Στη διαδικασία της καύσης σχηματίζεται φλόγα, η δομή της οποίας οφείλεται στις αντιδρώντες ουσίες. Η δομή του χωρίζεται σε περιοχές ανάλογα με τους δείκτες θερμοκρασίας.
Ορισμός
Οι φλόγες ονομάζονται θερμά αέρια, στα οποία τα συστατικά ή οι ουσίες του πλάσματος υπάρχουν σε στερεά διασπαρμένη μορφή. Πραγματοποιούν μετασχηματισμούς φυσικού και χημικού τύπου, που συνοδεύονται από φωταύγεια, απελευθέρωση θερμικής ενέργειας και θέρμανση.
Η παρουσία ιοντικών και ριζικών σωματιδίων σε ένα αέριο μέσο χαρακτηρίζει την ηλεκτρική αγωγιμότητα και την ιδιαίτερη συμπεριφορά του σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Τι είναι οι φλόγες
Συνήθως αυτό είναι το όνομα των διεργασιών που σχετίζονται με την καύση. Σε σύγκριση με τον αέρα, η πυκνότητα του αερίου είναι χαμηλότερη, αλλά οι υψηλές θερμοκρασίες προκαλούν αύξηση του αερίου. Έτσι σχηματίζονται οι φλόγες που είναι μακριές και κοντές. Συχνά υπάρχει μια ομαλή μετάβαση από τη μια μορφή στην άλλη.
Φλόγα: δομή και δομή
Για να προσδιορίσετε την εμφάνιση του περιγραφόμενου φαινομένου, αρκεί να ανάψετε έναν καυστήρα αερίου. Η προκύπτουσα μη φωτεινή φλόγα δεν μπορεί να ονομαστεί ομοιογενής. Οπτικά, είναι τρειςκύριες περιοχές. Παρεμπιπτόντως, η μελέτη της δομής της φλόγας δείχνει ότι διαφορετικές ουσίες καίγονται με το σχηματισμό διαφορετικού τύπου φακού.
Όταν καίγεται ένα μείγμα αερίου και αέρα, σχηματίζεται αρχικά ένας κοντός φακός, το χρώμα του οποίου έχει μπλε και μοβ αποχρώσεις. Ο πυρήνας είναι ορατός σε αυτό - πράσινο-μπλε, που μοιάζει με κώνο. Σκεφτείτε αυτή τη φλόγα. Η δομή του χωρίζεται σε τρεις ζώνες:
- Διαχωρίστε την προπαρασκευαστική περιοχή στην οποία θερμαίνεται το μείγμα αερίου και αέρα καθώς εξέρχεται από την οπή του καυστήρα.
- Ακολουθείται από τη ζώνη στην οποία γίνεται η καύση. Καταλαμβάνει την κορυφή του κώνου.
- Όταν υπάρχει έλλειψη ροής αέρα, το αέριο δεν καίγεται εντελώς. Απελευθερώνονται δισθενή υπολείμματα οξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου. Η μετακαύση τους γίνεται στην τρίτη περιοχή, όπου υπάρχει πρόσβαση οξυγόνου.
Ας εξετάσουμε τώρα διαφορετικές διαδικασίες καύσης ξεχωριστά.
Καψίματα
Το κάψιμο ενός κεριού είναι σαν να καίτε ένα σπίρτο ή έναν αναπτήρα. Και η δομή μιας φλόγας κεριού μοιάζει με ένα ζεστό ρεύμα αερίου, το οποίο τραβιέται προς τα πάνω λόγω των δυνάμεων άνωσης. Η διαδικασία ξεκινά με τη θέρμανση του φυτιλιού και ακολουθεί η εξάτμιση της παραφίνης.
Η χαμηλότερη ζώνη μέσα και δίπλα στο νήμα ονομάζεται πρώτη περιοχή. Έχει μια ελαφρά μπλε λάμψη λόγω της μεγάλης ποσότητας καυσίμου, αλλά του μικρού όγκου του μείγματος οξυγόνου. Εδώ, η διαδικασία της ατελούς καύσης των ουσιών πραγματοποιείται με την απελευθέρωση μονοξειδίου του άνθρακα, το οποίο οξειδώνεται περαιτέρω.
Πρώτη ζώνηπου περιβάλλεται από ένα φωτεινό δεύτερο κέλυφος, το οποίο χαρακτηρίζει τη δομή της φλόγας του κεριού. Σε αυτό εισέρχεται μεγαλύτερος όγκος οξυγόνου, γεγονός που προκαλεί τη συνέχιση της οξειδωτικής αντίδρασης με τη συμμετοχή μορίων καυσίμου. Οι δείκτες θερμοκρασίας εδώ θα είναι υψηλότεροι από ό,τι στη σκοτεινή ζώνη, αλλά ανεπαρκείς για τελική αποσύνθεση. Είναι στις δύο πρώτες περιοχές που εμφανίζεται ένα φωτεινό φαινόμενο όταν θερμαίνονται έντονα τα σταγονίδια του άκαυτου καυσίμου και των σωματιδίων άνθρακα.
