W procesie spalania powstaje płomień, którego struktura jest wynikiem reakcji substancji. Jego struktura podzielona jest na regiony w zależności od wskaźników temperatury.
Definicja
Płomienie nazywane są gorącymi gazami, w których składniki lub substancje plazmy są obecne w postaci stałej, rozproszonej. Przeprowadzają przemiany typu fizykochemicznego, którym towarzyszy luminescencja, uwalnianie energii cieplnej i ogrzewanie.
Obecność cząstek jonowych i rodnikowych w medium gazowym charakteryzuje jego przewodność elektryczną i specjalne zachowanie w polu elektromagnetycznym.
Co to są płomienie
Zazwyczaj jest to nazwa procesów związanych ze spalaniem. W porównaniu z powietrzem gęstość gazu jest niższa, ale wysokie temperatury powodują unoszenie się gazu. W ten sposób powstają płomienie, które są długie i krótkie. Często następuje płynne przejście z jednej formy do drugiej.
Płomień: struktura i struktura
Aby określić wygląd opisywanego zjawiska, wystarczy zapalić palnik gazowy. Powstały nieświecący płomień nie może być nazwany jednorodnym. Wizualnie są trzygłówne rejony. Nawiasem mówiąc, badanie struktury płomienia pokazuje, że różne substancje palą się, tworząc inny rodzaj pochodni.
Kiedy pali się mieszanina gazu i powietrza, najpierw tworzy się krótka pochodnia, której kolor ma niebieski i fioletowy odcień. Widoczny w nim rdzeń - zielono-niebieski, przypominający stożek. Rozważ ten płomień. Jego struktura podzielona jest na trzy strefy:
- Oddziel obszar przygotowawczy, w którym mieszanina gazu i powietrza jest podgrzewana, gdy wychodzi z otworu palnika.
- Po nim następuje strefa, w której następuje spalanie. Zajmuje szczyt stożka.
- W przypadku braku przepływu powietrza gaz nie spala się całkowicie. Uwalniane są pozostałości dwuwartościowego tlenku węgla i wodoru. Ich dopalanie odbywa się w trzecim obszarze, gdzie jest dostęp tlenu.
Teraz przyjrzyjmy się różnym procesom spalania oddzielnie.
Płonąca świeca
Palenie świecy jest jak palenie zapałki lub zapalniczki. A struktura płomienia świecy przypomina strumień gorącego gazu, który jest wciągany w górę dzięki siłom wyporu. Proces rozpoczyna się od podgrzania knota, po którym następuje odparowanie parafiny.
Najniższa strefa wewnątrz wątku i sąsiadująca z nim nazywana jest pierwszym regionem. Ma lekko niebieską poświatę ze względu na dużą ilość paliwa, ale małą objętość mieszanki tlenowej. Tutaj odbywa się proces niepełnego spalania substancji z uwolnieniem tlenku węgla, który jest dalej utleniany.
Pierwsza strefaotoczona świetlistą drugą powłoką, która charakteryzuje strukturę płomienia świecy. Dostaje się do niego większa ilość tlenu, co powoduje kontynuację reakcji oksydacyjnej z udziałem cząsteczek paliwa. Wskaźniki temperatury będą tutaj wyższe niż w strefie ciemnej, ale niewystarczające do ostatecznego rozkładu. To właśnie w dwóch pierwszych obszarach pojawia się efekt świetlny, gdy krople niespalonego paliwa i cząstki węgla są silnie nagrzane.
Druga strefa jest otoczona subtelną powłoką o wysokich wartościach temperatury. Wnika do niego wiele cząsteczek tlenu, co przyczynia się do całkowitego spalenia cząstek paliwa. Po utlenieniu substancji nie obserwuje się efektu świetlnego w trzeciej strefie.
Schemat
Dla jasności przedstawiamy Państwu obraz płonącej świecy. Wzór płomienia zawiera:
- Pierwszy lub ciemny obszar.
- Druga strefa świetlna.
- Trzecia przezroczysta powłoka.
Gwint świecy nie pali się, następuje jedynie zwęglenie zgiętego końca.
