Odrůdy 

Plamen se skládá ze 3 částí zón. Praktická práce „Techniky manipulace s laboratorní technikou

Jak proklínat temnotu
je lepší to rozsvítit
jedna malá svíčka.
Konfucius

Na začátku

První pokusy o pochopení mechanismu spalování jsou spojeny se jmény Angličana Roberta Boylea, Francouze Antoina Laurenta Lavoisiera a Rusa Michaila Vasiljeviče Lomonosova. Ukázalo se, že při spalování látka nikam „nezmizí“, jak se kdysi naivně věřilo, ale mění se v jiné látky, většinou plynné a tedy neviditelné. Lavoisier v roce 1774 poprvé ukázal, že asi jedna pětina vzduchu opouští vzduch během spalování. V průběhu 19. století vědci podrobně studovali fyzikální a chemické procesy, které hoření doprovázejí. Potřebu takové práce vyvolaly především požáry a výbuchy v dolech.

Ale teprve v poslední čtvrtině 20. století byly hlavní chemické reakce doprovázející hoření a dodnes je v chemii plamene mnoho tmavých míst. Jsou zkoumány podle moderní metody v mnoha laboratořích. Tyto studie mají několik cílů. Na jedné straně je nutné optimalizovat spalovací procesy v topeništích tepelných elektráren a ve válcích spalovacích motorů, aby nedocházelo k explozivnímu hoření (detonaci) při stlačování směsi vzduch-benzín ve válci automobilu. Na druhou stranu je nutné počet snížit škodlivé látky vzniklé během procesu spalování a zároveň - hledejte další účinnými prostředky hašení ohně.

Existují dva druhy plamenů. Palivo a okysličovadlo (nejčastěji kyslík) mohou být nuceně nebo samovolně přiváděny do spalovací zóny odděleně a smíchány již v plameni. A dají se předem namíchat – takové směsi jsou schopné hořet nebo dokonce explodovat za nepřítomnosti vzduchu, jako střelný prach, pyrotechnické směsi na ohňostroje, raketová paliva. Spalování může nastat jak za účasti kyslíku vstupujícího do spalovací zóny se vzduchem, tak za pomoci kyslíku obsaženého v oxidační látce. Jednou z těchto látek je Bertoletova sůl (chlorečnan draselný KClO 3); tato látka snadno uvolňuje kyslík. Silné oxidační činidlo - kyselina dusičná HNO 3: in čistá forma zapaluje mnoho organických látek. Dusičnany, soli kyseliny dusičné (například ve formě hnojiva - dusičnan draselný nebo amonný), jsou vysoce hořlavé, pokud jsou smíchány s hořlavými látkami. Další silné oxidační činidlo, oxid dusičitý N 2 O 4, je součástí raketových paliv. Kyslík lze nahradit i tak silnými oxidačními činidly, jako je například chlor, ve kterém mnoho látek hoří, nebo fluor. Čistý fluor je jedním z nejsilnějších oxidačních činidel, voda v jeho proudu hoří.

řetězové reakce

Základy teorie spalování a šíření plamene byly položeny koncem 20. let 20. století. V důsledku těchto studií byly objeveny rozvětvené řetězové reakce. Za tento objev byli v roce 1956 oceněni domácí fyziochemik Nikolaj Nikolajevič Semenov a anglický badatel Cyril Hinshelwood Nobelova cena v chemii. Jednodušší nerozvětvené řetězové reakce objevil již v roce 1913 německý chemik Max Bodenstein na příkladu reakce vodíku s chlórem. Celkem je reakce vyjádřena jednoduchou rovnicí H 2 + Cl 2 = 2HCl. Ve skutečnosti přichází za účasti velmi aktivních fragmentů molekul – tzv. volných radikálů. Působením světla v ultrafialové a modré oblasti spektra nebo při vysoké teplotě se molekuly chloru rozpadají na atomy, které začínají dlouhý (někdy až milion článků) řetězec přeměn; každá z těchto transformací se nazývá elementární reakce:

Cl + H2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl atd.

V každé fázi (reakční článek) mizí jedno aktivní centrum (atom vodíku nebo chloru) a zároveň se objevuje nové aktivní centrum, pokračující v řetězci. Řetězce jsou ukončeny, když se setkají dva aktivní druhy, například Cl + Cl → Cl 2 . Každý řetězec se šíří velmi rychle, takže pokud jsou „původní“ aktivní částice generovány vysokou rychlostí, reakce proběhne tak rychle, že může vést až k explozi.

N. N. Semenov a Hinshelwood zjistili, že spalovací reakce fosforu a vodíkových par probíhají odlišně: sebemenší jiskra nebo otevřený plamen mohou způsobit výbuch, i když pokojová teplota. Tyto reakce jsou rozvětvené: aktivní částice se během reakce „množí“, to znamená, že když jedna aktivní částice zmizí, objeví se dvě nebo tři. Například ve směsi vodíku a kyslíku, která může být bezpečně skladována po stovky let, pokud neexistují žádné vnější vlivy, výskyt aktivních atomů vodíku z toho či onoho důvodu spouští následující proces:

H + O 2 → OH + O,
O + H2 → OH + H.

Jedna aktivní částice (atom H) se tak během nevýznamného časového úseku změní na tři (atom vodíku a dva OH hydroxylové radikály), které již spouštějí tři řetězce místo jednoho. Výsledkem je, že počet řetězců roste jako lavina, což okamžitě vede k explozi směsi vodíku a kyslíku, protože při této reakci se uvolňuje velké množství tepelné energie. Atomy kyslíku jsou přítomny v plameni a při hoření jiných látek. Lze je detekovat nasměrováním proudu stlačený vzduch přes horní část plamene hořáku. Současně se ve vzduchu objeví charakteristický zápach ozónu - jedná se o atomy kyslíku „přilepené“ na molekuly kyslíku s tvorbou molekul ozonu: O + O 2 \u003d O 3, které byly vyjmuty z plamene studeným vzduchem.

