Полум'я складається із 3 частин зон. Практична робота "Прийоми поводження з лабораторним обладнанням

Чим проклинати темряву,
краще запалити хоча б
одну маленьку свічку.
Конфуцій

На початку

Перші спроби зрозуміти механізм горіння пов'язані з іменами англійця Роберта Бойля, француза Антуана Лорана Лавуазьє та російського Михайла Васильовича Ломоносова. Виявилося, що при горінні речовина нікуди не «зникає», як наївно вважали колись, а перетворюється на інші речовини, переважно газоподібні і тому невидимі. Лавуазьє в 1774 вперше показав, що при горінні з повітря йде приблизно п'ята його частина. Протягом ХІХ століття вчені докладно досліджували фізичні та хімічні процеси, що супроводжують горіння. Необхідність таких робіт була викликана насамперед пожежами та вибухами в шахтах.

Але лише в останній чверті ХХ століття було виявлено основні хімічні реакції, що супроводжують горіння, і до цього дня в хімії полум'я залишилося чимало темних плям. Їх досліджують самими сучасними методамиу багатьох лабораторіях. Ці дослідження мають кілька цілей. З одного боку, треба оптимізувати процеси горіння в топках ТЕЦ та в циліндрах двигунів внутрішнього згоряння, запобігти вибуховому горінню (детонації) при стисканні в циліндрі автомобіля повітряно-бензинової суміші. З іншого боку, необхідно зменшити кількість шкідливих речовин, що утворюються в процесі горіння, і одночасно - шукати більше ефективні засобигасіння вогню.

Існують два види полум'я. Паливо і окислювач (найчастіше кисень) можуть примусово або мимоволі підводитися до зони горіння окремо і змішуватися вже в полум'ї. А можуть змішуватися заздалегідь - такі суміші здатні горіти або навіть вибухати без повітря, як, наприклад, пороху, піротехнічні суміші для феєрверків, ракетні палива. Горіння може відбуватися як за участю кисню, що надходить у зону горіння з повітрям, і за допомогою кисню, укладеного в речовині-окислювачі. Одна з таких речовин – бертолетова сіль (хлорат калію KClO 3); цю речовину легко віддає кисень. Сильний окислювач - азотна кислота HNO 3: чистому виглядівона займає багато органічних речовин. Нітрати, солі азотної кислоти (наприклад, як добрива - калійної чи аміачної селітри), легко спалахують, якщо змішані з горючими речовинами. Ще один потужний окисник, тетраоксид азоту N 2 O 4 - компонент ракетного палива. Кисень можуть замінити і такі сильні окисники, як, наприклад, хлор, в якому горять багато речовин, або фтор. Чистий фтор - один із найсильніших окислювачів, у його струмені горить вода.

Ланцюгові реакції

Основи теорії горіння та поширення полум'я було закладено наприкінці 20-х років минулого століття. В результаті цих досліджень було відкрито розгалужені ланцюгові реакції. За це відкриття вітчизняний фізикохімік Микола Миколайович Семенов та англійський дослідник Сиріл Хіншельвуд були у 1956 році удостоєні Нобелівської преміїз хімії. Простіші нерозгалужені ланцюгові реакції відкрив ще 1913 року німецький хімік Макс Боденштейн з прикладу реакції водню з хлором. Сумарно реакція виражається простим рівнянням H2 + Cl2 = 2HCl. Насправді вона йде за участю дуже активних уламків молекул – про вільних радикалів. Під дією світла в ультрафіолетовій та синій областях спектру або за високої температури молекули хлору розпадаються на атоми, які і починають довгий (іноді до мільйона ланок) ланцюжок перетворень; кожне з цих перетворень називається елементарною реакцією:

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

На кожній стадії (ланці реакції) відбувається зникнення одного активного центру (атома водню або хлору) та одночасно з'являється новий активний центр, що продовжує ланцюг. Ланцюги обриваються, коли зустрічаються дві активні частинки, наприклад Cl + Cl → Cl 2 . Кожен ланцюг поширюється дуже швидко, тому якщо генерувати «початкові» активні частинки з високою швидкістю, реакція піде так швидко, що може призвести до вибуху.

Н. Н. Семенов і Хіншельвуд виявили, що реакції горіння парів фосфору і водню йдуть інакше: найменша іскра або відкрите полум'я можуть викликати вибух навіть за кімнатній температурі. Ці реакції - розгалужено-ланцюгові: активні частинки в ході реакції "розмножуються", тобто при зникненні однієї активної частки з'являються дві або три. Наприклад, у суміші водню та кисню, яка може спокійно зберігатися сотні років, якщо немає зовнішніх впливів, поява з тієї чи іншої причини активних атомів водню запускає такий процес:

H + O 2 → OH + O,
O+H2 → OH+H.

Таким чином, за мізерний проміжок часу одна активна частка (атом H) перетворюється на три (атом водню і два гідроксильні радикали OH), які запускають вже три ланцюги замість одного. В результаті число ланцюгів лавиноподібно зростає, що моментально призводить до вибуху суміші водню та кисню, оскільки у цій реакції виділяється багато теплової енергії. Атоми кисню присутні в полум'ї та при горінні інших речовин. Їх можна виявити, якщо направити струмінь стиснутого повітряупоперек верхньої частини полум'я пальника. При цьому в повітрі виявиться характерний запах озону - це атоми кисню «прилипли» до молекул кисню з утворенням молекул озону: О + О 2 = О 3, які були винесені з полум'я холодним повітрям.

Можливість вибуху суміші кисню (або повітря) з багатьма горючими газами – воднем, чадним газом, метаном, ацетиленом – залежить від умов, в основному від температури, складу та тиску суміші. Так, якщо в результаті витоку побутового газу на кухні (він складається в основному з метану) його вміст у повітрі перевищить 5%, то суміш вибухне від полум'я сірника або запальнички і навіть від маленької іскри, що проскочила у вимикачі під час запалювання світла. Вибуху не буде, якщо ланцюги обриваються швидше, ніж встигають розгалужуватися. Саме тому була безпечна лампа для шахтарів, яку англійський хімік Хемфрі Деві розробив у 1816 році, нічого не знаючи про хімію полум'я. У цій лампі відкритий вогонь був відгороджений від зовнішньої атмосфери (яка могла стати вибухонебезпечною) частою металевою сіткою. На поверхні металу активні частинки ефективно зникають, перетворюючись на стабільні молекули, і тому не можуть проникнути у зовнішнє середовище.

