Жалын – газ тәрізді ыстық ортаның жарқырауынан пайда болатын құбылыс. Кейбір жағдайларда оның құрамында дисперсті қатты заттар және (немесе) плазма бар, оларда физикалық және химиялық сипаттағы реагенттердің трансформациясы жүреді. Бұл өзін-өзі жылытуға, жылу шығаруға және жарқырауға әкеледі. Жалынның газ ортасы зарядталған бөлшектерден тұрады - радикалдар мен иондар. Бұл жалынның электр өткізгіштігінің болуын және оның электромагниттік өрістермен әрекеттесуін түсіндіреді. Электромагниттік сәулеленуді пайдалана отырып, өртті сөндіруге, оның пішінін өзгертуге немесе оны жанғыш материалдардан жыртуға болатын құрылғылар осы принцип бойынша жасалған.
Жалын түрлері
Оттың жарқырауы екі түрге бөлінеді:
- жарықсыз;
- жарқыраған.
Әрбір дерлік жарқырау адамның көзіне көрінеді, бірақ әрқайсысының сәуле шығару қабілеті жоқ қажетті мөлшержарық ағыны.
Жалынның жарқырауы келесі факторлармен анықталады.
- Температура.
- Реакцияға қатысатын газдардың тығыздығы мен қысымы.
- Қатты заттың болуы.
Жарқыраудың ең көп тараған себебі бұл жалынның құрамында қатты заттың болуы.
Көптеген газдар әлсіз жарық немесе жарықсыз жалынмен жанады. Олардың ішінде ең көп таралғаны күкіртті сутегі (жалын көк түсжану кезіндегідей), аммиак (ақшыл сары), метан, көміртек тотығы (ақшыл көк жалын), сутегі. Кейбір ұшпа сұйықтықтардың булары әрең жарқыраған жалынмен (спирт және күкіртті көміртек) жанады, ал ацетон мен эфирдің жалыны көміртектің аздап бөлінуінен аздап түтінге айналады.
Әртүрлі жанғыш булар мен газдар үшін жалын температурасы бірдей емес. Сондай-ақ температура бірдей емес әртүрлі бөліктержалын, ал толық жану аймағында жоғары температура болады.
Жанған кезде жанғыш заттың белгілі бір мөлшері белгілі бір мөлшерде жылу бөледі. Егер заттың құрылымы белгілі болса, онда пайда болатын жану өнімдерінің көлемі мен құрамын есептеуге болады. Ал егер сіз бұл заттардың меншікті жылуын білсеңіз, онда сіз оны есептей аласыз максималды температуражалын жетеді деп.
Есте сақтау керек, егер зат ауада жанса, реакцияға түсетін оттегінің әрбір көлемі үшін инертті азоттың төрт көлемі болады. Ал жалынның құрамында азот болғандықтан, ол реакция кезінде бөлінетін жылумен қызады. Осыған сүйене отырып, жалын температурасы жану өнімдері мен азот температурасынан тұрады деген қорытынды жасауға болады.
Температураны дәл анықтау мүмкін емес, бірақ оны шамамен жасауға болады, өйткені меншікті жылутемператураға байланысты өзгереді.
Мұнда әртүрлі материалдардағы ашық от температурасының кейбір көрсеткіштері берілген.
Шамның жалыны
Шам, сіріңке немесе шақпақ жанған кезде әрбір адам бақылай алатын жалын Архимедтің күші арқасында тігінен жоғары қарай тартылатын ыстық газдар ағыны болып табылады. Шамның шамы алдымен қызады және парафин булана бастайды. Ең төменгі бөлігі аздап көгілдір жарқыраумен сипатталады - оттегі аз және жанармай көп. Осыған байланысты отын толық жанбайды және көміртегі тотығы пайда болады, ол жалын конусының ең шетінде тотыққанда оны береді. көк.
Диффузияға байланысты орталыққа аздап көбірек оттегі енеді. Онда отынның кейінгі тотығуы жүреді және температура көтеріледі. Бірақ бұл отынның толық жануы үшін жеткіліксіз. Төменгі және ортасында көмір бөлшектері баржәне жанбаған тамшылар. Олар қарқынды жылу әсерінен жарқырайды. Бірақ буланған отын, сондай-ақ жану өнімдері, су және көмірқышқыл газыіс жүзінде жарқырамайды. Ең жоғарғы жағында оттегінің ең жоғары концентрациясы бар. Онда орталықта жарқыраған жанбаған бөлшектер жанып жатыр. Дәл осы себепті бұл аймақ температура ең жоғары болса да, іс жүзінде жарқырамайды.
Оттың жарқырауы келесідей жіктеледі.
Диффузды ламинарлы жалында үш қабық (аймақ) ерекшеленеді. Жалын конусының ішінде:
- тотықтырғыштың аз мөлшеріне байланысты жану болмайтын қараңғы аймақ - 300−350 градус;
- жанармайдың термиялық ыдырауы орын алатын және ішінара жанып кететін жарық аймағы - 500−800 градус;
- аймақ аздап жарқыраған, онда отынның ыдырау өнімдері ақырында жанып, 900-1500 градус максималды температураға жетеді.
Жалынның температуралық параметрі тотықтырғыштың берілу қарқындылығына және жанғыш заттың табиғатына байланысты. Жалын алдын ала араластырылған орта арқылы таралады. Таралу фронттың әрбір нүктесінен нормаль бойымен жүредіжалынның бетіне.
