20 примеров реакции горения основные моменты

Пламя

Температура в разных участках пламени

Как видно из рисунка, температура на конце пламени может достичь 1400 С°. Этого достаточно для нагрева топлива и воспламенения выделившихся из него газов.
В пункте 1 температура самая низкая, т.к. в ней мало кислорода (О), но много газов. Цвет пламени голубой или бесцветный, т.к. в этот момент из-за нагрева идет пиролиз, т.е. выделение газа. По краям кислорода становится больше и окрас пламени усиливается.
В пункте 2, центре, кислорода все еще недостаточно, но газов много. Яркий цвет, это сгоревший углерод (С) и другие частицы.
В пункте 3 горючие вещества практически полностью смешались с кислородом и температура пламени наиболее высокая. Цвет не такой яркий, т.к. твердые частички уже сгорели.
Желтый и красный цвет пламени получается из-за наличия в нем твердых частиц. Когда их нет, пламя синее или голубое, как в газовой плите. А вот если пламя горит зеленым и другими странными цветами, это означает, что в топливе есть примеси, возможно, вредные.
Горение происходит не только в видимой области, но и в невидимом инфракрасном диапазоне. Мы думаем, что это жар от огня, а это инфракрасные волны. Их можно увидеть с помощью инфракрасного сканера (термографии).

Термины, классификация

Топливная химия

Пламя испускает электромагнитное излучение в ультрафиолетовом , видимом и инфракрасном диапазонах излучения. Следует различать излучение твердого тела и излучение газообразных молекул. Твердое топливо или образовавшаяся сажа (например, мелкая пыль от сжигания топочного мазута ) следует рассматривать как твердое вещество . Твердое тело излучает излучение во всем спектральном диапазоне, и спектр примерно соответствует спектру черного тела . Газообразные молекулы и атомы нагреваются экзотермической реакцией горения, и частицы занимают более высокие энергетические уровни , из которых частицы падают обратно в более низкое энергетическое состояние. Разница в энергии при переходе в основное состояние излучается в виде фотонов, которые образуют пламя . В случае молекул заняты колебательные и молекулярные полосы ; в случае атомов излучается линейчатый спектр. Это газовое излучение является избирательным и зависит от компонентов топливного газа и большого количества газовых соединений, некоторые из которых существуют только как промежуточный продукт до полного сгорания. В отличие от твердотельного излучения, испускаемое излучение неравномерно распределено по спектру.

• В случае «неполного сгорания» горючие газы (например, оксид углерода, оксиды азота, водород, метан) или твердый углерод возникают после сгорания, при этом не все возможные связи с окислителем образуются. В данную подсубпозицию включается сжигание углерода до окиси углерода или производство древесного угля, тлеющий огонь , коксование .
• Slow «холодное окисление» может быть ржавление металлов или в живых организмы в окислении в питательных веществах , поэтому их «сжиганию» уведомление.

Динамика горения

В технике обычно стремятся к контролируемому сжиганию, которое постепенно адаптируется к потребностям в тепле. Это известно как стабилизированное горение . В качестве справочной переменной z. Б. используется температура теплоносителя или давление пара кипящей жидкости, а массовый расход топлива и воздуха для горения адаптируется к потребности в тепле. Массовый расход регулируется таким образом, чтобы в камере сгорания и в тракте выхлопных газов происходило лишь небольшое повышение давления из-за теплового расширения дымовых газов. Техническое сгорание регулируется и контролируется таким образом, что топливо сгорает контролируемым образом с подаваемым воздухом для горения.

Горение, при котором образуется больший объем топливно-воздушной смеси, который затем воспламеняется, характеризуется быстрым распространением горения в пространстве, заполненном смесью. В закрытых помещениях за очень короткий промежуток времени происходит сильное повышение давления и температуры, что называется взрывом . Максимальное давление взрыва топлив, содержащих углерод и водород, в закрытых помещениях с исходным давлением окружающей среды (объемная дефлаграция) составляет 10 бар; скорость пламени находится в диапазоне от 0,5 м / с ( углеводороды ) до 2,5 м / с / водород). Взрывы с небольшим повышением давления (атмосферная дефлаграция) известны как дефлаграция .

В закрытых системах есть два типа взрывов.