Η δεύτερη ζώνη περιβάλλεται από ένα λεπτό κέλυφος με υψηλές τιμές θερμοκρασίας. Πολλά μόρια οξυγόνου εισέρχονται σε αυτό, γεγονός που συμβάλλει στην πλήρη καύση των σωματιδίων του καυσίμου. Αφού οξειδωθούν οι ουσίες, η φωτεινή επίδραση δεν παρατηρείται στην τρίτη ζώνη.
Σχηματικό
Για λόγους σαφήνειας, παρουσιάζουμε στην προσοχή σας την εικόνα ενός αναμμένου κεριού. Το μοτίβο φλόγας περιλαμβάνει:
- Πρώτη ή σκοτεινή περιοχή.
- Δεύτερη φωτεινή ζώνη.
- Τρίτο διαφανές κέλυφος.
Το νήμα του κεριού δεν καίγεται, αλλά συμβαίνει μόνο η απανθράκωση του λυγισμένου άκρου.
Φωτιστικό φωτιστικό που καίει
Μικρές δεξαμενές αλκοόλ χρησιμοποιούνται συχνά για χημικά πειράματα. Ονομάζονται λάμπες αλκοόλης. Το φυτίλι του καυστήρα είναι εμποτισμένο με υγρό καύσιμο που χύνεται μέσα από την οπή. Αυτό διευκολύνεται από την τριχοειδική πίεση. Μόλις φτάσει στην ελεύθερη κορυφή του φυτιλιού, το αλκοόλ αρχίζει να εξατμίζεται. Σε κατάσταση ατμού, καίγεται και καίγεται σε θερμοκρασία όχι μεγαλύτερη από 900 ° C.
Η φλόγα της λυχνίας έχει κανονικό σχήμα, είναι σχεδόν άχρωμη, με ελαφριά απόχρωσημπλε. Οι ζώνες του δεν είναι τόσο ευδιάκριτες όσο αυτές ενός κεριού.
Στον καυστήρα αλκοόλης, που πήρε το όνομά του από τον επιστήμονα Bartel, η αρχή της φωτιάς βρίσκεται πάνω από το πλέγμα πυρακτώσεως του καυστήρα. Αυτή η εμβάθυνση της φλόγας οδηγεί σε μείωση του εσωτερικού σκούρου κώνου και το μεσαίο τμήμα βγαίνει από την τρύπα, η οποία θεωρείται η πιο καυτή.
Χρωματικό χαρακτηριστικό
Εκπομπές διαφορετικών χρωμάτων φλόγας, που προκαλούνται από ηλεκτρονικές μεταβάσεις. Ονομάζονται και θερμικά. Άρα, ως αποτέλεσμα της καύσης του συστατικού υδρογονάνθρακα στον αέρα, η μπλε φλόγα οφείλεται στην απελευθέρωση της ένωσης H-C. Και όταν εκπέμπονται σωματίδια C-C, ο φακός γίνεται πορτοκαλοκόκκινος.
Είναι δύσκολο να δούμε τη δομή της φλόγας, η χημεία της οποίας περιλαμβάνει ενώσεις νερού, διοξειδίου του άνθρακα και μονοξειδίου του άνθρακα, τον δεσμό ΟΗ. Οι γλώσσες του είναι πρακτικά άχρωμες, αφού τα παραπάνω σωματίδια εκπέμπουν υπεριώδη και υπέρυθρη ακτινοβολία όταν καίγονται.
Το χρώμα της φλόγας είναι διασυνδεδεμένο με δείκτες θερμοκρασίας, με την παρουσία ιοντικών σωματιδίων σε αυτήν, τα οποία ανήκουν σε ένα συγκεκριμένο φάσμα εκπομπής ή οπτικού φάσματος. Έτσι, η καύση κάποιων στοιχείων οδηγεί σε αλλαγή του χρώματος της φωτιάς στον καυστήρα. Οι διαφορές στο χρωματισμό του φακού συνδέονται με τη διάταξη των στοιχείων σε διαφορετικές ομάδες του περιοδικού συστήματος.