Нақты өмірдегі газ-ауа қоспаларында таралу әрқашан үйкеліс, конвективтік ағындар, ауырлық және басқа факторлар әсерінен болатын алаңдататын сыртқы әсерлермен қиындайды.
Осыған байланысты нақты таралу жылдамдығы әрқашан әдеттегіден ерекшеленеді. Таралу жылдамдығының сипатына байланысты келесі диапазондар бөлінеді:
- Детонациялық жану кезінде - секундына 1000 метрден астам.
- Жарылыспен - 300−1000.
- Дефлаграциямен - 100-ге дейін.
Тотықтырғыш жалын
Ол ең жоғары температураға ие өрттің ең жоғарғы бөлігінде орналасқан. Бұл аймақта жанғыш заттар толығымен дерлік жану өнімдеріне айналады. Жанармай жетіспейді, оттегі артық . Дәл осы себепті заттар, бұл аймаққа орналастырылған, қарқынды тотығады.
Қалпына келтіретін жалын
Бұл бөлік орталыққа ең жақын немесе оның астында орналасқан. Жану үшін оттегі аз, отын көп. Бұл аймаққа құрамында оттегі бар зат енгізілсе, ол заттан алынады.
Шақпақтағы өрт температурасы
Шақпақ - бұл от шығаруға арналған портативті құрылғы. Қолданылатын отынға байланысты ол бензин немесе газ болуы мүмкін. Өз отыны жоқ оттықтар да бар. Олар газ плитасын жағуға арналған. Жоғары сапалы турбо оттық - салыстырмалы түрде күрделі құрылғы. Ондағы өрт температурасы 1300 градусқа жетуі мүмкін.
Жалынның химиялық құрамы және түсі
Қалта оттықтарында шағын өлшем, бұл оларды еш қиындықсыз тасымалдауға мүмкіндік береді. Үстел шамын табу өте сирек. Өйткені, олардың арқасында үлкен өлшемдертасымалдауға арналмаған. Олардың дизайндары әртүрлі. Камин шамдары бар. Олардың қалыңдығы мен ені аз, бірақ жеткілікті ұзын.
Бүгінгі күні жарнамалық оттықтар танымал болып келеді. Үйде электр жарығы жоқ болса, оны өртеу мүмкін емес. газ плитасы. Нәтижесінде газ тұтанады электр доғасы. Бұл оттықтардың артықшылықтары келесі қасиеттер болып табылады.
- Дизайндың беріктігі мен қарапайымдылығы.
- Жылдам және сенімді газды тұтану.
Қазіргі заманғы шақпақ тастан жасалған алғашқы шақпақ Австрияда 1903 жылы барон Карл Ауэр фон Вельсбахтың ферроцерий қорытпасын ойлап тапқаннан кейін жасалды.
Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде оттықтардың дамуы жеделдеді. Сарбаздар қараңғыда жолды көру үшін сіріңке қолдана бастады, бірақ олардың орналасқан жері тұтанған кездегі қатты жарқыл арқылы анықталды. Айтарлықтай жарқылсыз оттың қажеттілігі оттықтардың дамуына түрткі болды.
Ол кезде шақпақ тасты оттық шығаруда көшбасшылар Германия мен Австрия болды. Көптеген темекі шегетіндердің қалтасынан табылған от шығаруға арналған мұндай портативті құрылғыны дұрыс ұстамаған жағдайда көптеген қауіптер болуы мүмкін.
Шақпақ жұмыс кезінде айналасына ұшқын шашпауы керек. Өрт тұрақты және біркелкі болуы керек. Қалталық оттықтардағы өрт температурасы шамамен 800-1000 градусқа жетеді. Қызыл түсті немесе қызғылт сары түстіқызып кететін көміртек бөлшектерінен туындайды. Тұрмыстық оттықтар мен турбо оттықтар үшін негізінен оңай жанатын және иіссіз және түссіз бутан газы қолданылады. Бутанды мұнайды және оның фракцияларын жоғары температурада өңдеу арқылы алады. Бутан жанғыш көмірсутек болып табылады, бірақ ол заманауи жеңіл конструкцияларда мүлдем қауіпсіз.
Мұндай оттықтар күнделікті өмірде өте пайдалы. Олар кез келген жанғыш материалды өртеп жібере алады. Турбо оттықтар жиынтығы үстелге арналған тұғырды қамтиды. Жалынның түсі жанғыш материалға және жану температурасына байланысты. Өрттің немесе Каминнің жалыны негізінен бар алуан түрлі көрініс . Ағаштың жану температурасы шырағданның жану температурасынан төмен. Оттың түсі сары емес, қызғылт сары болатыны осыдан.
Мыс, натрий және кальций жоғары температурада әртүрлі түстермен жарқырайды.
Электр оттығы 1770 жылы ойлап табылған. Онда электрофор аппаратының ұшқынынан сутегі ағыны тұтанған. Біршама уақыттан кейін бензин оттықтарыыңғайлырақ газға жол берді. Оларда батарея болуы керек - энергия көзі.
Жақында сенсорлық оттықтар пайда болды, оларда жоқ механикалық әсерәсерінен газ тұтанады сенсорлық сенсор. Қалта түріндегі сенсорлы оттықтар. Негізінде, оларда жарнамалық типтегі ақпарат бар, олар төсеніш немесе жібек экранды басып шығару арқылы басып шығарылады.
Оны мақаланы пішімдеу ережелеріне сәйкес пішімдеңіз.