• Дефлаграции — это взрывы, которые распространяются с дозвуковой скоростью.
• Детонации — это взрывы, которые распространяются со сверхзвуковой скоростью и образуют ударную волну . При стабильной скорости детонации достигается примерно 2000 м / с. Воспламенение топливно-воздушной смеси происходит за счет адиабатического сжатия. Давление взрыва может быть значительно выше при детонации, чем при дефлаграции.

Камера сгорания

Различают пространство, занимаемое во время горения (см. ).

• обширное горение на границах раздела реагентов во фронте пламени, например
• объемное горение после предварительного смешивания газообразных или парообразных компонентов, например
  • Ракетный двигатель
  • Сжигатель пор

Полезный и вредный огонь

Горение в огне можно контролировать ( полезный огонь ), например, в печи , паровом котле ( печи ), как костер , или неконтролируемым как опасный пожар в случае пожара .

Характеристики

Быстрое сгорание

Эксперимент, демонстрирующий большое количество энергии, выделяющейся при сгорании этанола. 2016 г.

Быстрое горение — это форма горения, при которой выделяется большое количество тепла и энергии в виде света, что приводит к возникновению огня. Он используется в некоторых машинах, таких как двигатели внутреннего сгорания или термобарическое оружие .

Медленное горение

Медленное горение — это реакция, протекающая при низких температурах.

Мы можем привести пример клеточного дыхания  : эта медленность обусловлена определенными ферментами, которые позволяют усилить окислительно-восстановительные реакции и, таким образом, получить очень хороший выход за счет восстановления значительной части энергии.

Полное или стехиометрическое сгорание

Во время полного сгорания реагент будет реагировать с окислителем до тех пор, пока не будут образовываться продукты, которые больше не могут быть окислены, то есть эти продукты больше не могут реагировать с окислителем: продукты достигли степени стабильности, которую реакция горения не может изменить. В случае реакции углеводорода с кислородом продуктами сгорания являются диоксид углерода и вода. Для каждого элемента существует стабильный продукт сгорания, поэтому полное сгорание дает одни и те же продукты реакции независимо от реагентов.

Полное сгорание обеспечивает максимальное количество энергии, доступной для вещества, и эта энергия определяется как теплотворная способность .

Турбулентное горение

Турбулентное горение — это горение, характеризующееся тепловыми потоками. Его часто используют в промышленности (например, в газовых турбинах и двигателях с искровым зажиганием ), потому что тепло способствует смешиванию топлива и окислителя .

Неполное сгорание

Неполное сгорание имеет место, когда количество окислителя недостаточно для обеспечения полной реакции топлива или когда время контакта при температуре, делающей возможным сгорание, слишком мало. Он производит остатки сгорания в виде золы, которая выделяет пары  : определенные соединения, такие как окись углерода (смертоносный газ), частицы чистого углерода ( сажа , смола , зола ), оксиды азота (NО _х), углеводороды (например, канцерогенный бензол ) очень токсичны для человека и окружающей среды или высокотоксичны, например, ПАУ или летучие органические соединения (ЛОС).

Реакция горения обычно неполная. Только контроль условий позволяет добиться полного сгорания, например, путем подачи избытка кислорода при высокой температуре. В случае неполного сгорания, можно лечить пары , чтобы уменьшить несгоревшие выбросы, как это делают выхлопные трубы и твердые частицы фильтров автомобильных двигателей. Присутствие катализаторов обеспечивает второе сгорание при более низкой температуре. твердых частиц также разрабатываются для оборудования для сжигания древесины , твердое топливо особенно подвержено риску неполного сгорания.

Окисление аренов

Бензол устойчив к действию даже сильных окислителей. Но гомологи бензола окисляются под действием сильных окислителей. Бензол и его гомологи горят.

3.1. Полное окисление – горение

При горении бензола и его гомологов образуются углекислый газ и вода. Реакция горения аренов сопровождается выделением большого количества теплоты.

2C₆H₆ + 15O₂  → 12CO₂ + 6H₂O + Q

Уравнение сгорания аренов в общем виде:

 C_nH_2n–6 + (3n – 3)/2 O₂ → nCO₂ + (n – 3)H₂O + Q

При горении ароматических углеводородов в недостатке кислорода может образоваться угарный газ СО или сажа С.

Бензол и его гомологи горят на воздухе коптящим пламенем. Бензол и его гомологи образуют с воздухом и кислородом взрывоопасные смеси.