Πυρκαγιά για την παρουσία ακτινοβολίας που σχετίζεται με το ορατό φάσμα, μελετήστε το φασματοσκόπιο. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι απλές ουσίες από τη γενική υποομάδα έχουν επίσης παρόμοιο χρωματισμό της φλόγας. Για λόγους σαφήνειας, η καύση νατρίου χρησιμοποιείται ως δοκιμή για αυτόμέταλλο. Όταν μπαίνουν στη φλόγα, οι γλώσσες γίνονται έντονο κίτρινο. Με βάση τα χρωματικά χαρακτηριστικά, η γραμμή νατρίου απομονώνεται στο φάσμα εκπομπής.
Τα αλκαλιμέταλλα χαρακτηρίζονται από την ιδιότητα της ταχείας διέγερσης της ακτινοβολίας φωτός των ατομικών σωματιδίων. Όταν ενώσεις χαμηλής πτητικότητας τέτοιων στοιχείων εισάγονται στη φωτιά ενός καυστήρα Bunsen, αυτός χρωματίζεται.
Η φασματοσκοπική εξέταση δείχνει χαρακτηριστικές γραμμές στην περιοχή που είναι ορατή με το ανθρώπινο μάτι. Η ταχύτητα διέγερσης της φωτεινής ακτινοβολίας και η απλή φασματική δομή σχετίζονται στενά με το υψηλό ηλεκτροθετικό χαρακτηριστικό αυτών των μετάλλων.
Χαρακτηριστικό
Η ταξινόμηση της φλόγας βασίζεται στα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
- αθροιστική κατάσταση των ενώσεων καύσης. Έρχονται σε αέρια, αεροδιεσπαρμένα, στερεά και υγρά·
- ένας τύπος ακτινοβολίας που μπορεί να είναι άχρωμη, φωτεινή και έγχρωμη;
- ταχύτητα διανομής. Υπάρχει γρήγορη και αργή εξάπλωση;
- ύψος φλόγας. Η δομή μπορεί να είναι μικρή ή μεγάλη;
- χαρακτήρας κίνησης των αντιδρώντων μιγμάτων. Εκχωρήστε παλμική, στρωτή, τυρβώδη κίνηση,
- οπτική αντίληψη. Οι ουσίες καίγονται με καπνιστή, έγχρωμη ή διαφανή φλόγα·
- δείκτης θερμοκρασίας. Η φλόγα μπορεί να είναι χαμηλή, κρύα και υψηλή θερμοκρασία.
- κατάσταση της φάσης καύσιμο - οξειδωτικός παράγοντας.
Η ανάφλεξη συμβαίνει ως αποτέλεσμα της διάχυσης ή της προανάμιξης των δραστικών συστατικών.
Περιοχή οξείδωσης και αναγωγής
Η διαδικασία οξείδωσης λαμβάνει χώρα σε μια δυσδιάκριτη ζώνη. Είναι η πιο καυτή και βρίσκεται στην κορυφή. Σε αυτό, τα σωματίδια του καυσίμου υφίστανται πλήρη καύση. Και η παρουσία περίσσειας οξυγόνου και ανεπάρκειας καυσίμου οδηγεί σε μια εντατική διαδικασία οξείδωσης. Αυτή η λειτουργία θα πρέπει να χρησιμοποιείται κατά τη θέρμανση αντικειμένων πάνω από τον καυστήρα. Γι' αυτό η ουσία βυθίζεται στο πάνω μέρος της φλόγας. Μια τέτοια καύση προχωρά πολύ πιο γρήγορα.
Αντιδράσεις μείωσης λαμβάνουν χώρα στο κεντρικό και κάτω μέρος της φλόγας. Περιέχει μεγάλη ποσότητα εύφλεκτων ουσιών και μικρή ποσότητα μορίων O2 που πραγματοποιούν την καύση. Όταν οι ενώσεις που περιέχουν οξυγόνο εισάγονται σε αυτές τις περιοχές, το στοιχείο Ο διασπάται.
Η διαδικασία διάσπασης θειικού σιδήρου χρησιμοποιείται ως παράδειγμα αναγωγικής φλόγας. Όταν το FeSO4 εισχωρεί στο κεντρικό τμήμα της φλόγας του καυστήρα, αρχικά θερμαίνεται και στη συνέχεια αποσυντίθεται σε οξείδιο του σιδήρου, ανυδρίτη και διοξείδιο του θείου. Σε αυτή την αντίδραση, παρατηρείται η μείωση του S με φορτίο από +6 σε +4.
Φλόγα συγκόλλησης
Αυτός ο τύπος φωτιάς σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της καύσης ενός μείγματος αερίου ή υγρού ατμού με οξυγόνο στον καθαρό αέρα.