Možnost výbuchu směsi kyslíku (nebo vzduchu) s mnoha hořlavými plyny - vodíkem, oxidem uhelnatým, metanem, acetylenem - závisí na podmínkách, především na teplotě, složení a tlaku směsi. Pokud tedy v důsledku úniku domácího plynu v kuchyni (skládá se převážně z metanu), jeho obsah ve vzduchu překročí 5 %, pak směs vybuchne z plamene zápalky nebo zapalovače a dokonce i ze malá jiskra, která proklouzla vypínačem, když se rozsvítilo světlo. Nedojde k explozi, pokud se řetězy přetrhnou rychleji, než se stihnou rozvětvit. Proto existovala bezpečná hornická lampa, kterou v roce 1816 vyvinul anglický chemik Humphry Davy, aniž by věděl nic o chemii plamene. V této lampě byl otevřený oheň oddělen od vnější atmosféry (která by mohla být výbušná) jemnou kovovou síťkou. Na kovovém povrchu aktivní částice účinně mizí, mění se ve stabilní molekuly, a proto nemohou proniknout do vnějšího prostředí.

Úplný mechanismus reakcí s rozvětveným řetězcem je velmi složitý a může zahrnovat více než sto elementárních reakcí. Reakce s rozvětveným řetězcem zahrnují mnoho oxidačních a spalovacích reakcí anorganických a organických sloučenin. Stejná bude reakce jaderného štěpení těžkých prvků, jako je plutonium nebo uran, pod vlivem neutronů, které působí jako analogy aktivních částic v chemických reakcích. Neutrony, které pronikají do jádra těžkého prvku, způsobují jeho štěpení, které je doprovázeno uvolněním velmi velké energie; Zároveň jsou z jádra emitovány nové neutrony, které způsobují štěpení sousedních jader. Chemické a jaderné procesy větvení jsou popsány podobnými matematickými modely.

Co potřebujete, abyste mohli začít

Aby spalování začalo, musí být splněna řada podmínek. V první řadě musí teplota hořlavé látky překročit určitou mezní hodnotu, která se nazývá zápalná teplota. Slavný román Raye Bradburyho Fahrenheit 451 je tak pojmenován, protože papír hoří přibližně při této teplotě (233 °C). Jedná se o „bod vzplanutí“, nad kterým tuhé palivo uvolňuje hořlavé páry nebo plynné produkty rozkladu v množství dostatečném pro jejich stabilní spalování. Přibližně stejná teplota vznícení pro suché borovicové dřevo.

Teplota plamene závisí na povaze hořlavé látky a na podmínkách hoření. Teplota v plameni metanu na vzduchu tak dosahuje 1900 °C a při hoření v kyslíku - 2700 °C. Ještě žhavější plamen vzniká spalováním čistého kyslíku vodíku (2800°C) a acetylenu (3000°C). Není divu, že plamen acetylenového hořáku snadno rozřeže téměř jakýkoli kov. Nejvyšší teplotu, asi 5000 °C (je zapsána v Guinessově knize rekordů), má při spalování v kyslíku nízkovroucí kapalina - uhlíkový subnitrid С 4 N 2 (tato látka má strukturu dikyanoacetylenu NC– C=C–CN). A podle některých zpráv, když hoří v ozónové atmosféře, může teplota dosáhnout až 5700 °C. Pokud se tato kapalina zapálí na vzduchu, bude hořet červeným kouřovým plamenem se zelenofialovým okrajem. Na druhou stranu jsou známé i studené plameny. Tak se například spálí nízké tlaky páry fosforu. Při oxidaci sirouhlíku a lehkých uhlovodíků za určitých podmínek také vzniká relativně studený plamen; například propan vytváří studený plamen při sníženém tlaku a teplotách mezi 260–320 °C.

Teprve v poslední čtvrtině dvacátého století se začal objasňovat mechanismus procesů probíhajících v plameni mnoha hořlavých látek. Tento mechanismus je velmi složitý. Počáteční molekuly jsou obvykle příliš velké na to, aby byly přímo převedeny na reakční produkty reakcí s kyslíkem. Takže například spalování oktanu, jedné ze složek benzínu, je vyjádřeno rovnicí 2C 8 H 18 + 25O 2 \u003d 16CO 2 + 18H 2 O. Všech 8 atomů uhlíku a 18 atomů vodíku v oktanová molekula se nemůže žádným způsobem sloučit s 50 atomy kyslíku současně: k tomu sada chemické vazby a vzniká mnoho nových. Spalovací reakce probíhá v mnoha fázích - takže v každé fázi se přeruší a vytvoří pouze malý počet chemických vazeb a proces sestává z množství po sobě jdoucích elementárních reakcí, jejichž celek se pozorovateli jeví jako plamen. Je obtížné studovat elementární reakce, především proto, že koncentrace reaktivních meziproduktových částic v plameni jsou extrémně nízké.

Uvnitř plamene

Optické sondování různých úseků plamene pomocí laserů umožnilo stanovit kvalitativní i kvantitativní složení tam přítomných aktivních částic - fragmentů molekul paliva. Ukázalo se, že i při zdánlivě jednoduché reakci spalování vodíku v kyslíku 2H 2 + O 2 = 2H 2 O dochází k více než 20 elementárním reakcím za účasti molekul O 2, H 2, O 3, H 2 O 2, H 2 O, aktivní částice H, O, OH, ALE 2. Zde je například to, co o této reakci napsal anglický chemik Kenneth Bailey v roce 1937: „Rovnice pro reakci slučování vodíku s kyslíkem je první rovnicí, se kterou se seznámí většina začátečníků ve studiu chemie. Tato reakce se jim zdá velmi jednoduchá. Ale i profesionální chemici jsou poněkud zaskočeni, když vidí stostránkovou knihu s názvem Reakce kyslíku s vodíkem, kterou vydali Hinshelwood a Williamson v roce 1934. K tomu lze dodat, že v roce 1948 vyšla mnohem rozsáhlejší monografie A. B. Nalbandjana a V. V. Voevodského pod názvem „Mechanismus oxidace a spalování vodíku“.

Moderní výzkumné metody umožnily studovat jednotlivé fáze takových procesů, měřit rychlost, jakou různé aktivní částice reagují mezi sebou a se stabilními molekulami při různých teplotách. Při znalosti mechanismu jednotlivých fází procesu je možné celý proces „sestavit“, tedy simulovat plamen. Složitost takového modelování spočívá nejen ve studiu celého komplexu elementárních chemických reakcí, ale také v potřebě zohlednit procesy difúze částic, přenosu tepla a konvekčních toků v plameni (právě ty druhé zařizují okouzlující hra jazyků hořícího ohně).

