V procese horenia vzniká plameň, ktorého štruktúra je spôsobená reagujúcimi látkami. Jeho štruktúra je rozdelená do oblastí v závislosti od teplotných indikátorov.
Definícia
Plamene sa nazývajú horúce plyny, v ktorých sú zložky alebo látky plazmy prítomné v pevnej rozptýlenej forme. Vykonávajú premeny fyzikálneho a chemického typu sprevádzané luminiscenciou, uvoľňovaním tepelnej energie a zahrievaním.
Prítomnosť iónových a radikálových častíc v plynnom médiu charakterizuje jeho elektrickú vodivosť a špeciálne správanie v elektromagnetickom poli.
Čo sú plamene
Toto je zvyčajne názov procesov spojených so spaľovaním. V porovnaní so vzduchom je hustota plynu nižšia, ale vysoké teploty spôsobujú stúpanie plynu. Takto vznikajú plamene, ktoré sú dlhé a krátke. Často dochádza k hladkému prechodu z jednej formy do druhej.
Plameň: štruktúra a štruktúra
Na určenie vzhľadu opísaného javu stačí zapáliť plynový horák. Výsledný nesvietiaci plameň nemožno nazvať homogénnym. Vizuálne sú trihlavné oblasti. Mimochodom, štúdium štruktúry plameňa ukazuje, že rôzne látky horia pri vytváraní iného typu pochodne.
Keď horí zmes plynu a vzduchu, najskôr sa vytvorí krátka baterka, ktorej farba má modré a fialové odtiene. Vidno v ňom jadro – zeleno-modré, pripomínajúce šišku. Zvážte tento plameň. Jeho štruktúra je rozdelená do troch zón:
- Oddeľte prípravnú oblasť, v ktorej sa ohrieva zmes plynu a vzduchu, keď vychádza z otvoru horáka.
- Nasleduje zóna, v ktorej dochádza k spaľovaniu. Zaberá vrchol kužeľa.
- Pri nedostatočnom prúdení vzduchu plyn nespáli úplne. Uvoľňujú sa dvojmocné zvyšky oxidu uhlíka a vodíka. Ich dodatočné spaľovanie prebieha v tretej oblasti, kde je prístup kyslíku.
Teraz zvážime rôzne spaľovacie procesy oddelene.
Pálenie sviečok
Zapálenie sviečky je ako zapálenie zápalky alebo zapaľovača. A štruktúra plameňa sviečky pripomína prúd horúceho plynu, ktorý je ťahaný nahor v dôsledku vztlakových síl. Proces začína zahriatím knôtu, po ktorom nasleduje odparenie parafínu.
Najnižšia zóna vo vnútri vlákna a priľahlá k nemu sa nazýva prvá oblasť. Má mierne modrú žiaru kvôli veľkému množstvu paliva, ale malému objemu zmesi kyslíka. Tu prebieha proces nedokonalého spaľovania látok s uvoľňovaním oxidu uhoľnatého, ktorý sa ďalej oxiduje.
Prvá zónaobklopený svietiacim druhým plášťom, ktorý charakterizuje štruktúru plameňa sviečky. Vstupuje do nej väčší objem kyslíka, čo spôsobuje pokračovanie oxidačnej reakcie za účasti molekúl paliva. Indikátory teploty tu budú vyššie ako v tmavej zóne, ale nedostatočné na konečný rozklad. Práve v prvých dvoch oblastiach sa objaví svetelný efekt, keď sa kvapôčky nespáleného paliva a častice uhlia silne zahrejú.
Druhá zóna je obklopená subtílnou škrupinou s vysokými teplotami. Do nej vstupuje veľa molekúl kyslíka, čo prispieva k úplnému spáleniu častíc paliva. Po oxidácii látok sa v tretej zóne nepozoruje svetelný efekt.
Schéma
Pre prehľadnosť vám predstavujeme obrázok horiacej sviečky. Plameňový vzor obsahuje:
- Prvá alebo tmavá oblasť.
- Druhá svetelná zóna.
- Tretí priehľadný obal.
Vlákno sviečky nehorí, ale dochádza len k zuhoľnateniu ohnutého konca.