Жалын- кейбір жағдайларда құрамында плазма және/немесе дисперсті қатты заттар бар ыстық газ тәріздес ортаның жарқырауынан туындайтын құбылыс, онда реагенттердің физика-химиялық түрленулері жүреді, жарқырауға, жылудың бөлінуіне және өздігінен қызуына әкеледі.
Жалынның газ тәрізді ортасында жалынның электр өткізгіштігінің болуын және оның электромагниттік өрістермен әрекеттесуін анықтайтын зарядталған бөлшектер (иондар, радикалдар) болады. Осы принцип бойынша электромагниттік сәулеленуді пайдалана отырып, жалынды сөндіретін, оны жанғыш материалдардан жұлып алатын немесе пішінін өзгертетін құрылғылар жасалған.
Суды балауызбен араластырғанда әсері
Жалын түсі
Бунсен оттығының әртүрлі түрі оттегінің жеткізілуіне байланысты. Сол жақта бай отын қоспасыоттегімен алдын ала араласпай, оң жақта сары, түтін, шашыраңқы жалынмен жанады, оттегі қосылған майсыз отын қоспасы күйе түзбейді, ал жалынның түсі қоспалармен анықталады.
Жалынның түсі ең алдымен термиялық сәулеленумен және кванттық ауысулардың сәулеленуімен анықталады.
Жалын температурасы
Көптеген қатты материалдар үшін тұтану температурасы 300 ° C құрайды. Жанып тұрған темекідегі жалын температурасы 700-800°С. Сіріңкеде жалын температурасы 750-850 °C, ал 300 °C ағаштың тұтану температурасы, ал ағаштың жану температурасы шамамен 800-1000 °C болады. Пропан-бутанның жану температурасы 800-ден 1970 ° C-қа дейін. Керосиннің жалын температурасы 800, таза оттегі ортасында - 2000 °C. Бензиннің жану температурасы 1300-1400 °C. Алкогольдің жалын температурасы 900 ° C аспайды. Магнийдің жану температурасы 2200 °C.
Шамның жалыны
Шам жанған кезде біз байқайтын әдеттегі жалын, шақпақ немесе сіріңкенің жалыны - бұл Архимед күшінің әсерінен тігінен созылған ыстық газдар ағыны (ыстық газдар жоғары қарай көтеріледі). Біріншіден, шам фитиль қызады және парафин булана бастайды. 1-аймақ, ең төменгі, аздап көгілдір жарқыраумен сипатталады - жанармай көп және оттегі аз. Сондықтан отынның толық емес жануы СО түзілуімен жүреді, ол жалын конусының ең шетінде тотықтыра отырып, оған көк түс береді. Отынның одан әрі тотығуы диффузияға байланысты 2 аймаққа көбірек енеді, бірақ ол отынның толық жануы үшін әлі де жеткіліксіз; 1 және 2 аймақта жанбаған отын тамшылары мен көмір бөлшектері бар. Қарқынды жылудың арқасында олар жарқырайды. Буланған отын және оның жану өнімдері – көмірқышқыл газы мен су әрең жарқырайды. 3-аймақта оттегінің концентрациясы одан да жоғары. Онда 2-аймақта жарқыраған жанбаған отын бөлшектері жанып кетеді, сондықтан бұл аймақ температура ең жоғары болса да, жанбайды.
Классификация
Жалындар келесі белгілер бойынша жіктеледі:
- біріктіру жағдайыжанғыш заттар: газ тәрізді, сұйық, қатты және ауадағы реагенттердің жалыны;
- сәулелену: жарқыраған, түсті, түссіз;
- қоршаған ортаның жағдайы: отын – тотықтырғыш: диффузиялық, алдын ала араластырылған орта;
- реакция ортасының қозғалыс сипаты: ламинарлы, турбулентті, пульсирленген;
- температура: суық, төмен температура, жоғары температура;
- таралу жылдамдығы: баяу, жылдам;
- биіктігі: қысқа, ұзын;
- көрнекі қабылдау: түтін, мөлдір, түрлі-түсті.
Ламинарлы диффузиялық жалында 3 аймақты (қабықшаларды) ажыратуға болады. Жалын конусының ішінде мыналар бар: қараңғы аймақ(300−350 °C), онда тотықтырғыштың жетіспеушілігінен жану болмайды; отынның термиялық ыдырауы және оның ішінара жануы (500−800 °C) болатын жарық аймағы; әрең жарық аймағы, ол отынның ыдырау өнімдерінің соңғы жануымен сипатталады және макс. температура (900−1500 °C). Жалын температурасы жанғыш заттың табиғатына және тотықтырғыштың берілу қарқындылығына байланысты.
Алдын ала араласқан орта арқылы жалынның таралуы (бұзылмай) жалын бетінің қалыпты әрбір нүктесінен жалын бетіне дейін жүреді. Мұндай NSRP мәні жанғыш ортаның негізгі сипаттамасы болып табылады. Ол ең аз мүмкін болатын жалын жылдамдығын білдіреді. NSRP мәндері әртүрлі жанғыш қоспалар үшін ерекшеленеді - 0,03-тен 15 м/с дейін.
Жалынның нақты өмірдегі газ-ауа қоспалары арқылы таралуы әрқашан ауырлық күші, конвективтік ағындар, үйкеліс және т.б. әсерінен болатын сыртқы әсерлерден қиындайды. нақты жылдамдықтарП.-ның таралулары әрқашан қалыптыдан ерекшеленеді. Жану сипатына байланысты өрттің таралу жылдамдығы келесідей болады. мәндер диапазондары: дефлаграционды жану кезінде - 100 м/с дейін; жарылыс қаупі бар жану кезінде - 300-ден 1000 м/с дейін; детонациялық жану кезінде - St. 1000 м/с.