3.2. Окисление гомологов бензола

Гомологи бензола легко окисляются перманганатом и дихроматом калия в кислой или нейтральной среде при нагревании.

При этом происходит окисление всех связей у атома углерода, соседнего с бензольным кольцом, кроме связи этого атома углерода с бензольным кольцом.

Толуол окисляется перманганатом калия в серной кислоте с образованием бензойной кислоты:

Если окисление толуола идёт в нейтральном растворе при нагревании, то образуется соль бензойной кислоты – бензоат калия:

Таким образом, толуол обесцвечивает подкисленный раствор перманганата калия при нагревании.

При окислении других гомологов бензола всегда остаётся только один атом С в виде карбоксильной группы (одной или нескольких, если заместителей несколько), а все остальные атомы углерода радикала окисляются до углекислого газа или карбоновой кислоты.

Например, при окислении этилбензола перманганатом калия в серной кислоте образуются бензойная кислота и углекислый газ

Например, при окислении этилбензола перманганатом калия в нейтральной кислоте образуются соль бензойной кислоты и карбонат

Более длинные радикалы окисляются до бензойной кислоты и карбоновой кислоты:

При окислении пропилбензола образуются бензойная и уксусная кислоты:

Изопропилбензол окисляется перманганатом калия в кислой среде до бензойной кислоты и углекислого газа:

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 .

«Пожар!»

К видам горения часто причисляют пожар.

Пожар – это процесс, который человек не контролирует. Он не является видом горения, но тем не менее, пожар причиняет много материального ущерба, а также чрезвычайно опасен для жизни животных, включая человека. В ходе открытия и изучения огня и его свойств проблема пожара стала относительно часто встречаться в жизни людей. Среди методов борьбы главными по сей день остаются профилактические меры и непосредственная защита. Последнюю функцию выполняют отряды оперативного реагирования – пожарные службы. Существует множество особых оповещателей. Вызвать эти службы можно набрав телефон 101. Помимо основного номера, с 2013 года был добавлен также звонок на линию «112». Чаще всего для борьбы с пожарами используют воду, песок, огнетушитель, брезенты и асбестовые материалы.

Исторический

Открытие горения под действием дикислорода приписывается французскому химику Лавуазье в 1775 году , поскольку обычно считается, , Что Джозеф Пристли , впервые выделивший (нечистый) дикислород в году, не открыл роль окислителя кислорода. Действительно, поскольку он был основан на теории флогистона , это мешало ему понять роль двуокиси кислорода в горении.

По словам философа науки Томаса Сэмюэля Куна , открытие горения двуокисью кислорода представляет собой крупную научную революцию в истории науки. Это означало смену парадигмы , заменив старую парадигму флогистона.

Сгорания с молекулярным кислородом был XIX — го  века , и больше к XX — го  века , многие промышленные применения (смотрите раздел ниже). Однако в индустриальную эпоху это привело к массовому выбросу углекислого газа , парникового газа, который в значительной степени способствует явлениям изменения климата .

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

Образования угарного газа

Формулы углекислоты CO2 и угарного газа СО похожи, но разница большая. Для горения с образованием углекислоты СО2 требуется много кислорода (О), а если кислорода не хватает, то образуется угарный газ СО. Более того, при горении с недостатком кислорода (О), выделяется меньше энергии. С + 2О = СО2 + 8137 калорий. С + О = СО + 2428 калорий. Аналогичные процессы происходят и в нашем организме при преобразовании углеводов (С6Н1206) в энергию. При недостатке кислорода (О), анаэробном дыхании, у спринтеров, выделяется в 2 раза меньше энергии, чем при аэробном дыхании у марафонцев. Помимо того, что горение с недостатком кислорода снижает КПД топлива, так еще и остальные компоненты топлива не успевают сгорать. Они оседают на стенках дымохода в виде сажи и улетают в трубу. Темный дым из трубы в большинстве случаев как раз и говорит нам о том, что в топке не хватает воздуха и выделяется угарный газ (СО). Также при таком режиме горения печь или котел требуется чистить чаще, вдобавок сажа может воспламениться и привести к пожару. Попытки растянуть время горения топлива путем ограничения подачи воздуха загрязняют атмосферу, котел и не позволяют извлечь из топлива большинство энергии. Поэтому лучше сжигать топливо сразу, а излишки тепла передавать, например, при водяном отоплении, в резервную емкость, которая потом тепло будет передавать теплоносителю. Либо сжигать маленькие порции топлива, например, в пеллетном котле с автозагрузкой. Не забудьте и про то, что угарный газ может попасть в помещение и привести к отравлению или смерти его обитателей. Существуют модели твердотопливных котлов, в которых подачу воздуха может регулировать автоматика. Это удобно, когда вы хотите ночью поддерживать тепло и при этом не просыпаться для закладки топлива, но это не должно приводить к тлению и образованию угарного газа (СО), по описанным выше причинам. Есть тонкость с угарным газом: в основном на планете он появляется от сжигания угля, нефти (бензина) и газа. До момента сжигания угарный газ находился в твердом или жидком состоянии, и не загрязнял атмосферу, а после сжигания стал. Биотопливо, такое как пеллеты или брикеты, сделаны из дерева, дерево поглотили углерод (С) из атмосферы, при сжигании выделили обратно, т.е. в атмосфере его не стало больше. Поэтому биотопливо считается экологичным, при условии его правильно сжигания.