Odkud všechno pochází

Hlavním palivem moderního průmyslu jsou uhlovodíky, od těch nejjednodušších, metanu, až po těžké uhlovodíky obsažené v topném oleji. Plamen i toho nejjednoduššího uhlovodíku – metanu – může zahrnovat až sto elementárních reakcí. Ne všechny však byly dostatečně podrobně prozkoumány. Když těžké uhlovodíky, jako jsou ty obsažené v parafínu, hoří, jejich molekuly se nemohou dostat do spalovací zóny a zůstávají nedotčené. I na cestě k plameni se vlivem vysoké teploty štěpí na úlomky. V tomto případě jsou skupiny obsahující dva atomy uhlíku obvykle odštěpeny od molekul, například C8H18 → C2H5 + C6H13. Aktivní druhy s lichým počtem atomů uhlíku mohou odštěpovat atomy vodíku a vytvářet sloučeniny s dvojitými vazbami C=C a trojnými vazbami C≡C. Bylo zjištěno, že v plameni mohou takové sloučeniny vstupovat do reakcí, které nebyly dříve chemikům známy, protože nejdou mimo plamen, například C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → CO2 + H + N.

Postupný úbytek vodíku počátečními molekulami vede k nárůstu podílu uhlíku v nich, dokud nevzniknou částice C 2 H 2, C 2 H, C 2. Modro-modrá zóna plamene je způsobena záři v této zóně excitovaných částic C 2 a CH. Pokud je omezen přístup kyslíku do spalovací zóny, pak tyto částice neoxidují, ale shromažďují se v agregátech - polymerují podle schématu C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H + C4H2 → C6H2 + H atd.

V důsledku toho se tvoří částice sazí, které se skládají téměř výhradně z atomů uhlíku. Jsou ve formě malých kuliček o průměru až 0,1 mikrometru, které obsahují přibližně jeden milion atomů uhlíku. Takové částice při vysoké teplotě dávají dobře svítivý žlutý plamen. V horní části plamene svíčky tyto částice dohoří, takže svíčka nekouří. Pokud dojde k dalšímu ulpívání těchto aerosolových částic, pak se tvoří větší částice sazí. Výsledkem je, že plamen (například hořící guma) produkuje černý kouř. Takový kouř se objeví, pokud se v původním palivu zvýší podíl uhlíku vzhledem k vodíku. Příkladem je terpentýn - směs uhlovodíků o složení C 10 H 16 (C n H 2n–4), benzen C 6 H 6 (C n H 2n–6), další hořlavé kapaliny s nedostatkem vodíku - všechny kouř při spalování. Kouřový a jasně zářící plamen dává acetylen C 2 H 2 (C n H 2n–2) hořící na vzduchu; kdysi se takový plamen používal v acetylenových lucernách namontovaných na kolech a autech, v hornických lampách. A naopak: uhlovodíky s vysoký obsah vodík - methan CH 4, ethan C 2 H 6, propan C 3 H 8, butan C 4 H 10 ( obecný vzorec C n H 2n+2) - hoříme za dostatečného přístupu vzduchu téměř bezbarvým plamenem. Směs propanu a butanu ve formě kapaliny pod mírným tlakem se nachází v zapalovačích, stejně jako v lahvích používaných letními obyvateli a turisty; stejné lahve jsou instalovány v autech na plyn. V poslední době bylo zjištěno, že saze často obsahují kulovité molekuly sestávající z 60 atomů uhlíku; byly nazývány fullereny a objev tohoto nový formulář uhlík byl připomenut v roce 1996 Nobelovou cenou za chemii.

Dnes musíme udělat první praktickou práci“ Vybavení laboratoře a způsoby práce s ním. Bezpečnostní pravidla při práci v chemické místnosti "

Pokyny (plán) pro provedení práce:

V této práci budete potřebovat:

1. Prostudujte si obsah přednášky;

2. Seznamte se s bezpečnostními pravidly při práci v chemické laboratoři;

3. Prostudovat hlavní typy vzorků laboratorního skla a zařízení, jakož i jejich účel;

4. Prostudovat zařízení lihové lampy a strukturu plamene, jakož i pravidla pro manipulaci s lihovou lampou;

5. Práce se simulátory.

6. Připravte a zašlete vyučujícímu elektronickou zprávu o provedené práci.

já Bezpečnostní předpisy:

Látky jsou různé:

Žíravý a výbušný

Stává se, že se samy zapálí

A jsou i tací, kteří jsou otráveni.

Pokud se nechcete spálit

Nebo vdechujte rtuťové páry,

Přečtěte si prosím pečlivě tyto bezpečnostní pokyny.

A nikdy na ně nezapomeň v chemické místnosti!

1.

Při práci s látkami je neberte rukama

A neochutnat

Činidla ne meloun:

Sloupněte kůži z jazyka

A ruka upadne

2.

Položte si otázku

Ale nestrkej nos do zkumavky:

Budete plakat a kýchat

Prolévat slzy krupobitím.

Mávni rukou k nosu -

Zde je odpověď na všechny otázky

3.

S neznámými látkami

Neprovádějte nevhodné míchání:

Nekombinujte vzájemně neznámá řešení

Nenalévat do jedné misky, nezasahovat, nezapalovat!

4.

Pokud pracujete s pevnou hmotou,

Neberte to lopatou a nesnažte se to brát naběračkou.

Vezmi si to trochu -

Jedna osmina čajové lžičky.

Při práci s kapalinou by měl každý vědět:

Je nutné měřit po kapkách, nelít do kbelíku.

5.

Pokud se vám do ruky dostane kyselina nebo zásada,

Rychle si opláchněte ruce vodou z vodovodu.

A abyste si nezpůsobili komplikace,

Nezapomeňte upozornit svého učitele.

6.

Nelijte vodu do kyseliny, ale právě naopak

lít tenkým proudem,

Opatrně zasahovat,

Nalijte kyselinu do vody -

Tak se dostanete z problémů.