Жанып тұрған шамның жалыны мыңдаған жылдар бойы адаммен бірге болды.
Тотықтырғыш жалын
Жанғыш заттар толығымен дерлік жану өнімдеріне айналатын жалынның жоғарғы, ең ыстық бөлігінде орналасқан. Жалынның бұл аймағында оттегінің артық мөлшері және отынның жетіспеушілігі бар, сондықтан бұл аймаққа орналастырылған заттар қарқынды тотығады.
Қалпына келтіретін жалын
Бұл жалынның ортасына жақын немесе жалын ортасынан сәл төмен орналасқан бөлігі. Жалынның бұл аймағында отын көп және жану үшін аз оттегі бар, сондықтан жалынның осы бөлігіне құрамында оттегі бар затты енгізсеңіз, оттегі заттан алынады.
Мұны барий сульфатының BaSO 4 қалпына келтіру реакциясының мысалы арқылы көрсетуге болады. Платина контурын пайдаланып, BaSO 4 алынады және жалынның қалпына келтіретін бөлігінде қыздырылады алкогольді қыздырғыш. Бұл жағдайда барий сульфаты тотықсызданып, барий сульфиді BaS түзіледі. Сондықтан жалын деп аталады қалпына келтіретін.
Қолданба
Жалындар (тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш) аналитикалық химияда, әсіресе минералдарды жылдам анықтау үшін түрлі-түсті інжу-маржандарды өндіруде қолданылады. тастар, соның ішінде далада, үрлеу құбырын пайдалану.
Нөлдік ауырлықтағы жалын
Сондай-ақ қараңыз
- Жану, оның ішінде жалынсыз жану.
- Пирохимиялық талдау – анықтау әдістері химиялық элементтерәртүрлі жалын түстерімен.
Әдебиет
Тидеман B. G., Sciborsky D. B.Жану химиясы. - Л., 1935 ж.
Жану әртүрлі түрлеріотын әдетте жалынмен бірге жүреді. Жалын - бұл жанып тұрған газдар немесе булар. Жалынның құрылымын зерттеу үшін біз шамды қолданамыз. Оны жағып, жақынырақ қарайық сыртқы түріжалын. Оның ішінде үш бөлік кездеседі: фитильге іргелес ішкі, күңгірт бөлік, оның айналасында жарқыраған конус және сыртында әрең байқалатын қабық (37-сурет). Фитильдің өзі жанбайды (тек иілген ұшы күйіп кетеді).
Күріш. 37. Шам жалынының құрылымы. а - ішкі «қараңғы» конус, б - ортаңғы жарық конус, в - жалынның сыртқы бөлігі
Жалынның әрбір бөлігінің құрамын қарастырайық. Егер кірсе ішкі бөлігіШыны түтіктің ұшын жалынға салыңыз (Cурет 38), содан кейін ол арқылы ақшыл түтін шығады, оны тұтандыруға болады. Бұл парафиндік булар. Сонымен, жалынның ішкі қараңғы конусы парафин буынан пайда болады.
Біз оны депозитке саламыз қысқа уақытсуық зат; мысалы, фарфор кесе, жалынның ортаңғы бөлігінде - жарқыраған конус. Кесе түтін болып, күйе басылады. Бұл жарық конустың құрамында бос көміртегі бар екенін білдіреді. Парафиндік жалынның сыртқы конусының құрамы бізге белгілі; Бұл парафиннің жануының соңғы өнімдері - су буы және көмірқышқыл газы.
39-суретте көрсетілгендей жалынға қысқаша кесіндіні енгізейік.
Бөлшек тек сыртқы конуста болатын жерлерде ғана күйіп кетеді. Бұл жалын температурасы ондағы ең жоғары дегенді білдіреді.
Жалынның ортаңғы бөлігіндегі көмір қайдан келеді? Шамға жанып тұрған сіріңке әкелгенде, парафин еріп, булана бастайды. Фитильден көтерілген булар тұтанады. Жалынның ортаңғы бөлігінде жоғары температураға байланысты парафиннің құрғақ дистилляциясы орын алады - оның буының көмірге және жанғыш газдарға ыдырауы. Газдар төменнен жалынға түсетін ауаның әсерінен жанады, ал олардың жануы кезінде бөлінетін жылу әсерінен көмір бөлшектері ақ-қызып, жалынға жарықтық береді. Ішке кіріп кету сыртқы бөлігіжалын, бұл бөлшектер өз кезегінде көмірқышқыл газына жанады, мұнда жалынның жарқырауы жоғалады және температура одан да жоғарылайды.
Шамның жалынына үрлейтін шамның немесе шыны түтіктің көмегімен ауа үрленсе, жалын дерлік жарықтанбайды және оған әкелінген фарфор кесеге күйе түспейді. Бұл ауаның мол ағынымен көмір бөлшектерінің тез жанып, жалында ұзаққа созылмауымен түсіндіріледі.
Жалын пештің оттық қорабында да пайда болады.
- Жалынның құрылымын және оның бөліктерінің құрамын анықтауға болатын тәжірибелерді сипаттаңыз. Қайсысының жалын температурасы ең жоғары?
- * Жанып тұрған шамды қойсаңыз күн сәулесі, содан кейін оның артына қойылған қағазда шам жалынының жарқыраған дәл сол бөлігінен қара көлеңке пайда болады. Неліктен?