Ένα παράδειγμα είναι ο σχηματισμός φλόγας οξυ-ακετυλενίου. Τονίζει:
- ζώνη πυρήνα;
- μέτρια περιοχή αποκατάστασης;
- ζώνη τερματισμού έκρηξης.
Τόσα πολλά καίγονταιμίγματα αερίου-οξυγόνου. Οι διαφορές στην αναλογία ακετυλενίου και οξειδωτικού οδηγούν σε διαφορετικό τύπο φλόγας. Μπορεί να είναι κανονική, ενυδατωτική (ακετυλενική) και οξειδωτική δομή.
Θεωρητικά, η διαδικασία ατελούς καύσης ακετυλενίου σε καθαρό οξυγόνο μπορεί να χαρακτηριστεί από την ακόλουθη εξίσωση: HCCH + O2 → H2+ CO +CO (η αντίδραση απαιτεί ένα mol O2).
Το προκύπτον μοριακό υδρογόνο και μονοξείδιο του άνθρακα αντιδρούν με το οξυγόνο του αέρα. Τα τελικά προϊόντα είναι το νερό και το τετρασθενές μονοξείδιο του άνθρακα. Η εξίσωση μοιάζει με αυτό: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. Αυτή η αντίδραση απαιτεί 1,5 mol οξυγόνου. Όταν συνοψίσουμε το O2, αποδεικνύεται ότι δαπανώνται 2,5 mol για 1 mol HCCH. Και επειδή στην πράξη είναι δύσκολο να βρεθεί απολύτως καθαρό οξυγόνο (συχνά έχει μια ελαφρά μόλυνση με ακαθαρσίες), η αναλογία O2 προς HCCH θα είναι 1,10 προς 1,20.
Όταν η αναλογία οξυγόνου προς ακετυλένιο είναι μικρότερη από 1,10, εμφανίζεται μια φλόγα ενανθράκωσης. Η δομή του έχει διευρυμένο πυρήνα, τα περιγράμματα του γίνονται θολά. Η αιθάλη εκπέμπεται από μια τέτοια φωτιά, λόγω της έλλειψης μορίων οξυγόνου.
Αν η αναλογία των αερίων είναι μεγαλύτερη από 1, 20, τότε προκύπτει μια οξειδωτική φλόγα με περίσσεια οξυγόνου. Τα πλεονάζοντα μόριά του καταστρέφουν άτομα σιδήρου και άλλα συστατικά του καυστήρα χάλυβα. Σε μια τέτοια φλόγα, το πυρηνικό τμήμα γίνεται κοντό και μυτερό.
Ενδείξεις θερμοκρασίας
Κάθε ζώνη πυρκαγιάς κεριού ή καυστήρα έχειτις τιμές τους λόγω της παροχής μορίων οξυγόνου. Η θερμοκρασία μιας ανοιχτής φλόγας στα διάφορα μέρη της κυμαίνεται από 300 °C έως 1600 °C.
Ένα παράδειγμα είναι μια φλόγα διάχυσης και στρωτή, η οποία σχηματίζεται από τρία κελύφη. Ο κώνος του αποτελείται από μια σκοτεινή περιοχή με θερμοκρασία έως 360 ° C και έλλειψη οξειδωτικού παράγοντα. Από πάνω είναι μια ζώνη λάμψης. Ο δείκτης θερμοκρασίας του κυμαίνεται από 550 έως 850 ° C, γεγονός που συμβάλλει στην αποσύνθεση του θερμικά εύφλεκτου μείγματος και στην καύση του.
Η εξωτερική περιοχή είναι μόλις ορατή. Σε αυτό, η θερμοκρασία της φλόγας φτάνει τους 1560 ° C, γεγονός που οφείλεται στα φυσικά χαρακτηριστικά των μορίων του καυσίμου και στην ταχύτητα εισόδου του οξειδωτικού παράγοντα. Εδώ η καύση είναι πιο έντονη.
Ουσίες αναφλέγονται υπό διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας. Έτσι, το μεταλλικό μαγνήσιο καίγεται μόνο στους 2210 °C. Για πολλά στερεά, η θερμοκρασία της φλόγας είναι περίπου 350°C. Τα σπίρτα και η κηροζίνη μπορούν να αναφλεγούν στους 800°C, ενώ το ξύλο μπορεί να αναφλεγεί από 850°C έως 950°C.
Ένα τσιγάρο καίγεται με φλόγα της οποίας η θερμοκρασία κυμαίνεται από 690 έως 790 °C και σε μείγμα προπανίου-βουτανίου από 790 °C έως 1960 °C. Η βενζίνη αναφλέγεται στους 1350°C. Η φλόγα του καιόμενου αλκοόλ έχει θερμοκρασία όχι μεγαλύτερη από 900 ° C.