II. "Laboratorní vybavení a náčiní"


Vzorek

název


DRŽÁK LAHVIČKY

Vyžaduje se pro bezpečné zahřívání zkumavky během chemické reakce

PORCELÁNOVÝ HRNEK

K odpařování (krystalizace)


BAŇKA

Pro přípravu roztoků, provádění reakcí


STOJANOVÁ LABORATOŘ



MĚŘÍCÍ VÁLEC


ZKUMAVKA


AZBESTOVÁ SÍŤ

Používá se k rovnoměrnému rozložení tepla na dno skleněného nádobí

Vzorek

název


STOJAN NA ZKUMAVKU

ALKOHOL


KÁDINKA

PORCELÁNOVÁ TŘETÍČKA S TLŮČKOU

Pro broušení pevných látek

TRYCHTÝŘ

ODDĚLOVACÍ NÁlevka

Separace směsí kapalin s různou hustotou

III. Pravidla pro práci s alkoholem



  1. Svítit pouze zápalkou, je zakázáno svítit z jiné lihové lampy.
  2. Před zapálením je třeba roztáhnout knot a disk by měl těsně přiléhat ke krku.
  3. Není možné přenášet lihovou lampu při práci v rozsvícené podobě z jednoho stolu na druhý.
  4. Hasit pouze čepicí - nefoukat!

Každý by měl vědět toto:
Spalte alkohol v lihové lampě
Je možná pouze shoda
A to velmi opatrně.
K uhašení plamene
Láhev musí být uzavřena.
A za to, příteli,
Má čepici.

IV. Zařízení duchovní lampy


1 - skleněná nádrž, 3/4 naplněná alkoholem;

2 - kovová trubička s diskem, drží knot, chrání před odpařováním a vznícení alkoholu.

3 - knot;

4 - uzávěr.


V. Struktura plamene

Proveďte malý domácí experiment, se kterým budeme studovat strukturu plamene.

Zapalte svíčku a pečlivě prohlédněte plamen. Všimnete si, že není barevně jednotný. Plamen má tři zóny (obr.)

Tmavá zóna 1 je na dně plamene. Toto je nejchladnější zóna ve srovnání s ostatními. Tmavá zóna je ohraničena nejjasnější částí plamene 2. Teplota je zde vyšší než v tmavé zóně, ale nejvyšší teplota je v horní části plamene 3.

Abyste se ujistili, že různé zóny plamene mají různé teploty, můžete provést takový experiment. Umístěte zápalku do plamene tak, aby protínala všechny tři zóny. Uvidíte, že tříska je více ohořelá tam, kde dopadla na zóny 2 a 3. To znamená, že plamen je tam žhavější.

Navzdory skutečnosti, že se plameny v každém případě liší tvarem, velikostí a dokonce i barvou, mají všechny stejnou strukturu - stejné tři zóny: vnitřní tmavá (nejchladnější), střední svítící (horká) a vnější bezbarvá (nejžhavější) .

Proto závěrem z experimentu může být konstatování, že struktura jakéhokoli plamene je stejná. Praktický význam tohoto závěru je následující: aby se jakýkoli předmět zahřál v plameni, musí být přiveden do největšího tepla, tzn. v horní části plamene.

cílová: naučit se popisovat výsledky pozorování.

Činidla a vybavení: parafínová svíčka, vápenná voda; tříska, skleněná trubička s taženým koncem, kádinka, odměrný válec, zápalky, porcelánový předmět (porcelánový kelímek na odpařování), kleště na kelímek, držák na zkumavku, sklenice o objemu 0,5, 0,8, 1 , 2, 3, 5 l, stopky.

Úkol 1. Pozorování hořící svíčky.

Své postřehy pište formou krátké eseje. Nakreslete plamen svíčky.

Svíčka se skládá z parafínu, má specifickou vůni. Uprostřed je knot.
Když knot hoří, svíčka taje. Je slyšet malá stopa, uvolňuje se teplo.

Úkol 2. Studium různých částí plamene.

1. Plamen, jak již víte, má tři zóny. Který? Při zkoumání spodní části plamene zaveďte pomocí kelímkových kleští konec skleněné trubice do ní, držte ji pod úhlem 45-50 stupňů. Přineste hořící pochodeň na druhý konec trubky. Na co se díváš?

Spalováním se uvolňuje teplo.

2. Abyste mohli studovat střední část plamene, nejjasnější, vložte do ní (pomocí kleští na kelímek) na 2-3 sekundy porcelánovou misku. co objevili?

černění.

3. Ke studiu složení horní části plamene vložte na 2-3 sekundy obrácenou kádinku navlhčenou vápennou vodou tak, aby plamen byl uprostřed kádinky. Na co se díváš?

Tvorba pevné sraženiny.

4. Chcete-li zjistit teplotní rozdíl v různých částech plamene, vložte třísku na 2-3 sekundy do spodní části plamene (tak, aby vodorovně překročila všechny své části). co pozoruješ?

Horní část se rychleji vypálí.

5. Připravte zprávu vyplněním tabulky 4.

№ PRACOVNÍ PROCES PŘIPOMÍNKY ZJIŠTĚNÍ
1 zkoumání vnitřku plamene vyjde bílá plynná látka, tříska se rozsvítí vnitřek plamene je plynný parafín
2 studium střední části plamene dno šálku je pokryto sazemi střední část obsahuje uhlík vzniklý při reakci
3 zkoumání horní části plamene vápenná voda se zakalí Ca (OH) 2 + CO2 -> CaCl3 + H2O při spalování se uvolňuje CO2, který vysráží Ca (OH)
4 studie rozdílu teplot tříska je ve střední a horní části ohořelá teplota je uprostřed vyšší než v dolní. Nejvyšší teplota nahoře

Úkol 3. Studium rychlosti spotřeby kyslíku při spalování.

1. Zapalte svíčku a přikryjte ji 0,5litrovou zavařovací sklenicí. Určete dobu, po kterou svíčka hoří.

Proveďte podobné akce pomocí bank jiných objemů.

Kompletní tabulka 5.

Doba hoření svíčky závisí na objemu vzduchu.

2. Nakreslete graf závislosti doby hoření svíčky na objemu zavařovací sklenice (vzduchu). Určete z něj dobu, po které svíčka přikrytá sklenicí o objemu 10 litrů zhasne.

3. Vypočítejte dobu, po kterou bude svíčka hořet v uzavřené školní kanceláři.

Délka školní chemické učebny (a) je 5 m, šířka (b) je 5 m, výška (c) je 3 m.
Objem školní chemické učebny je 75 metrů krychlových. nebo 75 000 l. Doba, po kterou bude svíčka hořet, vezmeme-li v úvahu, že do místnosti nevnikne vzduch a veškerý kyslík je spotřebován na hoření svíčky, 2700000 s nebo 750 hodin.