- Барлық заттар жанып, жалын түзе ме?
- Шылым шегуге қарсы жалынды қалай жасауға болады?
Қараңғылықты қалай қарғау керек
Тым болмаса жарықтандырған дұрыс
бір кішкентай шам.
Конфуций
Басында
Жану механизмін түсінудің алғашқы әрекеттері ағылшын Роберт Бойль, француз Антуан Лоран Лавуазье және ресейлік Михаил Васильевич Ломоносовтың есімдерімен байланысты. Жану кезінде зат бір кездері аңғал сенгендей еш жерде «жоғалып кетпейді», бірақ басқа заттарға айналады, негізінен газ тәрізді, сондықтан көрінбейтін. Лавуазье 1774 жылы бірінші рет жану кезінде оның шамамен бестен бір бөлігі ауадан жоғалатынын көрсетті. 19 ғасырда ғалымдар физикалық және егжей-тегжейлі зерттеді химиялық процестер, ілеспе жану. Мұндай жұмыстарды жүргізу қажеттілігі бірінші кезекте шахталардағы өрттер мен жарылыстардан туындады.
Бірақ ХХ ғасырдың соңғы ширегінде ғана жанумен жүретін негізгі химиялық реакциялар анықталды және осы күнге дейін жалын химиясында көп нәрсе қалды. қара дақтар. Олар ең көп зерттеледі заманауи әдістеркөптеген зертханаларда. Бұл зерттеулердің бірнеше мақсаты бар. Бір жағынан, жылу электр станцияларының пештерінде және іштен жанатын қозғалтқыштардың цилиндрлерінде жану процестерін оңтайландыру, ауа-бензин қоспасын автомобиль цилиндрінде сығу кезінде жарылыс қаупі бар жануды (детонацияны) болдырмау қажет. Екінші жағынан, санын азайту керек зиянды заттаржану процесінде қалыптасады және сонымен бірге - көбірек іздеңіз тиімді құралдарөртті сөндіру.
Жалынның екі түрі бар. Жанармай мен тотықтырғыш (көбінесе оттегі) жану аймағына мәжбүрлеп немесе өздігінен жеткізіліп, жалынға араласуы мүмкін. Немесе оларды алдын ала араластыруға болады - мұндай қоспалар ауа жоқ кезде жанып кетуі немесе тіпті жарылуы мүмкін, мысалы, мылтық, отшашуға арналған пиротехникалық қоспалар, зымыран отыны. Жану жану аймағына ауамен түсетін оттегінің қатысуымен де, тотықтырғыш заттың құрамындағы оттегінің көмегімен де болуы мүмкін. Бұл заттардың бірі Бертолле тұзы (калий хлораты KClO 3); бұл зат оттегін оңай береді. Күшті тотықтырғыш - азот қышқылы HNO 3: таза түрінде ол көптеген тұтандырады органикалық заттар. Нитраттар, тұздар азот қышқылы(мысалы, тыңайтқыш түрінде – калий немесе аммоний нитраты), жанғыш заттармен араласқанда оңай тұтанады. Тағы бір қуатты тотықтырғыш, азот тетроксиді N 2 O 4 зымыран отынының құрамдас бөлігі болып табылады. Сондай-ақ оттегінің орнын көптеген заттар күйетін хлор немесе фтор сияқты күшті тотықтырғыштармен алмастыруға болады. Таза фтор ең күшті тотықтырғыштардың бірі болып табылады, оның ағынында су күйеді.
Тізбекті реакциялар
Жану және жалынның таралуы теориясының негізі өткен ғасырдың 20-жылдарының соңында қаланды. Осы зерттеулердің нәтижесінде тармақталған тізбекті реакциялар. Бұл жаңалығы үшін ресейлік физик-химигі Николай Николаевич Семенов пен ағылшын зерттеушісі Кирилл Хиншельвуд марапатталды. Нобель сыйлығыхимияда. Қарапайым тармақталмаған тізбекті реакцияларды сонау 1913 жылы неміс химигі Макс Боденштейн сутегінің хлормен әрекеттесуі мысалында ашты. Жалпы реакция өрнектеледі қарапайым теңдеу H 2 + Cl 2 = 2HCl. Шын мәнінде, ол молекулалардың өте белсенді фрагменттерін қамтиды - деп аталатын бос радикалдар. Спектрдің ультракүлгін және көгілдір аймақтарында немесе жоғары температурада жарықтың әсерінен хлор молекулалары ұзақ (кейде миллион буынға дейін) трансформация тізбегі басталатын атомдарға ыдырайды; Бұл түрлендірулердің әрқайсысы элементар реакция деп аталады:
Cl + H 2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl және т.б.
Әрбір кезеңде (реакция буыны) бір белсенді орталық (сутегі немесе хлор атомы) жойылып, сонымен қатар тізбекті жалғастыратын жаңа белсенді орталық пайда болады. Екі белсенді түр кездескен кезде тізбектер үзіледі, мысалы, Cl + Cl → Cl 2. Әрбір тізбек өте тез таралады, сондықтан «бастапқы» белсенді бөлшектерді генерациялайтын болсаңыз жоғары жылдамдық, реакцияның тез жүретіні сонша, ол жарылысқа әкелуі мүмкін.
