U procesu izgaranja nastaje plamen čija je struktura posljedica tvari koje reagiraju. Njegova je struktura podijeljena na regije ovisno o pokazateljima temperature.
Definicija
Plameni se nazivaju vrući plinovi, u kojima su komponente ili tvari plazme prisutne u čvrstom disperziranom obliku. Oni provode transformacije fizičkog i kemijskog tipa, praćene luminiscencijom, oslobađanjem toplinske energije i zagrijavanjem.
Prisutnost ionskih i radikalnih čestica u plinovitom mediju karakterizira njegovu električnu vodljivost i posebno ponašanje u elektromagnetskom polju.
Što je plamen
Obično je ovo naziv procesa povezanih sa izgaranjem. U usporedbi sa zrakom, gustoća plina je manja, ali visoke temperature uzrokuju porast plina. Tako nastaju plamenovi koji su dugi i kratki. Često postoji gladak prijelaz iz jednog oblika u drugi.
Plamen: struktura i struktura
Za utvrđivanje izgleda opisane pojave dovoljno je upaliti plinski plamenik. Nastali nesvjetleći plamen ne može se nazvati homogenim. Vizualno, postoje triglavna područja. Usput, proučavanje strukture plamena pokazuje da različite tvari izgaraju s stvaranjem različite vrste baklje.
Kada gori mješavina plina i zraka, prvo se formira kratka baklja čija boja ima plave i ljubičaste nijanse. U njemu je vidljiva jezgra - zeleno-plava, nalik na stožac. Razmotrite ovaj plamen. Njegova struktura podijeljena je u tri zone:
- Odvojite pripremno područje u kojem se zagrijava mješavina plina i zraka pri izlasku iz otvora plamenika.
- Slijedi zona u kojoj se događa izgaranje. Ona zauzima vrh stošca.
- Kada postoji nedostatak protoka zraka, plin ne izgara u potpunosti. Oslobađaju se dvovalentni ugljični oksid i ostaci vodika. Njihovo naknadno izgaranje odvija se u trećem području, gdje postoji pristup kisiku.
Sada razmotrimo različite procese izgaranja zasebno.
Svijeće gori
Paljenje svijeće je kao paljenje šibice ili upaljača. A struktura plamena svijeće podsjeća na mlaz vrućeg plina, koji se povlači prema gore zbog uzgonskih sila. Proces počinje zagrijavanjem fitilja, nakon čega slijedi isparavanje parafina.
Najniža zona unutar niti uz nit naziva se prva regija. Ima blagi plavi sjaj zbog velike količine goriva, ali malog volumena smjese kisika. Ovdje se odvija proces nepotpunog izgaranja tvari s oslobađanjem ugljičnog monoksida koji se dalje oksidira.
Prva zonaokružena svjetlećom drugom školjkom, koja karakterizira strukturu plamena svijeće. U njega ulazi veći volumen kisika, što uzrokuje nastavak oksidativne reakcije uz sudjelovanje molekula goriva. Pokazatelji temperature ovdje će biti viši nego u tamnoj zoni, ali nedostatni za konačnu razgradnju. Upravo se u prva dva područja pojavljuje svjetlosni efekt kada se kapljice neizgorjelog goriva i čestica ugljena snažno zagriju.
Druga zona je okružena suptilnom ljuskom s visokim vrijednostima temperature. U njega ulaze mnoge molekule kisika, što pridonosi potpunom izgaranju čestica goriva. Nakon što se tvari oksidiraju, svjetlosni efekt se ne opaža u trećoj zoni.
Shematski
Radi jasnoće, predstavljamo vam sliku upaljene svijeće. Uzorak plamena uključuje:
- Prvo ili tamno područje.
- Druga svjetlosna zona.
- Treća prozirna školjka.
Konac svijeće ne gori, već dolazi samo do ugljenisanja savijenog kraja.
