Продукты горения и их влияние на организм человека. назначение, классификация и типы сизод

Горение древесины

Древесина является самым распространенным горючим материалом в условиях пожара, По структуре она представляет собой пористый материал с множеством ячеек, заполненных воздухом. Стенки ячеек состоят из целлю- лозы и лигнина. Объем пустот в древесине превышает объем твердого вещества.

Характер строения древесины определяет весьма низкую ее теплопроводность и связанные с нею быструю воспламеняемость и медленный прогрев внутренних слоев. При соприкосновении древесины с источником воспламенения, например пламенем, происходит быстрое нагревание тонкого поверхностного слоя ее, испарение влаги и затем разложение. Продукты разложения древесины, полученные при температуре ниже 250 °С, содержат в основном водяной пар, диоксид углерода С02 и немного горючих газов, поэтому гореть не способны. Продукты разложения, полученные при 250—260°С, содержат большое количество оксида углерода СО и метана и становятся горючими. Они воспламеняются от источника зажигания (пламени) и с этого момента древесина начинает самостоятельно гореть.

Как и у жидкостей, наименьшая температура древесины, при которой продукты разложения способны воспламеняться от источника зажигания, называется температурой воспламенения

древесины.

Температура воспламенения древесины зависит от степени ее измельчения. Так температура воспламенения сосновой древесины 255 °С, а сосновых опилок 230 °С.

После воспламенения температура верхнего слоя древесины повышается за счет тепла, излучаемого пламенем, и достигает 290—300°С. При этой температуре выход газообразных продуктов максимальный и высота, факела пламени наибольшая. В результате разложения верхний слой древесины превращается в древесный уголь, который в данных условиях гореть не может, так как кислород, поступающий из воз- духа, весь вступает в реакцию в зоне горения пламени. Температура угля на поверхности к этому времени достигает 500—700 °С. По мере выгорания верхнего слоя древесины и превращения его в уголь нижележащий слой древесины прогревается до 300 °С и разлагается. Таким образом, пламенное горение древесины при образовании на ее поверхности небольшого слоя угля еще не прекращается, однако скорость выхода продуктов разложения начинает уменьшаться. В дальнейшем рост слоя угля и уменьшение выхода продуктов разложения приводят к тому, что пламя остается только у трещин угля, и кислород может достигать поверхности угля. С этого момента начинается горение угля и одновременно продолжается горение продуктов разложения. Толщина слоя угля, которая к этому моменту достигает 2—2,5см, остается постоянной, так как наступает равновесие между линейной скоростью выгорания угля и скоростью прогрева и разложения древесины. Одновременное горение угля и продуктов разложения древесины продолжается до тех пор, пока не превратится в уголь вся древесина. После этого выход газообразных продуктов разложения древесины прекращается, а продолжается только горение угля.

Таким образом, процесс горения древесины состоит из двух фаз: пламенного горения и горения угля.

Между ними имеется переходная фаза, характеризуемая одновременным протеканием двух фаз.

В условиях пожара основную роль играет первая фаза, так как она сопровождается выделением большого объема нагретых до высокой температуры продуктов сгорания и интенсивным излучением (пламя). Все это способствует быстрому распространению горения и увеличению площади пожара. Поэтому при тушении пожаров в первую очередь стараются ликвидировать очаги, где протекает первая фаза горения.

Экспериментальные исследования

Проблемный вопрос Почему горят органические вещества?

План работы
1.Составить пошаговые инструкции выполнения эксперимента.
2.Выдвинуть гипотезы о продуктах горения.
3.Выполнить эксперименты, сделать фотографии горения органических веществ.
4.Подобрать теоретический материал по горению органических веществ. 5.Опираясь на анализ всех компонентов исследования, сделать выводы и объяснить причину горения органических веществ.

Цели экспериментального исследования
1.Изучить визуально или по фотографиям процесс горения органических веществ, отметив отличительные особенности пламени.
2.Узнать с помощью эксперимента и умозаключений, что является результатом горения каждого из органических веществ.
3.Вычислить элементный состав (%) реагентов, привести краткое описание их свойств.