Реакции замещения

Реакции замещения у ароматических углеводородов протекают по ионному механизму (электрофильное замещение). При этом атом водорода замещается на другую группу (галоген, нитро, алкил и др.).

2.1. Галогенирование

Бензол и его гомологи вступают в реакции замещения с галогенами (хлор, бром) в присутствии катализаторов (AlCl₃, FeBr₃).

При взаимодействии с хлором на катализаторе AlCl₃ образуется хлорбензол:

Ароматические углеводороды взаимодействуют с бромом при нагревании и в присутствии катализатора – FeBr₃ . Также в качестве катализатора можно использовать металлическое железо.

Бром реагирует с железом с образованием бромида железа (III), который катализирует процесс бромирования бензола:

Гомологи бензола содержат алкильные заместители, которые обладают электронодонорным эффектом: из-за того, что электроотрицательность водорода меньше, чем углерода, электронная плотность связи С-Н смещена к углероду. На нём возникает избыток электронной плотности, который далее передается на бензольное кольцо.

Поэтому гомологи бензола легче вступают в реакции замещения в бензольном кольце. При этом гомологи бензола вступают в реакции замещения преимущественно в орто— и пара-положения

Например, при взаимодействии толуола с хлором  образуется смесь продуктов, которая преимущественно состоит из орто-хлортолуола и пара-хлортолуола

Мета-хлортолуол образуется в незначительном количестве.

При взаимодействии гомологов бензола с галогенами на свету или при высокой температуре (300оС) происходит замещение водорода не в бензольном кольце, а в боковом углеводородном радикале.

Если у гомолога бензола боковая цепь содержит несколько атомов углерода – замещение происходит у атома, ближайшему к бензольному кольцу («альфа-положение»).

Например, при хлорировании этилбензола:

2.2. Нитрование

 Бензол реагирует с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты (нитрующая смесь).

При этом образуется нитробензол:

Серная кислота способствует образованию электрофила NO2+:

Толуол реагирует с концентрированной азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты.

В продуктах реакции мы указываем либо о-нитротолуол:

либо п-нитротолуол:

Нитрование толуола может протекать и с замещением трех атомов водорода. При этом образуется 2,4,6-тринитротолуол (тротил, тол):

2.3. Алкилирование ароматических углеводородов

Арены взаимодействуют с галогеналканами в присутствии катализаторов (AlCl3, FeBr3 и др.) с образованием гомологов бензола.

Например, бензол реагирует с хлорэтаном с образованием этилбензола

Ароматические углеводороды взаимодействуют с алкенами в присутствии хлорида алюминия, бромида железа (III), фосфорной кислоты и др.

Например, бензол реагирует с этиленом с образованием этилбензола

Например, бензол реагирует с пропиленом с образованием изопропилбензола (кумола)

Алкилирование спиртами протекает в присутствии концентрированной серной кислоты.

Например, бензол реагирует с этанолом с образованием этилбензола и воды

2.4. Сульфирование ароматических углеводородов

Бензол реагирует при нагревании с концентрированной серной кислотой или раствором SO₃ в серной кислоте (олеум) с образованием бензолсульфокислоты:

Горение

Горение – это совокупность одновременно протекающих физических процессов (плавление, испарение, ионизация) и химических реакций окисления горючего вещества и материала, сопровождающееся, как правило, световым и тепловым излучением и выделением дыма. В основе горения лежит взаимодействие горючего вещества с окислителем, преимущественно с кислородом воздуха.