Повний механізм розгалужено-ланцюгових реакцій дуже складний може включати більше сотні елементарних реакцій. До розгалужено-ланцюгових відносяться багато реакцій окислення та горіння неорганічних та органічних сполук. Такою ж буде і реакція поділу ядер важких елементів, наприклад, плутонію або урану, під впливом нейтронів, які виступають аналогами активних частинок у хімічних реакціях. Проникаючи в ядро ​​важкого елемента, нейтрони викликають його поділ, що супроводжується виділенням дуже великої енергії; одночасно з ядра вилітають нові нейтрони, що викликають поділ сусідніх ядер. Хімічні та ядерні розгалужено-ланцюгові процеси описуються подібними математичними моделями.

Що треба для початку

Щоб розпочалося горіння, потрібно виконати низку умов. Насамперед, температура пального речовини має перевищувати якесь граничне значення, яке називається температурою займання. Знаменитий роман Рея Бредбері "451 градус по Фаренгейту" названий так тому, що приблизно за цієї температури (233 ° C) спалахує папір. Це «температура займання», вище за яку тверде паливо виділяє горючі пари або газоподібні продукти розкладання в кількості, достатньому для їх стійкого горіння. Приблизно така сама температура займання і сухої соснової деревини.

Температура полум'я залежить від природи горючої речовини та умов горіння. Так, температура в полум'ї метану повітря досягає 1900°C, а при горінні в кисні - 2700°C. Ще гаряче полум'я дають при згорянні в чистому кисні водень (2800 ° C) і ацетилен (3000 ° C). Недарма полум'я ацетиленового пальника легко ріже майже будь-який метал. Найвищу температуру, близько 5000°C (вона зафіксована у Книзі рекордів Гіннесса), дає при згорянні в кисні легкокипляча рідина - субнітрид вуглецю З 4 N 2 (ця речовина має будову диціаноацетилену NC-C=C-CN). А за деякими даними, при горінні його в атмосфері озону температура може сягати 5700°C. Якщо ж цю рідину підпалити на повітрі, вона згорить червоним полум'ям, що коптить, із зелено-фіолетовою облямівкою. З іншого боку, відомі і холодні полум'я. Так, наприклад, горять при низький тискпари фосфору. Порівняно холодне полум'я виходить і при окисленні за певних умов сірковуглецю та легких вуглеводнів; наприклад, пропан дає холодне полум'я при зниженому тиску та температурі від 260–320°C.

Тільки в останній чверті ХХ століття став прояснюватися механізм процесів, що відбуваються в полум'ї багатьох горючих речовин. Механізм цей дуже складний. Вихідні молекули зазвичай дуже великі, щоб, реагуючи з киснем, безпосередньо перетворитися на продукти реакції. Так, наприклад, горіння октану, одного з компонентів бензину, виражається рівнянням 2С 8 Н 18 + 25О 2 = 16СО 2 + 18Н 2 О. Однак всі 8 атомів вуглецю і 18 атомів водню в молекулі октану ніяк не можуть одночасно з'єднатися з 50 атомами : для цього має розірватися безліч хімічних зв'язківі утворитися багато нових. Реакція горіння відбувається багатостадійно - так, щоб на кожній стадії розривалася і утворювалася лише невелика кількість хімічних зв'язків, і процес складається з безлічі елементарних реакцій, що послідовно протікають, сукупність яких і представляється спостерігачеві як полум'я. Вивчати елементарні реакції складно передусім оскільки концентрації реакційно-здатних проміжних частинок в полум'ї вкрай малі.

Всередині полум'я

Оптичне зондування різних ділянок полум'я за допомогою лазерів дозволило встановити якісний та кількісний склад присутніх там активних частинок – осколків молекул пального речовини. Виявилося, що навіть у простий вид реакції горіння водню в кисні 2Н 2 + О 2 = 2Н 2 Про відбувається більше 20 елементарних реакцій за участю молекул О 2 , Н 2 , О 3 , Н 2 О 2 , Н 2 О, активних частинок Н, О, ВІН, АЛЕ 2 . Ось, наприклад, що написав про цю реакцію англійський хімік Кеннет Бейлі в 1937 році: «Рівняння реакції з'єднання водню з киснем - перше рівняння, з яким знайомиться більшість початківців вивчати хімію. Ця реакція здається їм дуже простою. Але навіть професійні хіміки бувають дещо вражені, побачивши книгу в сотню сторінок під назвою «Реакція кисню з воднем», опубліковану Хіншельвудом та Вільямсоном у 1934 році». До цього можна додати, що у 1948 року було опубліковано значно більшу за обсягом монографія А. Б. Налбандяна і У. Воєводського під назвою «Механізм окислення і горіння водню».

Сучасні методи дослідження дозволили вивчити окремі стадії подібних процесів, виміряти швидкість, з якою різні активні частинки реагують одна з одною та зі стабільними молекулами за різних температур. Знаючи механізм окремих стадій процесу, можна зібрати і весь процес, тобто змоделювати полум'я. Складність такого моделювання полягає не тільки у вивченні всього комплексу елементарних хімічних реакцій, але і в необхідності враховувати процеси дифузії частинок, теплоперенесення та конвекційних потоків у полум'ї (саме останні влаштовують гру мов вогнища, що заворожує).

