseno, gasolina, petróleo, fueloil, el combustible gaseoso son los gases (metano, propano, butano, etc.)

Un parámetro importante cada tipo de combustible es su valor calorífico, lo que, en muchos casos, determina la dirección del uso del combustible.

Valor calorífico- esta es la cantidad de calor que se libera durante la combustión de 1 kg (o 1 m 3) de combustible a una presión de 101,325 kPa y 0 0 C, es decir, en condiciones normales. valor calorífico expresado en unidades de kJ/kg (kilojulio por kg). Naturalmente, diferentes tipos

Combustibles con diferentes poderes caloríficos: Lignito - 25550 Carbón - 33920

• Turba - 23900
• queroseno - 35000
• árbol - 18850
• gasolina - 46000

Se puede observar que el metano de los combustibles enumerados anteriormente tiene el poder calorífico más alto.

Para obtener el calor contenido en el combustible es necesario calentarlo hasta su temperatura de ignición y, por supuesto, en presencia de una cantidad suficiente de oxígeno. En el proceso de una reacción química (combustión) se libera. gran número

calor. Cómo se quema el carbón. El carbón se calienta y brilla bajo la influencia del oxígeno, formando monóxido de carbono (IV), es decir, CO 2 (o dióxido de carbono). Luego CO 2 en capa superior Las brasas reaccionan nuevamente con el carbón, lo que resulta en la formación de un nuevo compuesto químico - monóxido de carbono (II) o CO - monóxido de carbono

. Pero esta sustancia es muy activa y tan pronto como aparece una cantidad suficiente de oxígeno en el aire, la sustancia CO arde con una llama azul para formar el mismo dióxido de carbono. Probablemente alguna vez te hayas preguntado ¿qué es? temperatura de la llama ?! De todos es sabido que, por ejemplo, para llevar a cabo algunas reacciones químicas es necesario calentar los reactivos. Para tales fines, los laboratorios utilizan un quemador de gas que funciona con gas natural teniendo un maravilloso valor calorífico . Al quemar combustible, gas, la energía química de la combustión se convierte en energía termal . Para quemador de gas

La llama se puede representar así:

El punto más alto de la llama es uno de los lugares más calientes de la llama. La temperatura en este punto es de aproximadamente 1540 0 C - 1550 0 C