Однако горения может осуществляться без доступа воздуха (кислорода), если в состав горючей массы (среды) входит окислитель в виде примеси или составной части молекулы. В производственных условиях или ракетной технике горения может осуществляться в атмосфере таких окисляющих газов, как фтор, хлор, окислы азота и другие.

Некоторые вещества (порошкообразные титан и цирконий) способны гореть в атмосфере азота, двуокиси углерода, не относящимся к традиционным окислителям.

В зависимости от способа подвода окислителя различают:

• диффузионное горение, когда реагенты (горючее и окислитель) перед началом горения не были перемешаны, а их смешение происходит в процессе горения за счет диффузии;
• гомогенное горение, когда реагенты перед началом горения были перемешаны без поверхности раздела фаз;
• гетерогенное горение, когда реагенты находятся в разных агрегатах состояния (твердое + газ, твердое + жидкость) или между ними имеется поверхность раздела (твердое + твердое, несмешивающиеся жидкость + жидкость). Гетерогенное горение часто относят к диффузионному горению.
• горение, скорость которого лимитирована скоростью химической реакции, называют кинетическим горением. Так как скорость химического взаимодействия, как правило, выше скорости диффузии, кинетическое горение протекает с максимальной для данной системы скоростью (дефлаграция, детонация).

При пожаре отмечается смешанный тип горения. В зависимости от скорости горение может быть медленным (тление), нормальным (дефлаграция) и взрывообразным (взрыв), переходящим в детонационное (детонация).

По внешнему проявлению горение может быть пламенным или беспламенным.

Беспламенное горение может возникнуть в результате дефицита окислителя (тление) или при низком давлении насыщенных паров горючего вещества (горение тугоплавких металлов и кокса).

По механизму развития горение может быть тепловым, при котором причиной самоускорения реакций окисления является повышение температуры, и автокаталитическим (цепным), когда ускорение процесса достигается накоплением промежуточных катализирующих продуктов (активных центров). Автокаталитическое горение осуществляется при сравнительно низких температурах. При достижении определенных концентраций промежуточных каталитических продуктов автокаталитическое горение может переходить в тепловое. При этом температура горения резко возрастает.

Горение может возникать и развиваться спонтанно, стихийно (пожар), но может быть специально организованным, целесообразным: энергетическое горение (в целях получения тепловой или электрической энергии) и технологическое горение (доменный процесс, металлотермия, синтез тугоплавких неорганических соединений и т.д.).

Горение характеризуется такими величинами, как: температура, скорость, полнота, состав продуктов. Располагая данными о механизме горения и его характерных особенностях, можно увеличивать скорость и температуру горения (промотирование горения) или снижать их вплоть до прекращения горения (ингибирование горения).

Турбулентная форма горения

Турбулентное г-ние – это «работа» над смесью, которую можно определять как турбулентную. Данная реакция является самой сложной для изучения, а также она крайне часто встречается в практических механизмах и устройствах. На сегодняшний день не существует законченной теории турбулентного горения, которая в полной мере способна была бы описать данный процесс.

Существует немало проблем, связанных с исследованием турбулентного горения. Например, взаимное влияние горения на турбулентность и наоборот приводит к тому, что процесс г-ния может как интенсифицироваться благодаря тепловыделению (сверх нормы), так и уменьшаться. Последнее обуславливается увеличением вязкости с ростом температуры.

Общие сведения

Ответив на вопрос о том, что такое горение, человек смог сделать его главным ресурсом, из которого мы до сих пор черпаем энергию. Около 90 % всех энергетических ресурсов, производимых на Земле людьми, выпадают на процессы сжигания ископаемых видов топлива. Однако в обозримом будущем (приблизительно до 2040 года) этот показатель снизится на 10 %. Это связано с истощением ресурсов Земли, которые не подлежат восстановлению, а также загрязнением мира, явлением глобального потепления.