Звідки все береться

Основне паливо сучасної промисловості - вуглеводні, починаючи від найпростішого, метану, і закінчуючи важкими вуглеводнями, що містяться у мазуті. Полум'я навіть найпростішого вуглеводню - метану може містити до ста елементарних реакцій. При цьому далеко не всі їх вивчені досить докладно. Коли горять важкі вуглеводні, наприклад ті, що у парафіні, їх молекули що неспроможні досягти зони горіння, залишаючись цілими. Ще на підході до полум'я вони через високу температуру розщеплюються на уламки. При цьому від молекул зазвичай відщеплюються групи, що містять два атоми вуглецю, наприклад, З 8 Н 18 → З 2 Н 5 + З 6 Н 13 . Активні частинки з непарним числом атомів вуглецю можуть відщеплювати атоми водню, утворюючи з'єднання з подвійними З=З і потрійними З З зв'язками. Було виявлено, що в полум'ї такі сполуки можуть вступати в реакції, які не були раніше відомі хімікам, оскільки поза полум'ям вони не йдуть, наприклад, С 2 Н 2 + О → СН 2 + СО, СН 2 + О 2 → СО 2 + Н + Н.

Поступова втрата водню вихідними молекулами призводить до збільшення в них частки вуглецю, поки не утворюються частки З 2 Н 2 З 2 Н З 2 . Зона синьо-блакитного полум'я обумовлена ​​свіченням у цій зоні збуджених частинок 2 і СН. Якщо доступ кисню в зону горіння обмежений, то ці частинки не окислюються, а збираються в агрегати - полімеризуються за схемою З 2 Н + З 2 Н 2 → З 4 Н 2 + Н, З 2 Н + З 4 Н 2 → З 6 Н 2 + Н і т.д.

В результаті утворюються частинки сажі, що складаються майже виключно атомів вуглецю. Вони мають форму крихітних кульок діаметром до 0,1 мікрометра, які містять приблизно мільйон атомів вуглецю. Такі частки при високій температурі дають полум'я жовтого кольору, що добре світиться. У верхній частині полум'я свічки ці частки згоряють, тому свічка не димить. Якщо ж відбувається подальше злипання цих аерозольних частинок, то утворюються більші частинки сажі. В результаті полум'я (наприклад, гуми, що горить) дає чорний дим. Такий дим з'являється, якщо у вихідному паливі підвищена частка вуглецю щодо водню. Прикладом можуть бути скипидар - суміш вуглеводнів складу З 10 Н 16 (C n H 2n-4), бензол С 6 Н 6 (C n H 2n-6), інші горючі рідини з нестачею водню - всі вони при горінні коптять. Полум'я, що коптить і яскраво світить, дає ацетилен С 2 Н 2 (C n H 2n–2), що горить на повітрі; колись таке полум'я використовували в ацетиленових ліхтарях, встановлених на велосипедах та автомобілях, у шахтарських лампах. І навпаки: вуглеводні з високим змістомводню - метан СН 4 , етан С 2 Н 6 пропан С 3 Н 8 бутан С 4 Н 10 ( загальна формула C n H 2n+2) - горять при достатньому доступі повітря майже безбарвним полум'ям. Суміш пропану та бутану у вигляді рідини під невеликим тиском знаходиться в запальничках, а також у балонах, які використовують дачники та туристи; такі ж балони встановлені у автомобілях, що працюють на газі. Порівняно недавно було виявлено, що в кіптяви часто присутні кулясті молекули, що складаються з 60 атомів вуглецю; їх назвали фуллеренами, а відкриття цієї нової формивуглецю було ознаменовано присудженням у 1996 році Нобелівської премії з хімії.

Сьогодні ми маємо виконати першу практичну роботу. Лабораторне обладнання та прийоми роботи з ним. Правила техніки безпеки під час роботи в кабінеті хімії»

Інструкція (план) виконання роботи:

У цій роботі вам буде потрібно: 1.Вивчити зміст лекції; 2. Познайомитися з правилами техніки безпеки під час роботи у хімічній лабораторії; 3.Вивчити основні види зразків лабораторного посуду та обладнання, а також їх призначення; 4. Вивчити пристрій спиртування та будову полум'я, а також правила поводження зі спиртуванням; 5. Попрацювати із тренажерами. 6.Оформити та надіслати вчителю електронний звіт про виконану роботу.

I. Правила техніки безпеки:

Речовини бувають різні:

Їдкі та вибухонебезпечні

Буває, що вони самі спалахують

А є такі, якими отруюються.

Якщо ти не хочеш отримати опік

Або надихатися ртутними парами,

Ці правила безпеки уважно прочитай

І у хімічному кабінеті їх ніколи не забувай!

1.

При роботі з речовинами не беріть їх руками

І не пробуйте на смак,

Реактиви не кавун:

Злізе шкіра з язика

І відвалиться рука

2.

Став собі питання,

Але не сунь у пробірку ніс:

Будеш плакати і чхати,

Сльози градом проливали.

Помахай рукою ти до носа -

Ось відповідь на всі запитання

3.

З речовинами невідомими

Не проводи змішування недоречні:

Незнайомі розчини ти один з одним не зливай

Не зсипай в один посуд, не заважай, не підпалюй!

4.

Якщо ти працюєш із твердою речовиною,

Не бери його лопатою і не надумай брати ковшем.

Ти візьми його трошки -

Одну восьму чайної ложки.

При роботі з рідиною кожен повинен знати:

Мірити треба у краплях, відром не наливати.

5.

Якщо на руку тобі кислота чи луг потрапила,

Руку швидко промив водою з-під крана

І щоб ускладнень собі не доставити,

Не забудь вчителя повідомити поставити.

6.

У кислоту не лий ти воду, а навпаки

Тонким струмком підливаючи,

Обережно заважаючи,

Лій у воду кислоту –

Так відвадиш ти лихо.