                  Группа  'УГЛЕВОДОРОДЫ'  

Выполнение эксперимента

       Файл:FLAME.JPG Файл:ACETILEN.JPG Файл:GEKSAN.JPG
              Метан              Ацетилен               Гексан 

Метан состоит из 75%С и 25%Н. Это основной компонент природного газа (95%), именно пламя метана мы видим, зажигая газовую горелку, поэтому эксперимент проводим дома.Как выглядит пламя метана? Пламя прозрачное, синего цвета.
Если подержать над пламенем блюдце, увидим капельки воды. Так как метан состоит из углерода и водорода, вода образовалась в результате соединения водорода с кислородом воздуха. Если в закрытом помещении долго горит газ, становится трудно дышать. Причина в том, что углерод метана, соединясь с кислородом воздуха, образует углекислый газ, не пригодный для дыхания, к тому же уменьшается содержание кислорода в воздухе. При горении выделяется тепло (можно нагреть воду).Проблема! Как обнаружить утечку газа? Что делать, если Вы ее обнаружили? Чтобы получить ответ, обратитесь к ‘презентации «Почему горят органические вещества?»‘

Гексан состоит из 85,7%С и 14,3%Н. Эта жидкость почти вдвое легче воды, в воде не растворяется. В школьной лаборатории мы используем гексан для хранения тех кристаллов, которые разрушаются на воздухе.
Гексан горит светящимся непрозрачным пламенем. При горении выделяется тепло.

Ацетилен (этин) сотоит из 92,3%С и 17,7%Н. Этот газ вместе с кислородом используют для резки и сварки металлов. Ацетилен горит светящимся, сильно коптящим пламенем. Если вдувать в пламя струю воздуха, копоть исчезает.
‘При горении всех углеводородов видимым продуктом горения является вода. Второй продукт горения — углекислый газ. При горении выделяется тепло.’

                       Группа 'СПИРТЫ'

Выполнение экспериментаЭтиловый спирт(этанол) содержит 52,2%С, 13%Н и 34,8%О. Это жидкость, хорошо растворяющаяся в воде. Этанол горит синим, слабо светящимся пламенем. Спиртовки используют для нагревания веществ в лабораториях.

Изопропиловый спирт (пропанол-2) содержит 60%С, 26,7%Н и 13,3%О. Пламя ИПСа яркое, светящееся. Не так давно ИПС продавали в хозяйственных магазинах, им заправляли спиртовки для использования домашних условиях.

Изобутиловый спирт (бутанол-2) содержит 64,9%С, 13,5%Н и 21,6%О. Пламя желтое, светящееся.
‘Видимый продукт горения всех спиртов — вода. Второй продукт — углекислый газ. При горении выделяется тепло.’

         Файл:ETIL.JPG Файл:ETIL BUTIL.JPG Файл:TRI.JPG
           Этанол       Этанол, ИПС      Этанол, ИПС, бутанол-2

Тепловые характеристики древесины

Породы древесины различаются по плотности, структуре, количеству и составу смол. Все эти факторы влияют на теплотворность дров, на температуру, при которой они сгорают, и на характеристики пламени.

Древесина тополя пористая, такие дрова горят ярко, но максимальный температурный показатель достигает лишь 500 градусов. Плотные породы дерева (бук, ясень, граб), сгорая, выделяют свыше 1000 градусов тепла. Показатели березы несколько ниже – около 800 градусов. Лиственница и дуб разгораются жарче, выдавая до 900 градусов тепла. Сосновые и еловые дрова горят при 620-630 градусах.

Качество дров и как правильно выбирать

У берёзовых дров лучшее соотношение теплоэффективности и стоимости – топить более дорогими породами с высокими показателями температуры сгорания экономически невыгодно.

Ель, пихта и сосна пригодны для разведения костров – эти хвойные породы обеспечивают относительно умеренное тепло. Но в твердотопливном котле, в печи или камине такие дрова использовать не рекомендуется – они выделяют недостаточно тепла для эффективного обогрева жилища и приготовления пищи, сгорают с образованием большого количества сажи.

Низкокачественными дровами считается топливо из осины, липы, тополя, ивы и ольхи – пористая древесина при горении выделяет мало тепла. Ольха и некоторые другие виды древесины «стреляют» угольками в процессе горения, что может привести к возникновению пожара, если дрова использовать для топки открытого камина.