Svjetiljka koja gori
Mali spremnici alkohola često se koriste za kemijske eksperimente. Zovu se alkoholne lampe. Fitilj plamenika impregniran je tekućim gorivom koje se ulijeva kroz rupu. To je olakšano kapilarnim pritiskom. Po dolasku do slobodnog vrha fitilja, alkohol počinje isparavati. U stanju pare, zapaljuje se i gori na temperaturi ne višoj od 900 ° C.
Plamen lampe je normalnog oblika, gotovo je bezbojan, s blagom nijansomplava. Njegove zone nisu tako jasno vidljive kao one kod svijeće.
Kod alkoholnog plamenika, nazvanog po znanstveniku Bartelu, početak vatre nalazi se iznad užarene rešetke plamenika. Ovo produbljivanje plamena dovodi do smanjenja unutarnjeg tamnog stošca, a srednji dio izlazi iz rupe, koja se smatra najtoplijim.
Karakteristike boje
Emisije različitih boja plamena uzrokovane elektroničkim prijelazima. Nazivaju se i toplinskim. Dakle, kao rezultat izgaranja ugljikovodične komponente u zraku, plavi plamen nastaje zbog oslobađanja spoja H-C. A kada se emitiraju čestice C-C, svjetiljka postaje narančasto-crvena.
Teško je vidjeti strukturu plamena, čija kemija uključuje spojeve vode, ugljičnog dioksida i ugljičnog monoksida, OH vezu. Njegovi jezici su praktički bezbojni, budući da gornje čestice emitiraju ultraljubičasto i infracrveno zračenje kada se izgaraju.
Boja plamena je međusobno povezana s indikatorima temperature, uz prisutnost ionskih čestica u njemu, koje pripadaju određenom emisionom ili optičkom spektru. Dakle, gorenje nekih elemenata dovodi do promjene boje vatre u plameniku. Razlike u boji baklje povezane su s rasporedom elemenata u različitim skupinama periodnog sustava.
Vatra za prisutnost zračenja vezanog uz vidljivi spektar, proučavajte spektroskop. Istodobno je utvrđeno da jednostavne tvari iz opće podskupine također imaju sličnu boju plamena. Radi jasnoće, izgaranje natrija se koristi kao test za tometal. Kada se stave u vatru, jezici postaju jarko žuti. Na temelju karakteristika boje, natrijeva linija je izolirana u spektru emisije.
Alkalijske metale karakterizira svojstvo brzog pobuđivanja svjetlosnog zračenja atomskih čestica. Kada se niskohlapljivi spojevi takvih elemenata unesu u vatru Bunsenovog plamenika, on postaje obojen.
Spektroskopski pregled pokazuje karakteristične linije u području vidljivom ljudskom oku. Brzina pobuđivanja svjetlosnog zračenja i jednostavna spektralna struktura usko su povezani s visokom elektropozitivnom karakteristikom ovih metala.
Karakteristika
Klasifikacija plamena temelji se na sljedećim karakteristikama:
- agregatno stanje gorućih spojeva. Dolaze u plinovitom, aerodisperznom, čvrstom i tekućem obliku;
- vrsta zračenja koja može biti bezbojna, svjetleća i obojena;
- brzina distribucije. Postoji brzo i sporo širenje;
- visina plamena. Struktura može biti kratka ili duga;
- karakter kretanja reakcijskih smjesa. Dodijelite pulsirajuće, laminarno, turbulentno kretanje;
- vizualna percepcija. Tvari gore dimljenim, obojenim ili prozirnim plamenom;
- indikator temperature. Plamen može biti niske temperature, hladan i visoke temperature.
- stanje faze goriva - oksidacijsko sredstvo.
Zapaljenje nastaje kao rezultat difuzije ili prethodnog miješanja aktivnih sastojaka.
Regija oksidacije i redukcije
Proces oksidacije odvija se u neupadljivoj zoni. Ona je najtoplija i nalazi se na vrhu. U njemu se čestice goriva potpuno izgaraju. A prisutnost viška kisika i manjka goriva dovodi do intenzivnog procesa oksidacije. Ovu značajku treba koristiti kada zagrijavate predmete iznad plamenika. Zato je tvar uronjena u gornji dio plamena. Takvo izgaranje se odvija mnogo brže.