Płonąca lampa spirytusowa
Małe zbiorniki z alkoholem są często używane do eksperymentów chemicznych. Nazywane są lampami alkoholowymi. Knot palnika impregnowany jest płynnym paliwem wlewanym przez otwór. Ułatwia to ciśnienie kapilarne. Po dotarciu do wolnego wierzchołka knota alkohol zaczyna parować. W stanie pary jest podpalany i pali się w temperaturze nie wyższej niż 900 ° C.
Płomień lampy spirytusowej ma normalny kształt, jest prawie bezbarwny, z lekkim odcieniemniebieski. Jego strefy nie są tak wyraźnie widoczne jak strefy świecy.
Przy palniku spirytusowym, nazwanym na cześć naukowca Bartela, początek ognia znajduje się nad żarzącą się siatką palnika. To pogłębienie płomienia prowadzi do zmniejszenia wewnętrznego ciemnego stożka, a środkowa część wychodzi z otworu, który jest uważany za najgorętszy.
Charakterystyka koloru
Emisje płomieni o różnych kolorach, spowodowane przez przejścia elektroniczne. Nazywane są również termicznymi. Tak więc, w wyniku spalania składnika węglowodorowego w powietrzu, niebieski płomień jest spowodowany uwolnieniem związku HC. A kiedy cząstki C-C są emitowane, pochodnia zmienia kolor na pomarańczowo-czerwony.
Trudno zaobserwować strukturę płomienia, którego skład chemiczny obejmuje związki wody, dwutlenku węgla i tlenku węgla, czyli wiązanie OH. Jego języki są praktycznie bezbarwne, ponieważ powyższe cząsteczki podczas spalania emitują promieniowanie ultrafioletowe i podczerwone.
Kolor płomienia jest powiązany ze wskaźnikami temperatury, z obecnością w nim cząstek jonowych, które należą do określonej emisji lub widma optycznego. W ten sposób spalanie niektórych elementów prowadzi do zmiany koloru ognia w palniku. Różnice w kolorystyce pochodni związane są z rozmieszczeniem pierwiastków w różnych grupach układu okresowego.
Ogień na obecność promieniowania związanego z widmem widzialnym, zbadaj spektroskop. Jednocześnie stwierdzono, że proste substancje z podgrupy ogólnej również mają podobną barwę płomienia. Dla jasności jako test służy do tego spalanie sodumetal. Po wprowadzeniu do płomienia języki stają się jasnożółte. W oparciu o charakterystykę barwy linia sodowa jest izolowana w widmie emisyjnym.
Metale alkaliczne charakteryzują się właściwością szybkiego wzbudzania promieniowania świetlnego cząstek atomowych. Kiedy niskolotne związki takich pierwiastków zostaną wprowadzone do ognia palnika Bunsena, ulegają one zabarwieniu.
Badanie spektroskopowe pokazuje charakterystyczne linie w obszarze widocznym dla ludzkiego oka. Szybkość wzbudzenia promieniowania świetlnego i prosta struktura widmowa są ściśle związane z wysoką charakterystyką elektropozytywną tych metali.
Charakterystyka
Klasyfikacja płomienia opiera się na następujących cechach:
- zagregowany stan palących się związków. Występują w postaci gazowej, rozproszonej w powietrzu, stałej i płynnej;
- rodzaj promieniowania, które może być bezbarwne, świetliste i kolorowe;
- szybkość dystrybucji. Rozprzestrzenianie się jest szybkie i wolne;
- wysokość płomienia. Struktura może być krótka lub długa;
- charakter ruchu reagujących mieszanin. Przydziel ruch pulsacyjny, laminarny, turbulentny;
- percepcja wzrokowa. Substancje palą się dymnym, kolorowym lub przezroczystym płomieniem;
- wskaźnik temperatury. Płomień może mieć niską temperaturę, zimno i wysoką temperaturę.
- stan paliwa fazowego - utleniacz.
Zapalenie następuje w wyniku dyfuzji lub wstępnego zmieszania składników aktywnych.
Obszar utleniania i redukcji
Proces utleniania odbywa się w niewidocznej strefie. Jest najgorętsza i znajduje się na szczycie. W nim cząsteczki paliwa ulegają całkowitemu spaleniu. A obecność nadmiaru tlenu i niedoboru paliwa prowadzi do intensywnego procesu utleniania. Ta funkcja powinna być wykorzystywana podczas podgrzewania przedmiotów nad palnikiem. Dlatego substancja jest zanurzona w górnej części płomienia. Takie spalanie przebiega znacznie szybciej.