При выборе также следует обратить внимание на степень влажности древесины – сырые дрова хуже горят и оставляют больше золы

Продукты горения древесины

Сжигание дров — самый древний способ получения огня и тепла. При их сгорании образуется дым, который содержит сажу, газообразные продукты, уголь. Соотношение компонентов зависит от условий сжигания и характеристики самой древесины.

При неполном сгорании дров образуются сажа, окись углерода, углеводороды. Неисправность печной тяги в домах, банях вызывает тяжёлое отравление угарным газом.

При полном окислении, ядовитых продуктов горения не образуется. Дрова превратятся в углекислый, сернистый газ и водяной пар.

Костёр — это контролируемое сжигание древесных или других материалов. Продукты его горения зависят от выбранного топлива. Внешне это можно заметить по цвету пламени и запаху дыма. Например, синий оттенок у огня появляется при образовании угарного газа. Неприятный запах сопровождает термическую деструкцию синтетических материалов.

Расчет горения топлива.

Для удобства расчет горения твердого и жидкого топлива ведется на 100кг топлива, а расчет горения газообразного топлива на 100м3.

При расчете делают следующие допущения:

1. смешение окислителя с горючим идеальное, и горение идет до полного сгорания топлива (до СО2 и Н2О);

2. в системе достигнуто термодинамическое равновесие;

3. диссоциация продуктов сгорания и горючих принимается равной нулю.

Состав топлива для расчета должен быть пересчитан на рабочую массу.

Целью расчета является определение:

1. количества необходимого для горения воздуха или дутья, обогащенного кислорода.

Количество воздуха, необходимого для горения горючих компонентов топлива, определяется по стехиометрическим соотношениям, называется теоретически (химически) необходимым воздухом.

Действительный расход Lд для более полного сжигания обычно теоретический Lт, т.к. в реальных условиях газогорелочными устройствами не обеспечивается идеальное смешение.

Отношение называется коэффициентом расхода воздуха.

1. количества состава и плотности образующихся продуктов сгорания.

При определении количества и состава продуктов исходят из тех же уравнений горения.

1. температуры горения.

Различают три температуры горения: действительную, теоретическую и калориметрическую.

1. действительная температура – это та температура, которую имеют продукты сгорания в конкретных условиях процесса сжигания топлива, она определяется по формуле:

,

где – пирометрический коэффициент (определяется экспериментально);

для топочных камер = 0,95;

для мартеновских печей = 0,85-0,9;

для садочных печей = 0,8-0,85;

для проходных и протяжных = 0,7-0,75;

tk – калориметрическая температура горения, оС.

1. теоретическая температура горения определяется с учетом диссоциации в продуктах сгорания:

,

где – теплота сгорания топлива, кДж/м3 или кДж/кг;

qдисс – тепло, пошедшее на процесс диссоциации, кДж;

VП.Г. – объем продуктов сгорания, образующихся при сгорании единицы топлива, м3;

СП.Г. – объемная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м3 оС).

1. калориметрическая температура определяется из условия, что все выделившееся при горении тепло расходуется на повышении температуры продуктов сгорания (т.е. для адиабатных условий):

,

где – физическое тепло подогретого воздуха, кДж/м3 или кДж/кг;

– физическое тепло подогретого топлива. кДж/м3 или кДж/кг;

Lд – объем воздуха на единицу топлива, м3/м3 или м3/кг;

СВ и СГ – средние теплоемкости воздуха и топлива, кДж/(м3 оС).

Калориметрическую температуру находим методом последовательных приближений, используя понятие энтальпии.

Начальная энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:

,

По значению задаемся возможным значением температуры горения и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания. Если , то истинная калориметрическая температура ниже, чем . Поэтому задаемся температурой и снова находим энтальпию продуктов сгорания. Если , то действительная калориметрическая температура продуктов сгорания лежит в интервале и может быть найдена по формуле:

.

Окончательное значение tk следует перевести в градусы Кельвина.

Лечение

Различные продукты горения при отравлении имеют влияние на свои органы-мишени. Интенсивная терапия зависит от того, какие системы организма поражены.