Н.Н.Семенов пен Хиншельвуд фосфор мен сутегі буларының жану реакциялары әртүрлі жүретінін анықтады: шамалы ұшқын немесе ашық отбөлме температурасында да жарылыс тудыруы мүмкін. Бұл реакциялар тармақталған тізбекті реакциялар: реакция кезінде белсенді бөлшектер «көбейеді», яғни бір белсенді бөлшек жойылғанда екі немесе үш пайда болады. Мысалы, жүздеген жылдар бойы қауіпсіз сақтауға болатын сутегі мен оттегі қоспасында, егер болмаса сыртқы әсерлерБелсенді сутегі атомдарының белгілі бір себептермен пайда болуы келесі процесті тудырады:
H + O 2 → OH + O,
O + H 2 → OH + H.
Осылайша, шамалы уақыт кезеңінде бір белсенді бөлшек (Н атомы) үшке (сутегі атомы және екі OH гидроксил радикалы) айналады, олар қазірдің өзінде біреудің орнына үш тізбекті іске қосады. Нәтижесінде тізбектер саны көшкін сияқты өседі, бұл бірден сутегі мен оттегі қоспасының жарылуына әкеледі, өйткені бұл реакцияда көп жылу энергиясы бөлінеді. Оттегі атомдары жалынның құрамында және басқа заттардың жануында болады. Ағынды бағыттасаңыз, оларды анықтауға болады қысылған ауаоттық жалынының жоғарғы жағында. Сонымен бірге ауада өзіне тән озон иісі анықталады - бұл озон молекулаларын қалыптастыру үшін оттегі молекулаларына «жабысып» оттегі атомдары: O + O 2 = O 3, олар жалыннан суық ауамен шығарылды.
Оттегінің (немесе ауаның) көптеген жанғыш газдармен - сутегімен, көміртегі оксидімен, метанмен, ацетиленмен қоспасының жарылу мүмкіндігі жағдайларға, негізінен қоспаның температурасына, құрамына және қысымына байланысты. Сонымен, егер ас үйдегі тұрмыстық газдың ағуы нәтижесінде (ол негізінен метаннан тұрады) оның ауадағы мөлшері 5% -дан асса, онда қоспа сіріңкенің немесе оттықтың жалынынан, тіпті одан да жарылып кетеді. шамды қосқанда қосқыш арқылы сырғып өтетін кішкентай ұшқын. Тізбектер бұтақтан тезірек үзілсе, жарылыс болмайды. Ағылшын химигі Хамфри Дэви 1816 жылы жалынның химиясы туралы ештеңе білмей жасаған кеншілерге арналған шамның қауіпсіз болғаны да сондықтан. Бұл шамда ашық жалын сыртқы атмосферадан (жарылғыш болуы мүмкін) қалың металл тормен қоршалған. Металл бетінде белсенді бөлшектер тиімді түрде жойылып, тұрақты молекулаларға айналады, сондықтан сыртқы ортаға ене алмайды.
Тармақталған тізбекті реакциялардың толық механизмі өте күрделі және оған жүзден астам элементар реакциялар кіруі мүмкін. Бейорганикалық және органикалық қосылыстардың көптеген тотығу және жану реакциялары тармақталған тізбекті реакциялар болып табылады. Химиялық реакцияларда белсенді бөлшектердің аналогтары ретінде әрекет ететін нейтрондардың әсерінен ауыр элементтердің, мысалы, плутоний немесе уранның ядроларының бөліну реакциясы да дәл солай болады. Ауыр элементтің ядросына еніп, нейтрондар оның бөлінуін тудырады, бұл өте жоғары энергияның бөлінуімен бірге жүреді; Бұл кезде ядродан жаңа нейтрондар бөлініп, көрші ядролардың ыдырауын тудырады. Химиялық және ядролық тармақталған тізбекті процестер ұқсас математикалық модельдермен сипатталады.
Бастау үшін сізге не қажет?
Жануды бастау үшін бірқатар шарттарды орындау қажет. Біріншіден, жанғыш заттың температурасы белгілі бір шекті мәннен асып кетуі керек, ол тұтану температурасы деп аталады. Рэй Брэдберидің әйгілі «Фаренгейт 451» романы осылай аталды, өйткені шамамен осы температурада (233 ° C) қағаз өртенеді. Бұл қатты отынның тұрақты жануы үшін жеткілікті мөлшерде жанғыш буларды немесе газ тәріздес ыдырау өнімдерін шығаратын «тұтану температурасы». Құрғақ қарағай ағашының тұтану температурасы шамамен бірдей.
Жалын температурасы жанғыш заттың табиғатына және жану жағдайларына байланысты. Осылайша, ауадағы метан жалынындағы температура 1900°С, ал оттегіде жанғанда 2700°С-қа жетеді. Одан да ыстық жалын сутегі (2800°С) мен ацетиленнің (3000°C) таза оттегіде жануы нәтижесінде пайда болады. Ацетилен алауының жалыны кез келген металды оңай кесетіні таңқаларлық емес. Бірдей жоғары температура, шамамен 5000°C (ол Гиннестің рекордтар кітабына жазылған), оттегіде жанғанда төмен қайнайтын сұйықтық – көміртегі субнитриді C 4 N 2 түзеді (бұл зат дицианоацетилен NC–C=C–CN құрылымына ие) ). Ал кейбір мәліметтерге қарағанда, ол озон атмосферасында жанған кезде температура 5700°С-қа дейін жетеді. Егер бұл сұйықтық ауада отқа жағылса, ол жасыл-күлгін жиегі бар қызыл, түтін жалынмен жанады. Екінші жағынан, суық жалын да белгілі. Мысалы, олар қашан жанады төмен қысымдарфосфор буы. Салыстырмалы түрде суық жалын тотығу кезінде де алынады белгілі бір шарттаркүкіртті көміртегі және жеңіл көмірсутектер; мысалы, пропан төмендетілген қысымда және 260–320°C температурада салқын жалын шығарады.