Горение – химический процесс, обычно идущий по пути разветвленно-цепного механизма. Здесь прогрессирует самостоятельное ускорение благодаря теплу, которое выделяется в ходе реакций. Особенностями, которые выделяют горение, можно считать наличие больших показателей выделения тепла и потребность в относительно огромных ресурсах, необходимых для активации реакции. Эти два фактора напрямую влияют на скорость, при которой она будет проходить.

Процесс горения

Древесина, как органическое вещество, содержит в себе преимущественно углерод (С) и водород (Н). Для их воспламенения требуется кислород (О).

Химический состав древесины

Соединяя водород (Н₂) и кислород (О) мы получаем воду – Н₂O конденсат. Водородное топливо с точки зрения экологии самое чистое, т.к. отходом горения является вода.
Соединяя углерод (С) и кислород (О) мы получаем либо безвредную углекислоту СO₂, которая содержится в газировке, либо угарный газ СO, который загрязняет атмосферу и в определенных дозировках смертелен для человека.
Кстати, именно на уменьшение выбросов угарного газа в атмосферу направлено Парижское соглашение 2015 года, от которого в 2018 году отказался президент США Дональд Трамп.
Более того, во многих странах Европе по протоколу DIN EN 303-5-2012 вам не позволят использовать печи, которые по выбросам превышают норм СО₂, впрочем, как и автомобили без катализатора.
Не стоит думать, что в горении твердого топлива участвуют только водород и кислород. Во первых, этапы горения идут последовательно, во вторых, в топливе содержится множество химических веществ, и каждое горит в своё время и со своей спецификой.

Охрана атмосферы

В результате деятельности человека происходит загрязнение атмосферы самыми различными веществами, многие из которых ядовиты для человека, животных и растений. Изменение состава атмосферы приводит к ослаблению здоровья населения, снижению продолжительности жизни, распространению болезней. Это особенно заметно в больших городах, где атмосфера загрязняется газовыми выбросами промышленных предприятий и автомобильного транспорта.

В состав почти всех известных традиционных видов топлива входят вещества, при сгорании которых образуются не только СО₂ и Н₂О. При неполном сгорании топлива может образовываться весьма ядовитый угарный газ (СО). Также очень неблагоприятны для человека продукты сгорания соединений, содержащих атомы серы и азота, которыми являются оксиды серы (SO₂) и азота (NO, NO₂).

Для улучшения качества бензина в него добавляют соединения свинца. При сгорании такого бензина в окружающую среду выбрасывается большое количество ядовитых для человека веществ, содержащих свинец.

На сжигание различных видов топлива потребляется огромное количество кислорода. Так, в течение 1 ч. полета реактивный самолет (рис. 91) потребляет количество кислорода, вырабатываемое лесом площадью 1 га. за месяц.

Смог (рис. 92) — это туман, смешанный с пылью и сажей и содержащий продукты взаимодействия оксидов серы и азота с водой.

Кислотные дожди. Дождевая вода более кислая, чем обычная, так как в ней содержатся вещества, называемые кислотами. Они образуются при взаимодействии оксидов серы и азота с парами воды.

Парниковый эффект (рис. 93) возникает в результате повышения температуры воздуха за счет накопления в атмосфере некоторых газов, называемых парниковыми. Основным парниковым газом является углекислый газ. В результате парникового эффекта повышается температура воздуха в нижних слоях атмосферы, происходит изменение климата, возможны таяния ледников, наводнения.

Поскольку атмосфера у всех народов Земли общая, разные государства предпринимают совместные меры по ее защите от вредных выбросов. Для этого на заводах устанавливаются очистительные установки, совершенствуются системы очистки выхлопных газов автотранспорта, разрабатываются новые экологически чистые производства и виды транспорта.

Уменьшить влияние химических веществ на природу, здоровье людей возможно, только сделав самые тщательные исследования источников и состава ядовитых соединений. Химия как наука позволяет человеку найти пути решения указанных выше проблем охраны атмосферы.

Краткие выводы урока:

1. Окисление — химическая реакция, в результате которой атомы кислорода присоединяются к атомам других элементов.
2. Топливо — это вещество, которое горит с выделением тепловой энергии.
3. Основными видами топлива являются каменные и бурые угли, торф, древесина, нефть и природный газ.
4. Сжигание различных видов топлива приводит к таким неблагоприятным последствиям, как смог, кислотные дожди и парниковый эффект.

Надеюсь урок 20 «Окислительные процессы» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.