Принципы лечения отравлений продуктами горения, следующие:

• применение антидотов, если они существуют;
• при нарушении дыхания — ингаляция увлажнённого кислорода, искусственная вентиляция лёгких;
• применение противосудорожных препаратов;
• инфузионная терапия;
• стимуляция диуреза;
• мониторинг артериального давления, частоты сердечных сокращений, ЭКГ, лабораторных анализов.

В зависимости от показаний применяют методы эфферентной терапии — гемодиализ, гемосорбция. При отравлении «ядами крови» показана гипербарическая оксигенация.

Классы опасности

Классификация горючих строительных материалов по значению показателя токсичности продуктов горения приводится в таблице № 2 ГОСТ 12.1.044-89.

Показатель токсичности продуктов горения – это отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных.

Класс опасности	HCL50, г × м -3 , при времени экспозиции, мин
5	15	30	60
Чрезвычайно опасные	До 25	До 17	До 13	До 10
Высокоопасные	25-70	17-50	13-40	10-30
Умеренно опасные	70-210	50-150	40-120	30-90
Малоопасные	Свыше 210	Свыше 150	Свыше 120	Свыше 90

Метиловый спирт

Метанол представляет собой бесцветную ядовитую жидкость. Взрывоопасное вещество при смешивании с воздухом. Употребление в чистом виде около 30 мл приводит к мучительной гибели.

В пищевом производстве не применяется, зато добавляется в горючие смеси, растворители.

Применение

Широко используется в некоторых индустриях за счет своих свойств горючести.

Применяется:

• В газовой промышленности.
• В составе формальдегида.
• Для заправки некоторых автомобилей и гоночных байков.
• В некоторых странах разрешен в качестве добавки в парфюмерной продукции.

В чистом виде не рекомендуется употребление ни одного, ни другого спирта, но если этанол вызовет сильнейшую интоксикацию, то метанол в своих последствиях более беспощаден. В лучшем случае, при отравлении человек полностью теряет зрение, в худшем – умирает.

Причины отравления

При пожаре в атмосферу вместе с дымом выделяется угарный газ и цианид. Окись углерода блокирует работу гемоглобина в кровеносных сосудах – кислород не поступает в жизненно важные органы организма. Цианистый водород не даёт доступа кислороду в клетки тканей, происходит нарушение обмена веществ. Превышение концентрации этих веществ в атмосфере происходит в межсезонье – во время массового горения прошлогодней листвы, отходов сбора овощей и мусора.

Отравление наступает из-за многих продуктов горения. Горящий материал выделяет вредные газы и прочие составляющие. Дым насыщает не только углекислота, но и аммиак, различные кислоты и спиртовые пары.

Азотная кислота в дыме проникает в дыхательные пути и провоцирует сильный приступ удушья.

Серная кислота вызывает воспаление роговицы глаз и слизистой дыхательных путей.

Пары аммиака вызывают удушье, сухой кашель. Интоксикация аммиаком сопровождается токсическим отёком.

Пожар тушится специальным химическим составом, который при контакте с продуктами горения выделяет ядовитое вещество – фосген. Превышение паров фосгена в организме провоцирует отёк лёгких. Без оказания своевременной медицинской помощи ситуация заканчивается смертью.

Вред человеческому организму наносится гарью от пожара. Высокое её количество возникает от пластика и предметов, изготовленных из резины. Замыкание проводки и последующее возгорание сопровождается плотным ядовитым дымом. Нахождение в очаге такого пожара грозит серьёзной интоксикацией и длительным лечением.

Человек получает интоксикацию организма от сварки. Продолжительное вдыхание дыма провоцирует осложнение болезни лёгких – бронхиальную астму. В лёгких оседают шлаковые массы и соединения металлов.

После пожара остается специфический запах и иногда сопровождается тлением оставшихся предметов. Находиться на пожарище в такой момент не рекомендуется. В воздухе присутствуют продукты горения и влияют на здоровье человека.

В последнее время многие задаются вопросом – можно ли отравиться дымом от костра? Длительное нахождение возле костра опасно для здоровья. В дыме содержится масса смол, оказывающих отрицательное влияние на состояние организма. Особенно опасно вдыхать беременным женщинам и детям.