ІІ. "Лабораторне обладнання та посуд"

Зразок	Назва
	ПРОБИРКОТРИМУВАЧ Необхідний для безпечного нагрівання пробірки під час проведення хімічної реакції
	Фарфорова чашка Для випарювання (кристалізації)
	КОЛБИ Для приготування розчинів, проведення реакцій
	ШТАТИВ ЛАБОРАТОРНИЙ
	МІРНИЙ ЦИЛІНДР
	ПРОБИРАННЯ
	АСБЕСТОВА сітка Використовується для рівномірного розподілу тепла на дно скляного посуду

Зразок	Назва
	ШТАТИВ ДЛЯ ПРОБИРОК
	СПИРТОВКА
	ХІМІЧНА СКЛАДА
	ФАРФОРОВА СТУПКА З ПЕСТИКОМ Для подрібнення твердих речовин
	ВОРОНКА
	ПОДІЛЬНА ВОРОНКА Поділ сумішей рідин з різними щільностями

ІІІ. Правила роботи зі спиртуванням

1. Запалювати лише сірником, забороняється запалювати від іншого спиртування.
2. Перед тим, як запалити, потрібно розправити ґнот, а диск повинен щільно прилягати до шийки.
3. Не можна переносити спиртування під час роботи у запаленому вигляді з одного столу на інший.
4. Гасити тільки ковпачком – не дмухати!

Це має кожен знати:
Спирт у спиртовці підпалювати
Сірником тільки можна
І дуже обережно.
Щоб полум'я погасити
Спиртування слід закрити.
І для цього, друже,
Вона має ковпачок.

IV. Пристрій спиртування

1 – скляний резервуар, заповнений на 3/4 спиртом;

2 - металева трубка з диском, утримує гніт, оберігає від випаровування та займання спирту.

3 - гніт;

4 – ковпачок.

V. Будова полум'я

Проведіть невеликий домашній експеримент, за допомогою якого вивчимо будову полум'я.

Засвітіть свічку та уважно розгляньте полум'я. Ви помітите, що воно неоднорідне за кольором. Полум'я має три зони (мал.)

Темна зона 1 знаходиться у нижній частині полум'я. Це найхолодніша зона порівняно з іншими. Темну зону облямовує найяскравіша частина полум'я 2. Температура тут вище, ніж у темній зоні, але найвища температура – ​​у верхній частині полум'я 3.

Щоб переконатися, що різні зони полум'я мають різну температуру можна провести такий досвід. Помістіть сірник у полум'я так, щоб він перетинав усі три зони. Ви побачите, що лучинка сильніше обвуглилася там, де вона потрапила в зони 2 і 3. Значить, полум'я там гарячіше.

Незважаючи на те, що язички полум'я в кожному випадку відрізняються формою, розмірами і навіть забарвленням, всі вони мають однакову будову – ті ж три зони: внутрішню темну (найхолоднішу), середню світну (гарячу) і зовнішню безбарвну (найгарячу).

Отже, висновком із проведеного експерименту може бути твердження про те, що будова будь-якого полум'я однакова. Практичне значення цього висновку полягає в наступному: щоб нагріти в полум'ї який-небудь предмет, його треба вносити в саму гарячу, тобто. у верхню частину полум'я.

Ціль: навчитися описувати результати спостережень

Реактиви та обладнання: парафінова свічка, вапняна вода; лучинка, скляна трубка з відтягнутим кінцем, хімічний стакан, мірний циліндр, сірники, фарфоровий предмет (порцелянова чашка для випарювання), щипці тигельні, пробіркотримач, скляні банки об'ємом 0,5, 0.8, 1, 2, 3, 5 .

Завдання 1. Спостереження за свічкою, що горить.

Свої спостереження оформіть як невеликого твору. Намалюйте полум'я свічки.

Свічка складається із парафіну, має специфічний запах. У середині знаходиться гніт.
При горінні гніт свічка плавиться. Чутно невеликий трекс, виділяється тепло.

Завдання 2. Дослідження різних елементів полум'я.

1. Полум'я, як ви знаєте, має три зони. Які? При дослідженні нижньої частини полум'я винесіть в нього за допомогою щипців тигельних кінець скляної трубки, тримаючи під кутом 45-50 гр. До іншого кінця трубки піднесіть лучину, що горить. Що спостерігаєте?

Горіння виділяється тепло.

2. З метою вивчення середньої частини полум'я, найяскравішою, внесіть у неї (за допомогою тигельних щипців) на 2-3 з порцелянову чашу. Що виявили?

Почорніння.

3. Для дослідження складу верхньої частини полум'я внесіть у неї на 2-3 з перекинуту, змочену вапняною водою хімічну склянку так, щоб полум'я опинилося в середині склянки. Що спостерігаєте?

Утворення твердого осаду.

4. Для встановлення різниці температури в різних частинах полум'я внесіть на 2-3 з лучинку в нижню частину полум'я (що вона перетнула всі його чості по горизонталі). Що ви бачите?

Верхня частина згоряє швидше.

5. Оформіть звіт, заповнивши таблицю 4.

№	ХІД РОБОТИ	СПОСТЕРЕЖЕННЯ	ВИСНОВКИ
1	дослідження внутрішньої частини полум'я	виходить біла газоподібна речовина, лучинка загоряється	внутрішня частина полум'я є газоподібним парафіном.
2	дослідження середньої частини полум'я	дно чашки покривається кіптявою	середня частина містить вуглець, що утворився у реакції
3	дослідження верхньої частини полум'я	каламутніє вапняна вода Сa(OH)2+CO2 -> CaCl3+Н2O	при горінні виділяється СО2, який тримає в облозі Сa(OH)
4	дослідження різниці температури	лучинка обвуглюється в середній та верхній частині	температура вища у середній частині, ніж у нижній. Найвища температура у верхній частині

Завдання 3. Вивчення швидкості витрати кисню під час горіння.

1. Засвітіть свічку та накрийте її банкою об'ємом 0,5 л. Визначте час, протягом якого горить свічка.

Проведіть такі дії, використовуючи банки інших обсягів.

Заповніть таблицю 5.

Тривалість горіння свічки залежить від обсягу повітря.

2. Зобразіть графік залежності тривалості горіння свічки від обсягу банки (повітря). Визначте по ньому час, через який згасне свічка, накрита банкою об'ємом 10 л.

3. Розрахуйте час, протягом якого горітиме свічка в закритому шкільному кабінеті.