Úkol 4. Seznámení se zařízením lihové lampy.

1. Podívejte se na obrázek 2 a napište název každé části lihové lampy. Potřebné informace najdete na straně 23 návodu.

1. Alkohol
2. Knot
3. Držák knotu
4. Čepice

a) Proč se při zapalování lihové lampy vytahuje zápalka na stranu?

Aby nedošlo k popálení.

b) Proč nelze zapálit lihovou lampu z jiné hořící lihové lampy?

Alkohol se může rozlít a vznítit.

2. Pomocí zařízení na stole uvařte vodu ve zkumavce.

Obrázek ukazuje, jaké množství vody má být ve zkumavce, jak ji správně upevnit v držáku nebo v noze stativu a do které části plamene zkumavku umístit.

a) Kolik vody se má nalít do zkumavky?

2/3 trubky.

b) Jak držet zkumavku nad plamenem lihové lampy?

Úhel od vás.

Druhy paliva. spalování paliva- jeden z nejběžnějších zdrojů energie využívaných člověkem.

Je jich několik paliva podle stavu agregace: tuhá paliva, kapalná paliva a plynná paliva. Podle toho lze uvést příklady: tuhé palivo je koks, uhlí, kapalné palivo je ropa a její produkty (petrolej, benzín, ropa, topný olej, plynná paliva jsou plyny (metan, propan, butan atd.)

Spalovací fáze s plamenem poskytuje dvakrát více tepla než precesní fáze sešívání. Dnes existují produkty, díky nimž je vyzařování tepla velmi jednotné a pravidelné v čase! Díky technickému výzkumu a experimentům je jasné, že zbytkové páry vznikající při spalování dřeva mohou být rekombinované a vytvářejí stále dobré množství tepla. Kromě jejich dodatečného spalování vzniká méně znečišťujících zplodin a je dosaženo výrazného snížení množství vypouštěného oxidu uhelnatého.

Tyto pece jsou také vybaveny pyrometrem pro sledování trendu hoření. Toto je měřicí zařízení, to je „teploměr spalovací teploty“. Může být užitečné upravit a udržovat teplotu spalování. Často je pyrometr aplikován na kuřácký kanál. Obvykle odpovídáme do několika hodin! Spalování je chemická reakce, která zahrnuje oxidaci paliva spalovacím motorem, přičemž vzniká teplo a elektromagnetické záření, často včetně záře.

Důležitý parametr každý druh paliva je jeho výhřevnost, který v mnoha případech určuje směr použití paliva.

Výhřevnost- to je množství tepla, které se uvolní při spalování 1 kg (nebo 1 m 3) paliva při tlaku 101,325 kPa a 0 0 C, tedy za normálních podmínek. Vyjádřený výhřevnost v jednotkách kJ/kg (kilojoule na kg). Přirozeně, v odlišné typy paliva s různou výhřevností:

„Ohnivý prstenec“ se skládá ze tří prvků, které jsou nezbytné k tomu, aby došlo ke spalovací reakci. Částečná excitace je kyslík ve vzduchu, ale jako okysličovadla mohou působit i jiné látky; spoušť: reakce mezi palivem a baterií není spontánní, ale je spojena s externí spouští. Spouštěčem je aktivační energie potřebná k tomu, aby molekuly reaktantu zahájily reakci a musí být poskytnuta externě. Pak energie uvolněná reakcí samotnou umožňuje samoudržování bez dalších externích nákladů na energii.

  • Palivo: Jedná se o látku, která při spalování oxiduje.
  • Spouštěčem může být například zdroj tepla nebo jiskra.
Pokud jeden z prvků trojúhelníku chybí, oheň se nerozvine a nezhasne.

Hnědé uhlí - 25550 Černé uhlí - 33920 Rašelina - 23900

  • petrolej - 35 000
  • strom - 18850
  • benzín - 46 000
  • metan - 50 000

Je vidět, že metan z výše uvedených paliv má nejvyšší výhřevnost.

Vypnutí ohně je vlastně možné odečtením paliva, udušením nebo ochlazením popř. Jak jsme již naznačili, spalování vyžaduje současnou přítomnost paliva, kumulace a teploty nad určitou prahovou hodnotu. Je však nutné, aby poměr paliva ke spalování byl v určitých mezích, známých jako meze hořlavosti. Limity hořlavosti pro plynná paliva jsou vyjádřeny v objemových procentech paliva ve směsi hořlavého vzduchu. Liší se spodní hranicí a horní hranicí hořlavosti.

Aby se dostalo teplo obsažené v palivu, musí se zahřát na zápalnou teplotu a samozřejmě za přítomnosti dostatečného množství kyslíku. V procesu chemické reakce – spalování – se uvolňuje velké množství tepla.

Jak hoří uhlí Uhlí se zahřívá, zahřívá se působením kyslíku, tvoří se oxid uhelnatý (IV), tedy CO 2 (neboli oxid uhličitý). Poté CO 2 in horní vrstvažhavé uhlí opět reaguje s uhlím, což má za následek vznik nového chemická sloučenina- oxid uhelnatý (II) nebo CO - oxid uhelnatý. Tato látka je ale velmi aktivní a jakmile se ve vzduchu objeví dostatečné množství kyslíku, látka CO hoří modrým plamenem za vzniku stejného oxidu uhličitého.

Dolní mez hořlavosti je minimální koncentrace paliva ve směsi hořlavého vzduchu, která umožňuje hořlavé směsi se vzduchem reagovat, pokud dojde k požáru, což má za následek plamen, který se může šířit celou směsí. Horní mez hořlavosti je maximální koncentrace paliva, při které spalování, tj. vzduch, nestačí k vytvoření plamene, který se může šířit po celé směsi.

Pokud se hořlavý plyn nebo pára zředí přebytečným vzduchem, teplo generované zapálením nestačí ke zvýšení teploty přilehlých sousedních vrstev k bodu vznícení. Plamen se nemůže rozšířit po celé směsi, ale zhasne. Pokud je ve směsi přítomno přebytečné množství paliva, bude to fungovat jako ředidlo, které sníží množství tepla dostupného pro sousední vrstvy vrstvy, aby se zabránilo šíření plamene.