От сгоревшей еды во время приготовления страдают лёгкие детей и других домашних. Воздух наполняется углекислым газом в смеси с угарным. Особенно вредно и опасно вдыхать такой дым детям и беременным женщинам.

Продукты горения резины

Сгорание изделий из каучука приводит к образованию сероводорода и двуокиси серы. Оба эти газа токсичны для человека.

Популярность резиновых изделий не знает себе равных. Но, опасность их токсического влияния на организм, связывают в первую очередь, с автомобильными шинами. Продукты горения покрышки — это источник не менее 13 ядовитых веществ, при этом 8 из них оказывают канцерогенное действие на человека.

Острая интоксикация диоксинами приводит к поражению дыхательных путей, печени, желудочно-кишечного тракта. Характерный признак отравления — угревидная сыпь (хлоракне) на коже лица. Коварство диоксина в том, что в организме он может накапливаться в жировой клетчатке. Хроническая интоксикация проявляется нарушениями репродуктивной функции, подавлением иммунитета. Страдают эндокринная и нервная системы.

Диоксид серы при попадании в организм вызывает заболевания дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, аллергические реакции. Вдыхание и контакт с пылью антрацена приводит к раздражению глаз, слизистой дыхательных путей, кожи.

Никотин

Начнем, пожалуй, с этого самого известного компонента. Это наркотик, который входит в состав табачных растения и в основном, как полагают многие, отвечает за пристрастие человека к табачной продукции. В сигарете содержание никотина может изменяться между 13,79 и 22,68 миллиграмм на грамм сухого табака.

Никотин является токсином, то есть ядом. И даже малая его часть уже приносит вред организму. Помните, на заре «осваивание» курения была тошнота, головокружение и головная боль – это все признаки отравления. И как там – капля убивает… А почему же нас не убивает? А потому, что почти весь никотин находится в связанном состоянии, и это немного облегчает вред. А чистый никотин действительно убьет и лошадь, и человека.

В этой таблице я перечислил на что и как влияет никотин.

Действие на организм человека

Степень токсичности веществ связана с их физической и химической природой. Взаимодействуя с организмом, продукты горения вызывают патологические синдромы.

Международная классификация болезней десятого пересмотра МКБ-10 определяет отравление продуктами горения кодом Т59 – «Токсическое действие других газов, дымов и паров».

По механизму действия на человека отравляющие компоненты в составе дыма делятся на пять групп.

На эту тему ▼

Отравление угарным газом

Симптомы, первая помощь и профилактика

Вещества, которые вызывают поражение кожного покрова и слизистой оболочки. Симптомы такого отравления продуктами горения – зуд, жжение кожи и её воспаление, боль в области глаз, век, слезотечение, кашель. Примеры – пары дёгтя, сернистый газ, формальдегид.
Продукты горения, которые вызывают острые ингаляционные отравления. Пострадавшие жалуются на одышку, кашель

При осмотре обращает на себя внимание частое дыхание, синюшность. При высокой концентрации токсичного газа может произойти остановка дыхания

Так, признаки отравления продуктами горения ПВХ могут проявиться через несколько часов. Ингаляционные отравления вызывает хлор, аммиак, оксид азота.
Продукты горения с образованием токсичных веществ, которых называют «ядами крови». Связывая гемоглобин, они нарушают доступ кислорода к тканям и запускают патологические реакции, охватывающие весь организм. Примеры – угарный газ, диоксид азота.
Продукты горения, для которых органом-мишенью является нервная система. Это бензол, сероводород.
Ферментные яды, которые воздействуют на тканевое дыхание, блокируя процессы активации кислорода. Это сероводород, синильная кислота.

Многие токсины, образующие в продуктах горения «универсальны», так как вызывают поражение сразу нескольких систем организма.

Самые опасные продукты горения

Наибольшую опасность возникновения отравления при пожарах жилых помещений представляют следующие продукты горения:

• диоксид, оксид углерода — растительные натуральные волокна, синтетические ткани;
• аммиак, окислы азота — пластмассы;
• сероводород, двуокись серы — резиновые изделия;
• альдегиды — древесина;
• хлористый водород, фосген — линолеум, оконные профили, изоляция проводов;
• цианистый водород — шерсть, шёлк.