Довжина шкільного кабінету хімії (а) дорівнює 5 м, ширина (б) дорівнює 5 м, висота (в) – 3 м.
Об'єм шкільного кабінету хімії дорівнює 75 куб. або 75 000 л. Час, протягом якого горітиме свічка з урахуванням того, що в приміщення не надходить повітря і весь кисень витрачається на горіння свічки, 2700000 с або 750 год.

Завдання 4. Ознайомлення з пристроєм спиртування.

1. Розгляньте рисунок 2 і напишіть назву кожної частини спиртівки. Необхідну інформацію ви знайдете на с.23 навчального посібника.

1. Спирт
2. Гніт
3. Утримувач ґноту
4. Ковпачок

а) Чому при запаленні спиртівки сірник підносять збоку?

Щоб не одержати опік.

б) Чому не можна запалювати спиртування від іншого палаючого спирту?

Спирт може пролитися та спалахнути.

2. Користуючись обладнанням, що є на вашому столі, закип'ятіть воду в пробірці.

На малюнку показано, скільки води має бути в пробірці, як правильно закріпити її в тримачі або лапці штатива і в яку частину полум'я потрібно внести пробірку.

а) Скільки води необхідно налити в пробірку?

2/3 пробірки.

б) Як проводити пробірку над полум'ям спиртівки?

Під кутом від себе.

Види палива. Горіння палива- одне з найпоширеніших джерел енергії, що використовується людиною.

Розрізняють кілька видів паливаза агрегатним станом: тверде паливо, рідке паливо та газоподібне паливо. Відповідно можна навести приклади: тверде паливо - це кокс, вугілля, рідке - нафта та продукти її переробки (гас, бензин, олія, мазути, газоподібне паливо - це гази (метан, пропан, бутан і т.д.)

Фаза згоряння з полум'ям забезпечує вдвічі більше тепла ніж прецесивна фаза дужок. Сьогодні є продукти, які роблять теплову емісію дуже однорідною та регулярною в часі! Завдяки технічним дослідженням та експериментам зрозуміло, що залишкові пари, що утворюються в результаті спалювання деревини, можуть бути рекомбінантними, створюючи ще гарну кількість тепла. На додаток до їх допалювання утворюються менш забруднюючі пари, і досягається значне зменшення кількості чадного газу, що виділяється.

Ці печі також оснащені пірометром контролю тенденції спалювання. Це вимірювальний прилад, це термометр температури згоряння. Можливо корисно налаштувати та зберегти температуру горіння. Часто пірометр застосовується до курильного каналу. Ми зазвичай відповідаємо протягом кількох годин! Згоряння є хімічною реакцією, яка включає окислення палива двигуном внутрішнього згоряння з виділенням тепла і електромагнітним випромінюванням, що часто включає свічення.

Важливим параметромкожного виду палива є його теплотворна здатністьяка, у багатьох випадках і визначає напрямок використання палива.

Теплотворна здатність- це така кількість теплоти, що виділяється при згорянні 1 кг (або 1 м 3) палива при тиску 101,325 кПа та 0 0 C, тобто за нормальних умов. Виражається теплотворна здатністьв одиницях кДж/кг (кілоджоуль на кг). Звичайно, у різних видівпалива різні теплотворні здібності:

"Кільце вогню" складається з трьох елементів, які необхідні для виникнення реакції горіння. Часткове збудження - це кисень повітря, але інші речовини також можуть діяти як окислювачі; тригер: реакція між паливом та кумулятором не є спонтанною, але вона пов'язана із зовнішнім тригером. Тригер – це енергія активації, необхідна для того, щоб молекули реагентів розпочали реакцію та повинні бути передбачені зовні. Тоді енергія, що виділяється самою реакцією, дозволяє самопідтримуватись без додаткових зовнішніх енергетичних витрат.

• Паливо: це речовина, що окислюється у процесі горіння.
• Тригер може бути, наприклад, джерелом тепла чи іскри.

Якщо немає одного з елементів трикутника, вогонь не розвивається і не гасне.

Вугілля буре - 25550 Вугілля кам'яне - 33920 Торф - 23900

• гас - 35000
• дерево - 18850
• бензин - 46000
• метан – 50000

Видно, що метан з перерахованих вище видів палива має найвищу теплотворну здатність.

Вимкнення вогню насправді можливе шляхом віднімання палива, задушенням або охолодженням. Як ми вже вказували, для спалювання необхідна одночасна присутність палива, кумулята та температури вище за певний поріг. Однак необхідно, щоб відношення палива до спалювання знаходилося в певних межах, відомих як межі займистості. Межі займання у разі газоподібного палива виражаються у відсотках за обсягом палива в горючій повітряній суміші. Вони відрізняються нижньою межею та верхньою межею займистості.

Щоб отримати тепло, що міститься в паливі, його потрібно нагріти до температури займання і, звичайно ж, за наявності достатньої кількості кисню. У процесі хімічної реакції – горіння – виділяється велика кількість теплоти.

Як горить вугілля. Вугілля нагрівається, розжарюється під дією кисню, утворюючи у своїй оксид вуглецю (IV), тобто CO 2 (або вуглекислий газ). Потім CO 2 верхньому шарірозпеченого вугілля знову реагує з вугіллям, внаслідок чого утворюється нове хімічне з'єднання- оксид вуглецю (II) або CO - чадний газ. Але ця речовина дуже активна і як тільки в повітрі з'являється достатня кількість кисню, то речовина CO згоряє блакитним полум'ям з утворенням вуглекислого газу.

Нижня межа займання - це мінімальна концентрація палива в суміші пального повітря, яка дозволяє останньому реагувати, якщо спрацьовує, що призводить до виникнення полум'я, яке може поширюватися по всій суміші. Верхньою межею займистості є максимальна концентрація палива, при якій згоряння, тобто повітря є недостатнім для утворення полум'я, яке може поширюватися по всій суміші.