Určitě jste se někdy sami sebe zeptali co teplota plamene?! Každý ví, že například k provedení některých chemických reakcí je nutné zahřát činidla. Pro takové účely používají laboratoře plynový hořák, který běží na zemní plyn, který má vynikající výhřevnost. Při spalování paliva - plynu se chemická energie spalování přeměňuje na energii tepelnou. U plynového hořáku může být plamen znázorněn následovně:

K urychlení spalování lze využít turbulence, která zvyšuje spalování mezi spalováním a spalováním, urychluje spalování. Rychlost hoření lze také zvýšit rozprašováním paliva a jeho smícháním se vzduchem pro zvětšení kontaktní plochy mezi spalováním a spalováním; tam, kde je vyžadován velmi rychlý vývoj energie, jako je tomu u raketového motoru, musí být bojová látka vkládána přímo do pohonné látky během její přípravy.

Samovolné hoření je samovolné vznícení látky, ke kterému dochází bez použití vnějších zdrojů tepla. K samovolnému hoření může dojít, když je velké množství hořlavých materiálů, jako je uhlí nebo seno, skladováno v prostoru, kde je malá cirkulace vzduchu. V této situaci se může vyvinout chemické reakce, jako je oxidace a fermentace, které vytvářejí teplo.

Nejvyšší bod plamene je jedním z nejžhavějších míst plamene. Teplota v tomto bodě je asi 1540 0 C - 1550 0 C

Trochu níže (asi 1/4 dílu) - uprostřed plamene - nejžhavější zóna je 1560 0 C

Při spalování vzniká plamen, jehož struktura je dána reagujícími látkami. Jeho struktura je rozdělena do oblastí v závislosti na teplotních ukazatelích.

Zachycené teplo zvyšuje rychlost, s jakou se vyvíjejí nové chemické reakce, s dalším uvolňováním tepla, což umožňuje zahřátí hořlavého materiálu za vzniku spontánního plamene. Produkty hoření závisí na povaze paliva a reakčních podmínkách.

Pevné palivo: především dřevo

Oxid uhličitý: Jedná se o plyn vznikající při spalování, který při koncentracích do 10 % je dusivý a smrtelný, pokud je vdechován déle než několik minut; oxid uhelnatý: je toxický plyn, který vzniká při spalování, v uzavřeném prostředí stačí koncentrace 1 % k tomu, aby během několika minut způsobil mdloby a smrt. Tuhá paliva jsou nejrozšířenější a nejpoužívanější. Patří k nejstaršímu a nejznámějšímu palivu: dřevu.

Definice

Plamen je plyn v horké formě, ve kterém jsou složky nebo látky plazmatu přítomny v pevné disperzní formě. Provádějí přeměny fyzického a chemický typ, doprovázené luminiscencí, uvolňováním tepelné energie a ohřevem.

Přítomnost iontových a radikálových částic v plynném prostředí charakterizuje jeho elektrickou vodivost a zvláštní chování v elektromagnetickém poli.

Dřevo se skládá z celulózy, ligninu, cukrů, pryskyřic, pryskyřic a různých minerálů, které na konci spalování vedou k tvorbě popela. Všechny látky získané ze dřeva, jako je papír, len, juta, konopí, bavlna atd., mají stejné vlastnosti.

Stupeň hořlavosti všech těchto látek lze měnit speciálními úpravami. Dřevo může hořet více či méně plamenem nebo dokonce plamenem nebo může být karbonizováno v závislosti na podmínkách, za kterých hoření probíhá. Důležitá vlastnost dřevo je kus, definovaný jako poměr mezi objemem dřeva a jeho vnějším povrchem. Pokud má palivo velká masa, to znamená, že jeho kontaktní plochy se vzduchem jsou relativně špatné a má také velkou hmotnost pro rozptýlení tepla, které poskytl.

Co jsou plameny

Obvykle se jedná o název procesů spojených se spalováním. Hustota plynu je ve srovnání se vzduchem nižší, ale vysoké teploty způsobují vzestup plynu. Tak vznikají plameny, které jsou dlouhé a krátké. Často dochází k hladkému přechodu z jedné formy do druhé.

Plamen: struktura a struktura

Pro určení vzhled Popsaný jev stačí zapálit.Nesvítící plamen, který se objevil, nelze nazvat homogenním. Vizuálně lze rozlišit tři hlavní oblasti. Mimochodem, studium struktury plamene ukazuje, že různé látky hoří za vzniku jiného typu pochodně.

V praxi je také snadné zapálit malý kus dřeva zdroji s relativně nízkou teplotou, zatímco dostatečně velký kus dřeva je mnohem obtížnější zapálit. Obecně, pokud jde o tuhé palivo a u kapalných paliv, kdy je palivo rozděleno na malé částice, je množství vneseného tepla mnohem menší než u menších částic, když je přirozeně dosaženo teploty vznícení. Dřevo, které lze ve velkých rozměrech považovat za stěží použitelný materiál, může při rozdělení na piliny nebo dokonce prach způsobit dokonce výbuchy.

Při spalování směsi plynu a vzduchu se nejprve vytvoří krátká pochodeň, jejíž barva má modré a fialové odstíny. Je v něm vidět jádro – zelenomodré, připomínající kužel. Zvažte tento plamen. Jeho struktura je rozdělena do tří zón:

  1. Přidělte přípravnou oblast, ve které se směs plynu a vzduchu ohřívá na výstupu z otvoru hořáku.
  2. Následuje zóna, ve které dochází ke spalování. Zabírá horní část kužele.
  3. Při nedostatečném proudění vzduchu se plyn neshoří úplně. Uvolňují se zbytky dvojmocného oxidu uhlíku a vodíku. Jejich dodatečné spalování probíhá ve třetí oblasti, kde je přístup kyslíku.

Nyní budeme samostatně zvažovat různé spalovací procesy.

Pro jeho pevná paliva je zásadní jeho dělení. Velká čepel má nízké riziko požáru, ale s malým kusem je stejný materiál velmi nebezpečný. Je třeba si uvědomit, že u velkorozměrových materiálů nejen to, že zdroj tepla má vysokou teplotu, ale také doba expozice zdroje tepla.