Большинство приведённых примеров связано с поступлением токсинов через дыхательные пути. При пожарах опасность пострадать от пламени не уступает риску отравления продуктами горения.

Продукты горения пластика

Опасность отравления при сжигании пластмассовых изделий зависит от их производственной технологии, состава, температуры плавления.

Отравления продуктами горения при пожаре жилых помещений, автомобилей напрямую связано с термической деструкцией изделий из пластмассы. Проникая через дыхательные пути, слизистую оболочку продукты горения влияют на витальные (жизненно важные) функции организма человека.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ)

Такой вид пластмассы применяют при производстве упаковки бутилированной воды, соков, соусов. При горении или плавлении ПЭТ может высвобождаться сурьма и другие вещества канцерогенного действия.

Пыль и пары соединений сурьмы, проникая через дыхательные пути, вызывают носовые кровотечения, «сурьмяную лихорадку» — профессиональное заболевание работников металлургической промышленности, пневмосклероз — замещение лёгочной ткани соединительной.

Продукты горения древесины

Сжигание дров — самый древний способ получения огня и тепла. При их сгорании образуется дым, который содержит сажу, газообразные продукты, уголь. Соотношение компонентов зависит от условий сжигания и характеристики самой древесины.

При неполном сгорании дров образуются сажа, окись углерода, углеводороды. Неисправность печной тяги в домах, банях вызывает тяжёлое отравление угарным газом.

При полном окислении, ядовитых продуктов горения не образуется. Дрова превратятся в углекислый, сернистый газ и водяной пар.

Костёр — это контролируемое сжигание древесных или других материалов. Продукты его горения зависят от выбранного топлива. Внешне это можно заметить по цвету пламени и запаху дыма. Например, синий оттенок у огня появляется при образовании угарного газа. Неприятный запах сопровождает термическую деструкцию синтетических материалов.

Симптомы отравления метанолом

Если же метанол все же попал в организм, об этом сообщат следующие симптомы:

1. ухудшение зрения и мелькание перед глазами;
2. сильные головные боли и головокружение;
3. сильные болевые ощущения в области живота (режущего типа);
4. тошнота и рвотные позывы.

Оказание первой помощи

В некоторых случаях человек теряет сознание или плохо ориентируется в пространстве.

В этих ситуациях обязательно необходимо оказать пострадавшему первую медицинскую помощь:

• вызвать скорую медицинскую помощь и сообщить диспетчеру, что больной отравился метанолом;
• дать больному смесь воды с солью (не меньше 1,5 литра);
• очистить кишечник (делают это с помощью клизмы или вызывания рвоты).

Каковы признаки отравления метанолом рассказывается на видео:

Химическая реакция — что это за процесс

Вокруг человека постоянно происходят химические реакции. Одни вещества, соединяясь с другими, образуют новые соединения. Происходят и обратные реакции, в результате которых они распадаются на исходные компоненты. Главное условие при этом – ядра атомов остаются неизменными, все изменения происходят только с электронными оболочками атомов.

Суть химической реакции состоит в том, что связи между атомами исходных веществ разрываются, атомы перегруппировываются в другие вещества, возникают новые химические связи, в результате образуются продукты реакции.

Насколько интенсивным будет химическое взаимодействие, зависит от химических свойств реагентов, а также от условий, при которых происходят реакции. В отдельных случаях реакция может быть спонтанной, в прочих – ее необходимо инициировать с помощью того или иного воздействия.

Протекание химических реакций может происходить при:

• смешении реагентов, их физическом контакте (это обязательное условие);
• при повышении или понижении температуры окружающей среды;
• при световом воздействии;
• под действием электрического тока или ионизирующего излучения;
• вследствие введения катализаторов;механохимические при механическом воздействии (реакции) и других факторах.

Протекание химической реакции зависит от концентрации взаимодействующих частиц, а также от величины энергии имеющихся и формирующихся связей.

Химические реакции имеют значительные отличия от физических процессов, в которых взаимодействующие компоненты сохраняют свой состав неизменным. При этом может происходить изменение формы либо агрегатного состояния. Вещества в ходе физического процесса могут образовывать смеси – составы, состоящие из двух и более компонентов.