Horiaca liehová lampa
Malé nádrže s alkoholom sa často používajú na chemické experimenty. Nazývajú sa alkoholové lampy. Knôt horáka je impregnovaný tekutým palivom nalievaným cez otvor. To je uľahčené kapilárnym tlakom. Po dosiahnutí voľného vrcholu knôtu sa alkohol začne odparovať. V parnom stave sa zapáli a horí pri teplote maximálne 900 °C.
Plameň liehoviny má normálny tvar, je takmer bezfarebný, s jemným zafarbenímModrá. Jeho zóny nie sú tak jasne viditeľné ako zóny sviečky.
Na liehovom horáku, pomenovanom po vedcovi Bartelovi, sa začiatok ohňa nachádza nad žeravou mriežkou horáka. Toto prehĺbenie plameňa vedie k zníženiu vnútorného tmavého kužeľa a stredná časť vychádza z otvoru, ktorý sa považuje za najhorúcejší.
Farebná charakteristika
Emisie rôznych farieb plameňa spôsobené elektronickými prechodmi. Nazývajú sa aj termálne. Takže v dôsledku spaľovania uhľovodíkovej zložky vo vzduchu je modrý plameň spôsobený uvoľňovaním zlúčeniny H-C. A keď sú emitované častice C-C, baterka sa zmení na oranžovo-červenú.
Je ťažké vidieť štruktúru plameňa, ktorého chémia zahŕňa zlúčeniny vody, oxidu uhličitého a oxidu uhoľnatého, väzbu OH. Jeho jazyky sú prakticky bezfarebné, pretože vyššie uvedené častice pri spaľovaní vyžarujú ultrafialové a infračervené žiarenie.
Farba plameňa je prepojená s indikátormi teploty, s prítomnosťou iónových častíc, ktoré patria do určitého emisného alebo optického spektra. Horenie niektorých prvkov teda vedie k zmene farby ohňa v horáku. Rozdiely vo sfarbení oblaku súvisia s usporiadaním prvkov v rôznych skupinách periodického systému.
Požiar na prítomnosť žiarenia súvisiaceho s viditeľným spektrom, študujte spektroskop. Zároveň sa zistilo, že podobné sfarbenie plameňa majú aj jednoduché látky zo všeobecnej podskupiny. Kvôli prehľadnosti sa ako test používa spaľovanie sodíkakov. Po privedení do plameňa sa jazyky sfarbia do jasne žltej farby. Na základe farebných charakteristík je sodíková čiara izolovaná v emisnom spektre.
Alkalické kovy sa vyznačujú vlastnosťou rýchlej excitácie svetelného žiarenia atómových častíc. Keď sa do ohňa Bunsenovho horáka vložia nízko prchavé zlúčeniny takýchto prvkov, zafarbí sa.
Spektroskopické vyšetrenie ukazuje charakteristické čiary v oblasti viditeľnej ľudským okom. Rýchlosť excitácie svetelného žiarenia a jednoduchá spektrálna štruktúra úzko súvisia s vysokou elektropozitívnou charakteristikou týchto kovov.
Charakteristika
Klasifikácia plameňa je založená na nasledujúcich charakteristikách:
- súhrnný stav horiacich zlúčenín. Prichádzajú v plynnej, aerodispergovanej, pevnej a kvapalnej forme;
- typ žiarenia, ktorý môže byť bezfarebný, žiarivý a farebný;
- rýchlosť distribúcie. Rozširuje sa rýchlo a pomaly;
- výška plameňa. Štruktúra môže byť krátka alebo dlhá;
- charakter pohybu reagujúcich zmesí. Prideľte pulzujúci, laminárny, turbulentný pohyb;
- vizuálne vnímanie. Látky horia dymovým, farebným alebo priehľadným plameňom;
- ukazovateľ teploty. Plameň môže mať nízku teplotu, chlad a vysokú teplotu.
- stav fázy palivo - oxidačné činidlo.
K vznieteniu dochádza v dôsledku difúzie alebo predbežného zmiešania aktívnych zložiek.
Oblasť oxidácie a redukcie
Proces oxidácie prebieha v nenápadnej zóne. Je najhorúcejšia a nachádza sa na vrchu. V ňom častice paliva podliehajú úplnému spaľovaniu. A prítomnosť prebytku kyslíka a nedostatku paliva vedie k intenzívnemu oxidačnému procesu. Táto funkcia by sa mala používať pri ohrievaní predmetov nad horákom. Preto je látka ponorená do hornej časti plameňa. Takéto spaľovanie prebieha oveľa rýchlejšie.