Якщо займистий газ або пара розбавляється надлишковим повітрям, тепло, що виділяється при займанні, недостатньо для підвищення суміжних суміжних шарів до точки займання. Полум'я не може поширюватися по всій суміші, але гасить. Якщо в суміші є надмірна кількість палива, це буде працювати як розріджувач, зменшуючи кількість тепла, доступного для суміжних шарів шару, щоб запобігти поширенню полум'я.

Напевно, колись ставили собі питання, яка температура полум'я?! Всім відомо, що, наприклад, для деяких хімічних реакцій потрібно зробити нагрівання реагентів. Для таких цілей у лабораторіях використовують газовий пальник, що працює на природному газі, що має чудовий теплотворну здатність. При горінні палива - газу хімічна енергія горіння перетворюється на теплову енергію. Для газового пальника полум'я можна зобразити так:

Для прискорення горіння може використовуватися турбулентність, яка збільшує згоряння між згорянням та згорянням, прискорюючи горіння. Швидкість горіння може бути збільшена шляхом розпилення палива і змішування його з повітрям, щоб збільшити контактну поверхню між згорянням і спалюванням; де потрібний дуже швидкий розвиток енергії, наприклад, у двигуні ракети, комбатант повинен бути включений безпосередньо в паливо під час його підготовки.

Спонтанне горіння – це спонтанне запалення речовини, яке відбувається без застосування зовнішніх джерел тепла. Мимовільне спалювання може статися, коли велика кількість легкозаймистих матеріалів, таких як вугілля або сіно, зберігаються в районі, де циркуляція повітря незначна. У цій ситуації можуть розвинутися хімічні реакції, такі як окислення та ферментація, які виробляють тепло.

Найвища точка полум'я - одне з найгарячіших місць полум'я. Температура в цій точці близько 1540 0 C - 1550 0 C

Трохи нижче (близько 1/4 частини) - у середині полум'я - найгарячіша зона 1560 0 C

У процесі горіння утворюється полум'я, будова якого обумовлена ​​речовинами, що реагують. Його структура поділена області залежно від температурних показників.

Захоплена теплота збільшує швидкість, з якою розвиваються нові хімічні реакції, з подальшим виділенням тепла, що дозволяє таким чином нагрівати легкозаймистий матеріал для створення спонтанного полум'я. Продукти горіння залежать від природи палива та умов реакції.

Тверде паливо: деревина зокрема

Двоокис вуглецю: це газ, що утворюється при спалюванні, який при концентраціях до 10% задушливий і смертельний, якщо дихати більш ніж на кілька хвилин; оксид вуглецю: є токсичним газом, який утворюється під час горіння, в закритих середовищах концентрація в 1% достатня, щоб спричинити непритомність і смерть через кілька хвилин. Тверді види палива є найпоширенішими і ті, що використовуються більше часу. Вони відносяться до найстаріших і найвідоміших серед палива: деревини.

Визначення

Полум'ям називають гази у розжареному вигляді, у яких присутні складові плазми або речовини у твердій дисперсній формі. У них здійснюються перетворення фізичного та хімічного типу, що супроводжуються світінням, виділенням теплової енергії та розігрівом.

Наявність ж у газоподібному середовищі іонних та радикальних частинок характеризує його електричну провідність та особливу поведінку в електромагнітному полі.

Деревина складається з целюлози, лігніну, цукрів, смол, смол та різних мінеральних речовин, які наприкінці згоряння призводять до утворення попелу. У тих же характеристиках є всі речовини, отримані з деревини, такі як папір, льон, джут, пенька, бавовна і т.д.

Ступінь горючості всіх цих речовин може бути змінена через спеціальні обробки. Деревина може горіти більш-менш полум'ям або навіть полум'ям або карбонізуватись залежно від умов, за яких відбувається спалювання. Важливою особливістюДеревини є шматок, що визначається як співвідношення між обсягом деревини та її зовнішньою поверхнею. Якщо паливо має велику масуЦе означає, що його поверхня контакту з повітрям відносно погана, а також має велику масу, щоб розсіяти тепло, яке воно дало.

Що таке язики полум'я

Зазвичай так називають процеси, пов'язані із горінням. Порівняно з повітрям, газова щільність менша, але високі температурні показники зумовлюють підняття газу. Так і утворюються язики полум'я, які бувають довгими та короткими. Часто відбувається і плавний перехід одних форм до інших.

Полум'я: будова та структура

Для визначення зовнішнього виглядуописуваного явища досить запалити полум'я, що з'явилося, не світиться не можна назвати однорідним. Візуально можна виділити три його основні сфери. До речі, вивчення будови полум'я показує, що різні речовини горять із заснуванням різного типу факела.

На практиці невеликий шматок дерева також легко спрацьовує із відносно низькотемпературними джерелами, тоді як досить великий шматок дерева загоряється набагато складніше. Загалом, як для твердого палива, Так і для рідкого палива, коли паливо підрозділяється на дрібні частинки, кількість тепла, що вводиться набагато менше, ніж частинки меншого розміру, коли, природно, температура досягається запалювання. Тому деревина, яка у великих розмірах може вважатися придатним для використання матеріалом, коли вона розділена на тирсу або навіть пил, може навіть викликати вибухи.

При горінні суміші з газу та повітря спочатку відбувається формування короткого факела, колір якого має блакитні та фіолетові відтінки. У ньому проглядається ядро ​​– зелено-блакитне, що нагадує конус. Розглянемо це полум'я. Будова його поділяється на три зони:

1. Виділяють підготовчу область, де відбувається нагрівання суміші з газу і повітря при виході з отвору пальника.
2. За нею слідує зона, в якій відбувається горіння. Вона займає верхівку конуса.
3. Коли є нестача повітряного потоку, газ згоряє в повному обсязі. Виділяється вуглецю двовалентний оксид та водневі залишки. Їхнє догорання протікає в третій області, де є кисневий доступ.

Тепер окремо розглянемо різноманітні процеси горіння.

Для твердого палива його підрозділ має важливе значення. Велике лезо має низький ризик пожежі, але з невеликим шматочком той самий матеріал дуже небезпечний. Слід зазначити, що у разі великомасштабних матеріалів не лише факт, що джерело тепла має високу температуру, але також час дії джерела тепла.