В химических же процессах у новых образующихся веществ иные, отличные от реагентов свойства. Однако атомы при этом не исчезают и не возникают вновь, поскольку состав атомных ядер остается неизменным, все различия связаны с изменением строения электронных оболочек.

Химические реакции также серьезно отличаются и от ядерных реакций, в ходе которых ядра атомов изменяются.

Одна сложная химическая реакция может состоять из нескольких простых, у которых есть отдельное название – элементарные. Рассмотрим пример. Взаимодействие йодоводорода и перекиси водорода заключается в образовании йода и воды. Полная реакция такова: 2HI+H2O2 → I2+2H2O

Однако, йодистый водород окисляется перекисью водорода в два этапа:

HI+H2O2 → HIО+H2O

HIО+HI → I2+H2O

В этих реакциях происходит образование промежуточного вещества – HIО. Однако в дальнейшем оно также вступает в реакцию с образованием конечных продуктов. Для наблюдения за такими процессами применяются спектроскопические методы исследования.

Механизм реакции

Горение в кислороде — это цепная реакция, в которой участвует множество различных промежуточных радикалов . Высокая энергия, необходимая для инициирования, объясняется необычной структурой молекулы дикислорода . Самая низкоэнергетическая конфигурация молекулы дикислорода представляет собой стабильный, относительно инертный бирадикал в триплетном спиновом состоянии . Связывание можно описать с помощью трех связывающих электронных пар и двух разрыхляющих электронов с выровненными спинами , так что молекула имеет ненулевой полный угловой момент. С другой стороны, большинство видов топлива находится в синглетном состоянии с парными спинами и нулевым полным угловым моментом. Взаимодействие между ними квантово-механически является « запрещенным переходом », т. Е. Возможным с очень малой вероятностью. Чтобы инициировать горение, требуется энергия, чтобы заставить дикислород переходить в спиновое состояние или синглетный кислород . Этот промежуточный продукт чрезвычайно реактивен. Энергия поступает в виде тепла , а затем в реакции выделяется дополнительное тепло, которое позволяет ей продолжаться.

Считается, что горение углеводородов инициируется отрывом атома водорода (не отрывом протона) от топлива до кислорода с образованием гидропероксидного радикала (HOO). Далее он реагирует с образованием гидропероксидов, которые распадаются с образованием гидроксильных радикалов . Существует множество этих процессов, в результате которых образуются топливные радикалы и окислительные радикалы. Окисляющие вещества включают синглетный кислород, гидроксил, одноатомный кислород и гидропероксил . Такие промежуточные продукты недолговечны и не могут быть изолированы. Однако нерадикальные промежуточные продукты стабильны и образуются при неполном сгорании. Примером может служить ацетальдегид, образующийся при сгорании этанола . Промежуточный продукт при сгорании углерода и углеводородов, монооксид углерода , имеет особое значение, поскольку он ядовитый газ , но также экономически полезен для производства синтез-газа .

Твердое и тяжелое жидкое топливо также претерпевает большое количество реакций пиролиза , в результате которых образуются более легко окисляемые газообразные топлива. Эти реакции являются эндотермическими и требуют постоянного ввода энергии от протекающих реакций горения. Недостаток кислорода или другие неправильно спроектированные условия приводят к тому, что эти ядовитые и канцерогенные продукты пиролиза выделяются в виде густого черного дыма.

Скорость горения — это количество материала, которое подвергается горению в течение определенного периода времени. Он может выражаться в граммах в секунду (г / с) или килограммах в секунду (кг / с).

Подробное описание процессов горения с точки зрения химической кинетики требует формулировки больших и сложных сетей элементарных реакций. Например, при сжигании углеводородного топлива обычно участвуют сотни химических веществ, вступающих в реакцию в соответствии с тысячами реакций.

Включение таких механизмов в решатели вычислительных потоков все еще представляет собой довольно сложную задачу, главным образом в двух аспектах. Во-первых, количество степеней свободы (пропорциональное количеству химических соединений) может быть очень большим; во-вторых, исходный член из-за реакций вводит несопоставимое количество временных масштабов, что делает всю динамическую систему жесткой. В результате прямое численное моделирование турбулентных реактивных потоков с тяжелым топливом вскоре становится трудновыполнимым даже для современных суперкомпьютеров.