Nízká vodivost dřeva vede ke snížení rychlosti hoření. Jak je vidět, dřevo si zachovává své palivové vlastnosti i v případě, že je určeno k jinému použití, s tím je třeba počítat při navrhování protipožárních opatření budov. Kapalná paliva patří mezi paliva, která mají největší výhřevnost na jednotku objemu. Používají se jak v motorech, tak v topných systémech. Spalování uvnitř motorů je zvláště důležité při smíchání se vzduchem, kterému se říká karburátor.

Hořící svíčka

Pálení svíčky je podobné jako pálení zápalky nebo zapalovače. A struktura plamene svíčky připomíná proud horkého plynu, který je vytahován vztlakovými silami. Proces začíná zahřátím knotu, po kterém následuje odpaření parafínu.

Nejnižší zóna, umístěná uvnitř a přilehlá k niti, se nazývá první oblast. Má mírnou záři modré barvy kvůli velký počet palivo, ale malý objem směsi kyslíku. Zde se provádí proces nedokonalého spalování látek, jejichž uvolňováním se dále oxiduje.

Palivo smíšené se vzduchem může být ve formě drobných kapiček kapaliny nebo ve formě páry. Všechna kapalná paliva jsou zpravidla v rovnováze se svými parami, které se vyvíjejí různě v závislosti na podmínkách tlaku a teploty, na povrchu oddělujícím kapalinu a médium, které ji překrývá.

V hořlavých kapalinách dochází ke spalování, když jsou kapalné páry smíchané se vzdušným kyslíkem v koncentracích v rozmezí hořlavosti řádně vypáleny na specifikovaný povrch. Proto, aby hořela v přítomnosti spouště, musí se hořlavá kapalina změnit z kapalného stavu do stavu páry.

První zóna je obklopena svítícím druhým pláštěm, který charakterizuje strukturu plamene svíčky. Do ní se dostává větší objem kyslíku, který způsobuje pokračování oxidační reakce za účasti molekul paliva. Indikátory teploty zde budou vyšší než v tmavé zóně, ale nedostatečné pro konečný rozklad. Právě v prvních dvou oblastech se objevuje světelný efekt, když jsou kapičky nespáleného paliva a částice uhlí silně zahřáté.

Ukazatelem větší či menší hořlavosti kapaliny je teplota hořlavosti, podle které je kapalné palivo katalyzováno. Dalšími parametry charakterizujícími kapalná paliva jsou vznícení a hořlavost, limity hořlavosti, viskozita a hustota par.

Čím nižší je teplota hořlavosti, tím je pravděpodobnější, že se páry vytvoří v dostatečném množství k vznícení. Nebezpečné jsou zejména ty kapaliny, které mají teplotu hořlavosti nižší než je teplota životní prostředí, protože i bez zahřívání mohou způsobit požár.

Druhá zóna je obklopena nenápadným pláštěm s vysokými hodnotami teploty. Do něj vstupuje mnoho molekul kyslíku, což přispívá k úplnému spálení částic paliva. Po oxidaci látek není ve třetí zóně pozorován světelný efekt.

Schematické znázornění

Pro přehlednost vám představujeme obrázek hořící svíčky. Schéma plamene zahrnuje:

Mezi dvěma hořlavými kapalinami, obě s teplotou hořlavosti nižší než je teplota okolí, je však vhodnější použít vyšší teplotu hořlavosti, protože při okolní teplotě uvolňuje méně hořlavé páry, což snižuje možnost tvorby směsi vzduch-pára. v rozsahu hořlavosti.

Další negativní prvky týkající se nebezpečí ohně, jsou prezentovány. Nízká teplota vznícení paliva, která vyžaduje méně aktivační energie pro zahájení spalování; protože rozsah míšení páry a vzduchu je větší, pro které je možné zakládat a šířit oheň. V poslední době by měla být zvažována hustota hořlavých par, definovaná jako hmotnost na jednotku objemu palivových par.

  1. První nebo tmavá oblast.
  2. Druhá světelná zóna.
  3. Třetí průhledná skořápka.

Nit svíčky neprochází spalováním, ale dochází pouze ke zuhelnatění ohnutého konce.


Hořící lihová lampa

Pro chemické pokusy se často používají malé nádrže s alkoholem. Říká se jim lihové lampy. Knot hořáku je napuštěný kapalným palivem nalitým otvorem. To je usnadněno kapilárním tlakem. Po dosažení volného vrcholu knotu se alkohol začne odpařovat. V parním stavu se vznítí a hoří při teplotě nepřesahující 900 °C.

Většina nebezpečné druhy Paliva jsou nejtěžším vzduchem ve vzduchu, protože při absenci nebo nedostatečném větrání mají tendenci se hromadit a stagnovat v nízkých oblastech prostředí, čímž jsou hořlavé směsi lehčí.

Umělá kapalná paliva mají malý a malý význam, ale mnohem důležitější je třída přírodních. kapalná paliva kteří vlastní ropu. Ropa není jediná látka, ale směs tvořená převážně velkým množstvím uhlovodíků s velmi rozdílnými chemickými a fyzikální vlastnosti. Různé typy oleje mohou být přítomny i v jiných látkách než uhlovodících, jako jsou sloučeniny síry, které jsou jednou z hlavních příčin znečištění oxidem siřičitým ve velkých městech.

Plamen lihové lampy má obvyklý tvar, je téměř bezbarvý, s lehkým nádechem do modra. Jeho zóny nejsou tak jasně viditelné jako u svíčky.

Počátek ohně je pojmenován po vědci Bartelovi a nachází se nad žhavicí mřížkou hořáku. Toto prohloubení plamene vede k poklesu vnitřního tmavého kužele a střední část vystupuje z otvoru, který je považován za nejžhavější.


Barva charakteristická

Emise různých barev plamene jsou způsobeny elektronickými přechody. Říká se jim také termální. Takže v důsledku spalování uhlovodíkové složky ve vzduchu je modrý plamen způsoben uvolněním H-C připojení. A když jsou emitovány částice C-C, svítilna se změní na oranžovo-červenou.

Je obtížné uvažovat o struktuře plamene, jehož chemie zahrnuje sloučeniny vody, oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého, vazbu OH. Jeho jazyky jsou prakticky bezbarvé, protože výše uvedené částice při spálení vyzařují ultrafialové a infračervené záření.