Тек ХХ ғасырдың соңғы ширегінде көптеген жанғыш заттардың жалынында болатын процестердің механизмі анық бола бастады. Бұл механизм өте күрделі. Бастапқы молекулалар әдетте оттегімен реакция өнімдеріне тікелей әрекеттесу үшін тым үлкен. Мысалы, бензиннің құрамдас бөліктерінің бірі октанның жануы 2C 8 H 18 + 25 O 2 = 16 CO 2 + 18 H 2 O теңдеуімен өрнектеледі. Алайда көміртегінің барлық 8 атомы мен 18 сутегі атомы бар. октан молекуласы бір уақытта 50 оттегі атомымен қосыла алмайды: ол үшін жиын үзілуі керек. химиялық байланыстаржәне көптеген жаңалары қалыптасады. Жану реакциясы көптеген кезеңдерде жүреді - осылайша әр кезеңде тек аздаған химиялық байланыстар үзіліп, түзіледі және процесс көптеген тізбекті түрде жүретін элементар реакциялардан тұрады, олардың жиынтығы бақылаушыға жалын сияқты көрінеді. Жалындағы реактивті аралық бөлшектердің концентрациясы өте аз болғандықтан, элементар реакцияларды зерттеу қиын.
Жалынның ішінде
Оптикалық сезу әртүрлі аймақтарЛазерлерді қолданатын жалындар онда бар белсенді бөлшектердің - жанғыш зат молекулаларының фрагменттерінің сапалық және сандық құрамын анықтауға мүмкіндік берді. Оттегі 2H 2 + O 2 = 2H 2 O сутегінің қарапайым болып көрінетін жану реакциясының өзінде O 2, H 2, O 3, H 2 O 2 молекулаларының қатысуымен 20-дан астам элементар реакциялар жүретіні анықталды. , H 2 O, белсенді бөлшектер N, O, OH, БІРАҚ 2. Міне, мысалы, ағылшын химигі Кеннет Бэйли 1937 жылы бұл реакция туралы былай деп жазды: «Сутегінің оттегімен әрекеттесу теңдеуі химияны жаңадан бастағандардың көпшілігіне таныс болатын бірінші теңдеу. Бұл реакция оларға өте қарапайым болып көрінеді. Бірақ 1934 жылы Хиншельвуд пен Уильямсон басып шығарған «Оттегінің сутегімен әрекеттесуі» атты жүз беттік кітапты көргенде тіпті кәсіби химиктер де таңғалды. Бұған 1948 жылы А.Б.Налбандян мен В.В.Воеводскийдің «Сутегінің тотығу және жану механизмі» атты әлдеқайда көлемді монографиясы жарық көргенін қосуға болады.
Заманауи зерттеу әдістері мұндай процестердің жекелеген кезеңдерін зерттеуге, әртүрлі белсенді бөлшектердің бір-бірімен және тұрақты молекулалармен әрекеттесу жылдамдығын өлшеуге мүмкіндік берді. әртүрлі температуралар. Процестің жекелеген кезеңдерінің механизмін біле отырып, бүкіл процесті «жинақтауға», яғни жалынды имитациялауға болады. Мұндай модельдеудің күрделілігі қарапайым элементтердің бүкіл кешенін зерттеуде ғана емес химиялық реакциялар, сонымен қатар жалындағы бөлшектердің диффузиясы, жылу беру және конвекциялық токтар процестерін ескеру қажеттілігі (бұл соңғысы жанып тұрған от тілдерінің қызықты ойынын жасайды).
Барлығы қайдан келеді?
Қазіргі заманғы өнеркәсіптің негізгі отыны – көмірсутектер, ең қарапайым метаннан бастап, мазуттың құрамында болатын ауыр көмірсутектерге дейін. Тіпті ең қарапайым көмірсутектің, метанның жалыны жүзге дейін элементар реакцияларды қамтуы мүмкін. Дегенмен, олардың барлығы жеткілікті түрде егжей-тегжейлі зерттелген жоқ. Ауыр көмірсутектер, мысалы, парафиннің құрамындағы көмірсутектер жанғанда, олардың молекулалары тұтас қалмай жану аймағына жете алмайды. Тіпті жалынға жақындаған кезде жоғары температура әсерінен олар фрагменттерге бөлінеді. Бұл жағдайда екі көміртегі атомы бар топтар әдетте молекулалардан бөлінеді, мысалы, C 8 H 18 → C 2 H 5 + C 6 H 13. Көміртек атомдарының тақ саны бар белсенді түрлер қос C=C және үштік C≡C байланыстары бар қосылыстар құра отырып, сутегі атомдарын абстракциялай алады. Жалында мұндай қосылыстар химиктер бұрын білмейтін реакцияларға түсе алатыны анықталды, өйткені олар жалыннан тыс жерде болмайды, мысалы, C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → CO 2 + H + N.
Бастапқы молекулалардың сутегін біртіндеп жоғалтуы олардағы көміртегі үлесінің жоғарылауына әкеледі, C 2 H 2, C 2 H, C 2 бөлшектері пайда болғанша. Көгілдір-көк жалын аймағы осы аймақта қозғалған C 2 және CH бөлшектерінің жарқырауына байланысты. Егер оттегінің жану аймағына қол жеткізуі шектеулі болса, онда бұл бөлшектер тотықпайды, бірақ агрегаттарға жиналады - олар C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H схемасы бойынша полимерленеді. + C 4 H 2 → C 6 H 2 + N, т.б.