Поэтому было разработано множество методологий для уменьшения сложности механизмов сгорания, не прибегая к высокому уровню детализации. Примеры предоставлены:

• Метод перераспределения релаксации (RRM)
• Подход внутреннего низкоразмерного многообразия (ILDM) и дальнейшие разработки
• Метод инвариантной равновесной кривой прообраза края.
• Несколько вариационных подходов
• Метод вычислительных сингулярных возмущений (CSP) и дальнейшие разработки.
• Подход к контролируемому равновесию с ограничениями (RCCE) и квазиравновесному многообразию (QEM).
• Схема G.
• Метод инвариантных сеток (МИГ).

Кинетическое моделирование

Кинетическое моделирование может быть исследовано для понимания механизмов реакции термического разложения при горении различных материалов с использованием, например, термогравиметрического анализа .

Что произошло

Почему одни вещества горят, а другие − нет?

Давайте для начала разберёмся, что такое горение.
Горение – это реакция окисления вещества кислородом. Кислород отбирает электроны у вещества, разрывает связи между атомами, встраивается в молекулу и превращает вещество в смесь оксидов.
Отличие реакции горения от другого окисления (например, от ржавления железа) в том, что в ходе реакции горения выделяется большое количество тепла.
Для того, чтобы вещество загорелось, должно выполняться 2 условия:

1. При его окислении выделяется большое количество тепла, достаточное для поддержания горения
2. Реакция окисления идёт довольно быстро

Почему кусок сахара не горит?

Окисление сахара способно выделять достаточно тепла. Это легко запомнить, если посмотреть на упаковку с печеньем и его калорийность: количество калорий в продуктах питания – это тепло, выделяемое при их окислении в организме.
Однако окисление сахара идёт довольно медленно, и поэтому сахар не горит.

Почему сахар начинает гореть, когда вы добавили пепел?

Пепел в реакции горения сахара выполняет роль ускорителя (катализатора) реакции.
Катализатор – это вещество, которое делает возможным в реальном мире протекание реакции, которая теоретически должна происходить, но на практике идёт слишком медленно.
Представьте себе, что вы находитесь в поле и вам нужно спуститься к морю, но на пути к морю выросла горная гряда. Одно дело – пойти напрямик через горы, это долго и сложно. Другое дело – найти проводника, который знает узкую тропу в ущелье и проведёт вас без утомительных и опасных подъёмов по узкому малозаметному ущелью прямо до моря. Именно такую роль и выполняет катализатор – он позволяет химической реакции найти путь к более выгодному состоянию, с минимальными затратами «сил» (энергии) по дороге.
Под более выгодным состоянием в природе обычно подразумевается минимум энергии.

Что такое пепел? Из чего он состоит?

Пепел – это вещества, которые не могут дальше гореть (окисляться). Это означает, что пепел может состоять из солей или оксидов. Он содержит карбонаты металлов – соли угольной кислоты (H₂CO₃). Именно эти вещества выступают в качестве катализаторов (ускорителей) реакции горения сахара. В качестве примера можно привести соли лития, содержащиеся, например, в сигаретном пепле. Однако пепел от простой бумаги, содержащий соли натрия и кальция, тоже может катализировать горение сахара.

Народные способы определения

Итак: как в домашних условиях определить Лучшие способы рождены опытным путем и довольно эффективны. Первый из них: поджигание спирта. Наливаем в небольшие плошки опытные жидкости и поджигаем. Присматриваемся внимательно к цвету горящего огня (а гореть будет по любому, так как крепость — свыше 40 градусов) и сравниваем. Если полыхает синим пламенем — то перед нами этанол, и его можно употреблять в питьевых целях (конечно же, если там отсутствуют другие вредные примеси). Если горение сопровождается зеленым цветом огня, то это метанол. Этот довольно простой и эффективный метод, как в домашних условиях определить метиловый спирт, бесспорно, подействует, если перед нами раствор достаточно чистый. А сам способ основан на некотором различии в химическом составе жидкостей.