Reakcije redukcije odvijaju se u središnjem i donjem dijelu plamena. Sadrži veliku zalihu zapaljivih tvari i malu količinu O2 molekula koje provode izgaranje. Kada se spojevi koji sadrže kisik uvedu u ova područja, O element se cijepa.
Proces cijepanja željeznog sulfata koristi se kao primjer reducirajućeg plamena. Kada FeSO4 dospije u središnji dio plamena plamenika, prvo se zagrijava, a zatim se razgrađuje u željezov oksid, anhidrid i sumpor-dioksid. U ovoj reakciji opaža se smanjenje S s nabojem od +6 do +4.
Plamen za zavarivanje
Ova vrsta požara nastaje kao rezultat izgaranja mješavine plina ili tekuće pare s kisikom u čistom zraku.
Primjer je stvaranje oksi-acetilenskog plamena. Ističe:
- core zona;
- srednje područje oporavka;
- završna zona.
Toliko gorimješavine plina i kisika. Razlike u omjeru acetilena i oksidatora dovode do drugačijeg tipa plamena. Može biti normalna, karburirajuća (acetilenska) i oksidirajuća struktura.
Teoretski, proces nepotpunog izgaranja acetilena u čistom kisiku može se okarakterizirati sljedećom jednadžbom: HCCH + O2 → H2+ CO +CO (za reakciju je potreban jedan mol O2).
Rezultirajući molekularni vodik i ugljični monoksid reagiraju s kisikom zraka. Krajnji proizvodi su voda i četverovalentni ugljični monoksid. Jednadžba izgleda ovako: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. Za ovu reakciju potrebno je 1,5 mol kisika. Kada se zbroji O2, ispada da se 2,5 mola potroši na 1 mol HCCH. A budući da je u praksi teško pronaći savršeno čisti kisik (često ima blagu kontaminaciju nečistoćama), omjer O2 prema HCCH bit će 1,10 do 1,20.
Kada je omjer kisika i acetilena manji od 1,10, javlja se plamen ugljičenja. Njegova struktura ima povećanu jezgru, obrisi postaju mutni. Čađa se emitira iz takve vatre, zbog nedostatka molekula kisika.
Ako je omjer plinova veći od 1, 20, tada se dobiva oksidirajući plamen s viškom kisika. Njegov višak molekula uništava atome željeza i druge komponente čeličnog plamenika. U takvom plamenu nuklearni dio postaje kratak i šiljast.
Očitavanja temperature
Svaka zona vatre ima svijeću ili plameniknjihove vrijednosti zbog opskrbe molekulama kisika. Temperatura otvorenog plamena u njegovim različitim dijelovima kreće se od 300 °C do 1600 °C.
Primjer je difuzijski i laminarni plamen koji se sastoji od tri ljuske. Njegov se konus sastoji od tamnog područja s temperaturom do 360 ° C i nedostatkom oksidacijskog sredstva. Iznad njega je zona sjaja. Njegov indikator temperature kreće se od 550 do 850 °C, što doprinosi razgradnji toplinski zapaljive smjese i njenom izgaranju.
Vanjsko područje je jedva vidljivo. U njemu temperatura plamena doseže 1560 ° C, što je zbog prirodnih karakteristika molekula goriva i brzine ulaska oksidacijskog sredstva. Ovdje je gorenje najžešće.
Tvari se pale pod različitim temperaturnim uvjetima. Dakle, metalni magnezij gori samo na 2210 °C. Za mnoge krute tvari temperatura plamena je oko 350°C. Šibice i kerozin mogu se zapaliti na 800°C, dok se drvo može zapaliti od 850°C do 950°C.
Cigareta gori plamenom čija temperatura varira od 690 do 790 °C, a u smjesi propan-butan od 790 °C do 1960 °C. Benzin se pali na 1350°C. Plamen gorućeg alkohola ima temperaturu ne veću od 900 °C.