Barva plamene je propojena s indikátory teploty, s přítomností iontových částic, které patří do určitého emisního nebo optického spektra. Spalování některých prvků tedy vede ke změně hořáku. Rozdíly ve zbarvení vlečky jsou spojeny s uspořádáním prvků v různých skupinách periodického systému.

Oheň na přítomnost záření souvisejícího s viditelným spektrem je studován spektroskopem. Přitom se zjistilo, že jednoduché látky z obecné podskupiny mají také podobné zbarvení plamene. Pro názornost se jako test tohoto kovu používá hoření sodíku. Po přivedení do plamene se jazyky zbarví jasně žlutě. Na základě barevných charakteristik je sodíková čára izolována v emisním spektru.

Pro charakteristickou vlastnost rychlé excitace světelného záření atomových částic. Když se do ohně Bunsenova hořáku vloží málo těkavé sloučeniny takových prvků, dojde k jeho zbarvení.

Spektroskopické vyšetření ukazuje charakteristické linie v oblasti viditelné lidským okem. Rychlost excitace světelného záření a jednoduchá spektrální struktura úzce souvisí s vysokou elektropozitivní charakteristikou těchto kovů.

Charakteristický

Klasifikace plamene je založena na následujících vlastnostech:

  • agregovaný stav hořících sloučenin. Přicházejí v plynné, aerodispergované, pevné a kapalné formě;
  • druh záření, které může být bezbarvé, svítivé a barevné;
  • rychlost distribuce. Dochází k rychlému a pomalému šíření;
  • výška plamene. Struktura může být krátká a dlouhá;
  • charakter pohybu reagujících směsí. Přidělte pulzující, laminární, turbulentní pohyb;
  • Vizuální vnímání. Látky hoří s uvolňováním kouřového, barevného nebo průhledného plamene;
  • indikátor teploty. Plamen může mít nízkou teplotu, studený a vysokou teplotu.
  • stav fáze palivo - oxidační činidlo.

Ke vznícení dochází v důsledku difúze nebo předběžného smíchání aktivních složek.

Oxidační a redukční oblast

Oxidační proces probíhá v nenápadné zóně. Je nejžhavější a nachází se nahoře. V něm dochází k úplnému spalování částic paliva. A přítomnost přebytku kyslíku a nedostatku paliva vede k intenzivnímu oxidačnímu procesu. Tato funkce by se měla používat při zahřívání předmětů nad hořákem. Proto je hmota ponořena v horní části plamene. Takové spalování probíhá mnohem rychleji.

Redukční reakce probíhají ve střední a spodní části plamene. Obsahuje velkou zásobu hořlavých látek a malé množství molekul O 2, které provádějí hoření. Při zavedení sloučenin obsahujících kyslík do těchto oblastí dochází k eliminaci prvku O.

Jako příklad redukčního plamene je použit proces štěpení síranu železnatého. Když se FeSO 4 dostane do centrální části plamene hořáku, nejprve se zahřeje a poté se rozloží na oxid železitý, anhydrid a oxid siřičitý. Při této reakci je pozorována redukce S s nábojem z +6 na +4.

svařovací plamen

Tento typ požáru vzniká jako výsledek spalování směsi plynu nebo kapalných par s kyslíkem v čistém vzduchu.

Příkladem je vznik kyslíko-acetylenového plamene. Zdůrazňuje:

  • jádrová zóna;
  • průměrná oblast zotavení;
  • koncová zóna vzplanutí.

Takto hoří mnoho směsí plynu a kyslíku. Rozdíly v poměru acetylenu a oxidantu vedou k jiný typ plamen. Může to být normální, nauhličující (acetylenová) a oxidační struktura.

Teoreticky lze proces nedokonalého spalování acetylenu v čistém kyslíku charakterizovat následující rovnicí: HCCH + O 2 → H 2 + CO + CO (k reakci je potřeba jeden mol O 2).

Vzniklý molekulární vodík a oxid uhelnatý reagují se vzdušným kyslíkem. Konečnými produkty jsou voda a čtyřmocný oxid uhelnatý. Rovnice vypadá takto: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 + H 2 O. Tato reakce vyžaduje 1,5 molu kyslíku. Při sečtení O 2 vychází, že na 1 mol HCCH se spotřebuje 2,5 mol. A protože je v praxi obtížné najít ideálně čistý kyslík (často mívá mírnou kontaminaci nečistotami), bude poměr O 2 k HCCH 1,10 ku 1,20.

Když je poměr kyslíku k acetylenu menší než 1,10, nastává nauhličovací plamen. Jeho struktura má zvětšené jádro, jeho obrysy jsou rozmazané. Z takového požáru se uvolňují saze kvůli nedostatku molekul kyslíku.

Pokud je poměr plynů větší než 1,20, pak se získá oxidační plamen s přebytkem kyslíku. Jeho přebytečné molekuly ničí atomy železa a další součásti ocelového hořáku. V takovém plameni se jaderná část zkrátí a má body.

Indikátory teploty

Každá zóna ohně svíčky nebo hořáku má svůj význam, kvůli přísunu molekul kyslíku. Teplota otevřeného plamene v jeho různých částech se pohybuje od 300 °C do 1600 °C.

Příkladem je difúzní a laminární plamen, který je tvořen třemi plášti. Jeho kužel tvoří tmavá oblast s teplotou do 360 °C a nedostatkem oxidačního činidla. Nad ním je záře zóna. Jeho teplotní index se pohybuje od 550 do 850 °C, což přispívá k tepelnému rozkladu hořlavá směs a její pálení.

Vnější plocha je sotva viditelná. V něm teplota plamene dosahuje 1560 °C, což je způsobeno přirozené vlastnosti molekul paliva a rychlost vstupu oxidačního činidla. Zde je spalování nejúčinnější.

Látky se vznítí za různých teplotních podmínek. Kovový hořčík tedy hoří pouze při 2210 °C. U mnoha pevných látek je teplota plamene asi 350 °C. Zapálení zápalek a petroleje je možné při 800 °C, zatímco dřevo - od 850 °C do 950 °C.

Cigareta hoří plamenem, jehož teplota se pohybuje od 690 do 790 °C a ve směsi propan-butan - od 790 °C do 1960 °C. Benzín se vznítí při 1350 °C. Plamen hořícího alkoholu má teplotu nejvýše 900 °C.