Низька провідність деревини призводить до зниження швидкості горіння. Як видно, деревина зберігає свої властивості палива, навіть якщо вона призначена для інших цілей, і це необхідно враховувати при розробці заходів боротьби з пожежами для будівель. Рідкі палива належать до палива, які мають найвищу теплотворну здатність на одиницю об'єму. Вони використовуються як у двигунах, так і в системах опалення. Спалювання всередині двигунів особливо важливо при змішуванні з повітрям, яке сприймає назву карбюратора.

Горіння свічки

Горіння свічки подібне до горіння сірника або запальнички. А будова полум'я свічки нагадує розпечений газовий потік, який витягується вгору за рахунок сил, що виштовхують. Процес починається з нагрівання ґнота, за яким слідує випаровування парафіну.

Саму нижню зону, що знаходиться всередині та прилеглу до нитки, називають першою областю. Вона має невелике світіння синього кольоручерез великої кількостіпалива, але малого обсягу кисневої суміші. Тут здійснюється процес неповного згоряння речовин із виділенням який надалі окислюється.

Паливо, змішане з повітрям, може бути у вигляді крихітних крапель рідини або у вигляді пари. Як правило, всі рідкі палива перебувають у рівновазі зі своїми парами, які розвиваються по-різному залежно від умов тиску та температури, на поверхні, що розділяє рідину та середовище, які перекривають її.

У легкозаймистих рідинах згоряння відбувається, коли рідкі пари, змішані з повітряним киснем в концентраціях в діапазоні займистості, запускаються відповідним чином на зазначеній поверхні. Тому для спалювання в присутності тригера легкозаймиста рідина повинна переходити зі стану рідини в стан пари.

Першу зону оточує друга оболонка, що світиться, що характеризує будову полум'я свічки. До неї надходить більший кисневий обсяг, що зумовлює продовження окисної реакції з участю паливних молекул. Температурні показники тут будуть вищими, ніж у темній зоні, але недостатні для кінцевого розкладання. Саме в перших двох областях при сильному нагріванні крапель незгорілого палива і вугільних частинок з'являється ефект, що світиться.

Показник більшої або меншої займистості рідини забезпечується температурою займистості, відповідно до якої каталізується рідке паливо. Іншими параметрами, що характеризують рідке паливо, є запалення та займистість, межі займистості, в'язкість і щільність пари.

Чим нижча температура займистості, тим більша ймовірність утворення пари в таких кількостях, щоб вони спалахнули. Особливо небезпечні ті рідини, які мають температуру займистості нижче температури довкілля, оскільки навіть без нагрівання вони можуть спричинити пожежу.

Друга зона оточена слабопомітною оболонкою з високими температурними значеннями. До неї входить багато кисневих молекул, що сприяє повному догоранню паливних частинок. Після окислення речовин, у третій зоні ефект, що світиться, не спостерігається.

Схематичне зображення

Для наочності представляємо до вашої уваги зображення горіння свічки. Схема полум'я включає:

Однак між двома легкозаймистими рідинами, як з температурою займистості нижче, ніж температура навколишнього середовища, переважно використовувати більш високу температуру займистості, оскільки при температурі навколишнього середовища вона виділятиме меншу кількість легкозаймистих парів, що зменшує можливість утворення повітряно-парової суміші в діапазон займистості.

Подальші негативні елементи, що стосуються пожежної небезпекипредставлені. Низька температура займання палива, що спричиняє меншу енергію активації для початку згоряння; оскільки діапазон змішування пари та повітря більший, для чого можливий запуск та розповсюдження вогню. Слід останнім часом розглянути щільність легкозаймистих парів, що визначається як маса на одиницю об'єму паливної пари.

1. Першу чи темну область.
2. Другу світиться зону.
3. Третю прозору оболонку.

Нитка свічки не піддається горінню, лише відбувається обвугливание загнутого кінця.

Горіння спиртівки

Для хімічних експериментів часто використовують невеликі резервуари із спиртом. Їх називають спиртівками. Гнот пальника просочується залитим через отвір рідким паливом. Цьому сприяє тиск капілярний. При досягненні вільної верхівки ґноту спирт починає випаровуватися. У пароподібному стані він підпалюється та горить при температурі не більше 900 °C.

Найбільш небезпечні видипалива - найважче повітря в повітрі, тому що у відсутності або нестачі вентиляції вони мають тенденцію накопичуватися і застоюватися на низьких ділянках навколишнього середовища, що робить легкозаймисті суміші легшими.

Штучне рідке паливо мало і мало важливо, але набагато важливіше за клас натуральних рідких палив, Яким належить нафту. Олія - ​​це не одна речовина, а суміш, утворена переважно великою кількістю вуглеводнів з дуже різними хімічними речовинами. фізичними властивостями. Різні типиолії можуть бути також присутні в речовинах, відмінних від вуглеводнів, таких як сполуки сірки, які є однією з основних причин забруднення двоокису сірки у великих містах.

Полум'я спиртування має звичайну форму, воно практично безбарвне, з невеликим відтінком блакитного. Його зони не так чітко видно, як у свічки.

У названої на честь вченого Бартеля, початок вогню розташовується над скелькою пальника. Таке заглиблення полум'я призводить до зменшення внутрішнього темного конуса, а з отвору виходить середня ділянка, яка вважається гарячою.

Колірна характеристика

Випромінювання різних кольорів полум'я викликається електронними переходами. Їх ще називають тепловими. Так, в результаті горіння вуглеводневого компонента в повітряному середовищі, синє полум'я зумовлене виділенням з'єднання H-C. А при випромінюванні частинок C-C факел забарвлюється в оранжево-червоний колір.

Важко розглянути будову полум'я, хімія якого включає сполуки води, вуглекислого та чадного газу, зв'язок OH. Його мови майже безбарвні, оскільки вищезазначені частинки при горінні виділяють випромінювання ультрафіолетового та інфрачервоного діапазону.