Redukčné reakcie prebiehajú v strednej a spodnej časti plameňa. Obsahuje veľkú zásobu horľavých látok a malé množstvo molekúl O2, ktoré vykonávajú spaľovanie. Keď sa do týchto oblastí zavedú zlúčeniny obsahujúce kyslík, dôjde k eliminácii prvku O.
Proces štiepenia síranu železnatého sa používa ako príklad redukčného plameňa. Keď sa FeSO4 dostane do centrálnej časti plameňa horáka, najskôr sa zahreje a potom sa rozloží na oxid železitý, anhydrid a oxid siričitý. Pri tejto reakcii sa pozoruje redukcia S s nábojom z +6 na +4.
Zvárací plameň
Tento typ požiaru vzniká ako výsledok spaľovania zmesi plynu alebo kvapalnej pary s kyslíkom v čistom vzduchu.
Príkladom je vytvorenie kyslíko-acetylénového plameňa. Zdôrazňuje:
- core zone;
- stredná oblasť obnovy;
- koncová zóna vzplanutia.
Toľko horízmesi plynu a kyslíka. Rozdiely v pomere acetylénu a okysličovadla vedú k inému typu plameňa. Môže to byť normálna, nauhličujúca (acetylénová) a oxidačná štruktúra.
Teoreticky možno proces nedokonalého spaľovania acetylénu v čistom kyslíku charakterizovať nasledujúcou rovnicou: HCCH + O2 → H2+ CO +CO (reakcia vyžaduje jeden mól O2).
Výsledný molekulárny vodík a oxid uhoľnatý reagujú so vzdušným kyslíkom. Konečnými produktmi sú voda a štvormocný oxid uhoľnatý. Rovnica vyzerá takto: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. Táto reakcia vyžaduje 1,5 mólu kyslíka. Pri sčítaní O2 vyjde, že na 1 mol HCCH sa minie 2,5 mol. A keďže v praxi je ťažké nájsť dokonale čistý kyslík (často má miernu kontamináciu nečistotami), pomer O2 k HCCH bude 1,10 až 1,20.
Keď je pomer kyslíka k acetylénu menší ako 1,10, nastáva nauhličovací plameň. Jeho štruktúra má zväčšené jadro, jeho obrysy sú rozmazané. Pri takomto požiari sa uvoľňujú sadze v dôsledku nedostatku molekúl kyslíka.
Ak je pomer plynov väčší ako 1, 20, potom sa získa oxidačný plameň s prebytkom kyslíka. Jeho nadbytočné molekuly ničia atómy železa a ďalšie súčasti oceľového horáka. V takomto plameni sa jadrová časť skráti a špica.
Odčítané hodnoty teploty
Každá horná zóna sviečky alebo horáka máich hodnoty v dôsledku prísunu molekúl kyslíka. Teplota otvoreného plameňa v jeho rôznych častiach sa pohybuje od 300 °C do 1600 °C.
Príkladom je difúzny a laminárny plameň, ktorý tvoria tri plášte. Jeho kužeľ tvorí tmavá plocha s teplotou do 360 °C a nedostatkom oxidačného činidla. Nad ním je žiariaca zóna. Jeho teplotný indikátor sa pohybuje od 550 do 850 °C, čo prispieva k rozkladu tepelne horľavej zmesi a jej horeniu.
Vonkajšia oblasť je sotva viditeľná. V ňom teplota plameňa dosahuje 1560 ° C, čo je spôsobené prirodzenými vlastnosťami molekúl paliva a rýchlosťou vstupu oxidačného činidla. Tu je horenie najintenzívnejšie.
Látky sa vznietia pri rôznych teplotných podmienkach. Kovový horčík teda horí len pri 2210 °C. Pre mnoho pevných látok je teplota plameňa približne 350 °C. Zápalky a petrolej sa môžu vznietiť pri 800 °C, kým drevo sa môže vznietiť od 850 °C do 950 °C.
Cigareta horí plameňom, ktorého teplota sa pohybuje od 690 do 790 °C a v zmesi propán-bután od 790 °C do 1960 °C. Benzín sa vznieti pri 1350 °C. Plameň horiaceho alkoholu má teplotu najviac 900 °C.