Нәтижесінде тек көміртегі атомдарынан тұратын күйе бөлшектері пайда болады. Олардың пішіні диаметрі 0,1 микрометрге дейінгі кішкентай шарлар тәрізді, құрамында миллионға жуық көміртек атомы бар. Мұндай бөлшектер жоғары температурада жақсы жарқыраған жалын береді сары. Шам жалынының жоғарғы жағында бұл бөлшектер жанып кетеді, сондықтан шам түтін шығармайды. Егер осы аэрозоль бөлшектерінің одан әрі адгезиясы орын алса, үлкенірек күйе бөлшектері түзіледі. Нәтижесінде жалын (мысалы, жанып тұрған резеңке) қара түтін шығарады. Мұндай түтін бастапқы отындағы көміртегінің сутегіге қатысты үлесі артқан жағдайда пайда болады. Мысал ретінде скипидар келтіруге болады - құрамында C 10 H 16 (C n H 2n–4), бензол C 6 H 6 (C n H 2n–6) көмірсутектердің қоспасы және сутегі жетіспейтін басқа жанғыш сұйықтықтар - барлығы олардың ішінде күйген кезде түтін шығарады. Ацетилен C 2 H 2 (C n H 2n–2) ауада жанғанда түтін және жарқыраған жалын пайда болады; Бір кездері мұндай жалын велосипедтер мен автокөліктерге орнатылған ацетилен шамдарында, шахтер шамдарында қолданылған. Және керісінше: құрамында сутегі жоғары көмірсутектер - метан CH 4, этан C 2 H 6, пропан C 3 H 8, бутан C 4 H 10 ( жалпы формула C n H 2n+2) - түссіз дерлік жалынмен жеткілікті ауаға қол жетімділікпен жағу. Төмен қысымда сұйықтық түріндегі пропан мен бутан қоспасы оттықтарда, сондай-ақ жазғы тұрғындар мен туристер пайдаланатын цилиндрлерде кездеседі; дәл осындай баллондар газбен жүретін көліктерде орнатылған. Жақында күйе көбінесе 60 көміртек атомынан тұратын сфералық молекулалардан тұратыны анықталды; олар фуллерендер деп аталды және мұның ашылуы жаңа пішінкөміртегі 1996 жылы химия бойынша Нобель сыйлығына ие болды.
Жанармай түрлері. Отынның жануы- адам қолданатын ең көп таралған энергия көздерінің бірі.
Бірнеше бар отын түрлеріжинақтау күйіне қарай: қатты отын, сұйық отын және газ тәрізді отын. Осыған сәйкес мысалдар келтіруге болады: қатты отын – кокс, көмір, сұйық отын – мұнай және оның өнімдері (керосин, бензин, мұнай, мазут, газ тәрізді отын – газдар (метан, пропан, бутан, т.б.)).
Маңызды параметротынның әрбір түрі оның калориялық құндылығы, ол көп жағдайда отынды пайдалану бағытын анықтайды.
Калориялық құндылық- бұл 1 кг (немесе 1 м 3) отынның 101,325 кПа және 0 0 С қысымда, яғни қалыпты жағдайда жануы кезінде бөлінетін жылу мөлшері. калориялық құндылығыбілдірді кДж/кг (кг киложоуль) бірлігінде. Әрине,әртүрлі түрлері
Әртүрлі калориялық отындар: 
Қоңыр көмір – 25550 
Көмір – 33920
- Шымтезек - 23900
- керосин - 35000
- ағаш - 18850
- бензин - 46000
Жоғарыда аталған отын түрлерінің метанының ең жоғары жылулық құндылығы бар екенін көруге болады.
Отынның құрамындағы жылуды алу үшін оны жану температурасына дейін және, әрине, оттегінің жеткілікті мөлшері болған кезде қыздыру керек. Химиялық реакция процесінде - жану - ол шығарыладыүлкен сан
жылулық. Көмір қалай жанады. Көмір оттегінің әсерінен қызады және жарқырайды, көміртегі оксиді (IV), яғни СО 2 (немесе көмірқышқыл газы) түзеді. Содан кейін CO 2 дюймжоғарғы қабат ыстық көмір қайтадан көмірмен әрекеттеседі, нәтижесінде жаңа көмір пайда боладыхимиялық қосылыс - көміртегі тотығы (II) немесе СО -көміртегі тотығы
. Бірақ бұл зат өте белсенді және ауада жеткілікті мөлшерде оттегі пайда болғаннан кейін СО заты көк жалынмен жанып, сол көмірқышқыл газын түзеді. Сіз өзіңізге бұл не деген сұрақты қойған шығарсызжалын температурасы ?! Мысалы, кейбір химиялық реакцияларды жүргізу үшін реагенттерді қыздыру қажет екенін бәрі біледі. Мұндай мақсаттар үшін зертханалар жұмыс істейтін газ оттығын пайдаланадытабиғи газ тамаша өткізукалориялық құндылығы . Отын – газды жағу кезінде жанудың химиялық энергиясы түрленедіжылу энергиясы . үшінгаз оттығы
Жалынды былай бейнелеуге болады:
Жалынның ең биік нүктесі - жалынның ең ыстық орындарының бірі. Бұл нүктедегі температура шамамен 1540 0 С - 1550 0 С