Забарвлення полум'я взаємопов'язане з температурними показниками з наявністю в ньому іонних частинок, які відносяться до певного емісійного або оптичного спектру. Так, горіння деяких елементів призводить до зміни пальника. Відмінності в фарбуванні факела пов'язані з розташуванням елементів у різних групах періодичної системи.

Вогонь на наявність випромінювань, які стосуються видимого спектру, вивчають спектроскопом. При цьому було встановлено, що прості речовиниіз загальної підгрупи надають і таке фарбування полум'я. Для наочності використовують горіння натрію як тест на даний метал. При внесенні його в полум'я язики стають яскраво-жовтими. На підставі колірних показників виділяють натрієву лінію в емісійному діапазоні.

Для характерна властивість швидкого збудження світлового випромінювання атомарних частинок. При внесенні важких сполук таких елементів у вогонь пальника Бунзена відбувається його фарбування.

Спектроскопічне дослідження показує характерні лінії в області, видимій для людини. Швидкість збудження світлового випромінювання та проста спектральна будова тісно взаємопов'язані з високою електропозитивною характеристикою даних металів.

Характеристика

В основі класифікації полум'я лежать такі характеристики:

• стан агрегатний згоряючих з'єднань. Вони бувають газоподібної, аеродисперсної, твердої та рідкої форми;
• тип випромінювання, яке може бути безбарвним, що світиться та забарвленим;
• розподільна швидкість. Існує швидке та повільне поширення;
• висота полум'я. Будова може бути короткою і довгою;
• характер пересування реагуючих сумішей. Виділяють пульсуюче, ламінарне, турбулентне переміщення;
• візуальне сприйняття. Речовини горять із виділенням коптячого, кольорового чи прозорого полум'я;
• температурний показник. Полум'я може бути низькотемпературним, холодним та високотемпературним.
• стан фази паливо – окислюючий реагент.

Займання відбувається в результаті дифузії або попереднього перемішування активних компонентів.

Окислювальна та відновна область

Процес окислення протікає у слабопомітній зоні. Вона найгарячіша і розташовується вгорі. У ній паливні частки зазнають повного згоряння. А наявність у кисневому надлишку та пального недоліку призводить до інтенсивного процесу окиснення. Цією особливістю слід користуватися при нагріванні предметів над пальником. Саме тому речовину занурюють у верхню частину полум'я. Таке горіння протікає набагато швидше.

Відновлювальні реакції проходять у центральній та нижній частині полум'я. Тут міститься великий запас горючих речовин і мала кількість O 2 молекул, що здійснюють горіння. При внесенні в ці області кисневмісних сполук здійснюється відщеплення O елемента.

Як приклад відновлювального полум'я використовують процес розщеплення заліза двовалентного сульфату. При попаданні FeSO 4 в центральну частину смолоскипа пальника відбувається спочатку його нагрівання, а потім розкладання на оксид тривалентного заліза, ангідрид і двоокис сірки. У цій реакції спостерігається відновлення S із зарядом від +6 до +4.

Зварювальне полум'я

Даний вид вогню утворюється в результаті згоряння суміші з газу або пари рідини з киснем чистого повітря.

Прикладом є формування полум'я киснево-ацетиленового. У ньому виділяють:

• зону ядра;
• середню область відновлення;
• смолоскипну крайню зону.

Так горять багато газокисневих сумішей. Відмінності у співвідношенні ацетилену та окислювача призводять до різного типуполум'я. Воно може бути нормальної, навуглерожуючої (ацетиленістої) та окисної будови.

Теоретично процес неповного згоряння ацетилену в чистому кисні можна охарактеризувати наступним рівнянням: HCCH + O 2 → H 2 + CO +CO (для реакції необхідна одна моль O 2 ).

Отриманий молекулярний водень і чадний газ реагують з повітряним киснем. Кінцевими продуктами є вода та оксид чотиривалентного вуглецю. Рівняння має такий вигляд: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 +H 2 O. Для цієї реакції необхідно 1,5 моля кисню. При підсумовуванні O 2 виходить, що 2,5 моль витрачається 1 моль HCCH. А так як на практиці важко знайти ідеально чистий кисень (часто він має невелике забруднення домішками), співвідношення O 2 до HCCH буде 1,10 до 1,20.

Коли значення пропорції кисню до ацетилену менше 1,10, виникає полум'я, що вуглерожує. Будова його має збільшене ядро, контури його стають розпливчастими. З такого вогню виділяється кіптяву, внаслідок нестачі кисневих молекул.

Якщо співвідношення газів більше 1,20, то виходить окисне полум'я з кисневим надлишком. Зайві молекули руйнують атоми заліза та інші компоненти сталевого пальника. У такому полум'ї ядерна частина стає короткою і має загострення.

Температурні показники

Кожна зона вогню свічки або пальника має свої значення, зумовлені надходженням кисневих молекул. Температура відкритого полум'я у його частинах коливається від 300 °C до 1600 °C.

Прикладом є полум'я дифузійне і ламінарне, яке утворене трьома оболонками. Конус його складається з темної ділянки з температурою до 360 ° C і недоліком речовин, що окислює. Над ним розташовується зона світіння. Її температурний показник коливається від 550 до 850 °C, що сприяє термічному розкладанню. паливної сумішіта її горіння.

Зовнішня область ледь помітна. У ній температура полум'я сягає 1560 °C, що зумовлено природними характеристикамипаливних молекул та швидкістю надходження окислюючої речовини. Тут горіння найенергійніше.

Речовини займаються за різних температурних умов. Так, металевий магній горить лише за 2210 °С. Багато твердих речовин температура полум'я близько 350 °З. Загоряння сірників і гасу можливе за 800 °С, тоді як деревини - від 850 °С до 950 °С.

Сигарета горить полум'ям, температура якого варіюється від 690 до 790 ° С, а пропан-бутановой суміші - від 790 ° С до 1960 ° С. Бензин спалахує при 1350 °С. Полум'я горіння спирту має температуру трохи більше 900 °З.