Reakcje redukcji zachodzą w środkowej i dolnej części płomienia. Zawiera dużą ilość substancji palnych i niewielką ilość cząsteczek O2, które przeprowadzają spalanie. Kiedy związki zawierające tlen są wprowadzane do tych obszarów, pierwiastek O jest rozszczepiany.
Proces rozszczepiania siarczanem żelaza jest używany jako przykład płomienia redukującego. Gdy FeSO4 dostanie się do środkowej części płomienia palnika, najpierw nagrzewa się, a następnie rozkłada na tlenek żelaza, bezwodnik i dwutlenek siarki. W tej reakcji obserwuje się redukcję S z ładunkiem od +6 do +4.
Płomień spawalniczy
Ten rodzaj ognia powstaje w wyniku spalania mieszaniny gazu lub pary cieczy z tlenem w czystym powietrzu.
Przykładem jest powstawanie płomienia acetylenowo-tlenowego. Podkreśla:
- strefa rdzenia;
- średni obszar odzyskiwania;
- strefa końcowa flary.
Tyle pali sięmieszaniny gazowo-tlenowe. Różnice w proporcji acetylenu i utleniacza prowadzą do innego rodzaju płomienia. Może mieć normalną, nawęglającą (acetylenową) i utleniającą strukturę.
Teoretycznie proces niepełnego spalania acetylenu w czystym tlenie można scharakteryzować następującym równaniem: HCCH + O2 → H2+ CO + CO (reakcja wymaga jednego mola O2).
Powstały cząsteczkowy wodór i tlenek węgla reagują z tlenem z powietrza. Produktami końcowymi są woda i czterowartościowy tlenek węgla. Równanie wygląda tak: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. Ta reakcja wymaga 1,5 mola tlenu. Sumując O2 okazuje się, że na 1 mol HCCH zużywa się 2,5 mola. A ponieważ w praktyce trudno jest znaleźć idealnie czysty tlen (często ma on niewielkie zanieczyszczenie zanieczyszczeniami), stosunek O2 do HCCH będzie wynosił 1,10 do 1,20.
Gdy stosunek tlenu do acetylenu jest mniejszy niż 1,10, pojawia się płomień nawęglający. Jego struktura ma powiększony rdzeń, jego zarysy stają się rozmyte. Sadza jest emitowana z takiego ognia, ze względu na brak cząsteczek tlenu.
Jeżeli stosunek gazów jest większy niż 1, 20, uzyskuje się płomień utleniający z nadmiarem tlenu. Jego nadmiar molekuł niszczy atomy żelaza i inne elementy stalowego palnika. W takim płomieniu część jądrowa staje się krótka i spiczasta.
Odczyty temperatury
Każda strefa ognia świecy lub palnika maich wartości ze względu na dostarczanie cząsteczek tlenu. Temperatura otwartego płomienia w jego różnych częściach waha się od 300 °C do 1600 °C.
Przykładem jest płomień dyfuzyjny i laminarny, który tworzą trzy muszle. Jej stożek składa się z ciemnego obszaru o temperaturze do 360°C i braku środka utleniającego. Nad nim znajduje się strefa blasku. Jego wskaźnik temperatury waha się od 550 do 850 °C, co przyczynia się do rozkładu mieszanki termopalnej i jej spalania.
Obszar zewnętrzny jest ledwo widoczny. W nim temperatura płomienia osiąga 1560 ° C, co wynika z naturalnych właściwości cząsteczek paliwa i szybkości wnikania środka utleniającego. To tutaj spalanie jest najbardziej intensywne.
Substancje zapalają się w różnych warunkach temperaturowych. Tak więc metaliczny magnez pali się tylko w temperaturze 2210 °C. Dla wielu ciał stałych temperatura płomienia wynosi około 350°C. Zapałki i nafta mogą zapalić się w temperaturze 800°C, a drewno w temperaturze od 850°C do 950°C.
Papieros pali się płomieniem, którego temperatura waha się od 690 do 790°C, aw mieszaninie propan-butan od 790°C do 1960°C. Benzyna zapala się w 1350°C. Płomień palącego się alkoholu ma temperaturę nie wyższą niż 900 ° C.
