V procesu spalování vzniká plamen, jehož struktura je dána reagujícími látkami. Jeho struktura je rozdělena do oblastí v závislosti na indikátorech teploty.
Definice
Plameny se nazývají horké plyny, ve kterých jsou složky nebo látky plazmy přítomny v pevné rozptýlené formě. Provádějí přeměny fyzikálního a chemického typu doprovázené luminiscencí, uvolňováním tepelné energie a ohřevem.
Přítomnost iontových a radikálových částic v plynném médiu charakterizuje jeho elektrickou vodivost a zvláštní chování v elektromagnetickém poli.
Co jsou plameny
Toto je obvykle název procesů spojených se spalováním. Hustota plynu je ve srovnání se vzduchem nižší, ale vysoké teploty způsobují vzestup plynu. Tak vznikají plameny, které jsou dlouhé a krátké. Často dochází k hladkému přechodu z jedné formy do druhé.
Plamen: struktura a struktura
K určení vzhledu popsaného jevu stačí zapálit plynový hořák. Výsledný nesvítící plamen nelze nazvat homogenním. Vizuálně jsou třihlavní oblasti. Mimochodem, studium struktury plamene ukazuje, že různé látky hoří za vzniku jiného typu pochodně.
Když hoří směs plynu a vzduchu, nejprve se vytvoří krátká pochodeň, jejíž barva má modré a fialové odstíny. Je v něm vidět jádro – zelenomodré, připomínající kužel. Zvažte tento plamen. Jeho struktura je rozdělena do tří zón:
- Oddělte přípravnou oblast, ve které se ohřívá směs plynu a vzduchu při výstupu z otvoru hořáku.
- Za ním následuje zóna, ve které dochází ke spalování. Zabírá vrchol kužele.
- Při nedostatečném proudění vzduchu se plyn nespálí úplně. Uvolňují se zbytky dvojmocného oxidu uhlíku a vodíku. Jejich dodatečné spalování probíhá ve třetí oblasti, kde je přístup kyslíku.
Nyní se podíváme na různé spalovací procesy samostatně.
Hořící svíčka
Zapálení svíčky je jako zapálení zápalky nebo zapalovače. A struktura plamene svíčky připomíná proud horkého plynu, který je vytahován vztlakovými silami. Proces začíná zahřátím knotu, po kterém následuje odpaření parafínu.
Nejnižší zóna uvnitř vlákna a sousedící s ním se nazývá první region. Má lehce modrou záři díky velkému množství paliva, ale malému objemu směsi kyslíku. Zde probíhá proces nedokonalého spalování látek s uvolňováním oxidu uhelnatého, který se dále oxiduje.
První zónaobklopený svítícím druhým pláštěm, který charakterizuje strukturu plamene svíčky. Do ní se dostává větší objem kyslíku, který způsobuje pokračování oxidační reakce za účasti molekul paliva. Indikátory teploty zde budou vyšší než v tmavé zóně, ale nedostatečné pro konečný rozklad. Právě v prvních dvou oblastech se objeví světelný efekt, když se kapičky nespáleného paliva a částice uhlí silně zahřejí.
Druhá zóna je obklopena subtilní skořepinou s vysokými teplotami. Do něj vstupuje mnoho molekul kyslíku, což přispívá k úplnému spálení částic paliva. Po oxidaci látek není ve třetí zóně pozorován světelný efekt.
Schéma
Pro přehlednost vám představujeme obrázek hořící svíčky. Plamenný vzor obsahuje:
- První nebo tmavá oblast.
- Druhá světelná zóna.
- Třetí průhledná skořepina.
Vlákno svíčky nehoří, ale dochází pouze ke zuhelnatění ohnutého konce.
Lampa na hořící lihu
Malé nádrže s alkoholem se často používají pro chemické experimenty. Říká se jim lihové lampy. Knot hořáku je napuštěný kapalným palivem nalitým otvorem. To je usnadněno kapilárním tlakem. Po dosažení volného vrcholu knotu se alkohol začne odpařovat. Ve stavu páry se zapálí a hoří při teplotě ne vyšší než 900 °C.
Plamen lihové lampy má normální tvar, je téměř bezbarvý, s lehkým zabarvenímmodrý. Jeho zóny nejsou tak jasně viditelné jako u svíčky.
U lihového hořáku, pojmenovaného po vědci Bartelovi, je začátek ohně umístěn nad žhavicí mřížkou hořáku. Toto prohloubení plamene vede k poklesu vnitřního tmavého kužele a střední část vychází z otvoru, který je považován za nejžhavější.
Barevná charakteristika
Emise různých barev plamene způsobené elektronickými přechody. Říká se jim také termální. Takže v důsledku spalování uhlovodíkové složky ve vzduchu je modrý plamen způsoben uvolňováním sloučeniny H-C. A když jsou emitovány částice C-C, svítilna se změní na oranžovo-červenou.
Je těžké vidět strukturu plamene, jehož chemie zahrnuje sloučeniny vody, oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého, vazbu OH. Jeho jazyky jsou prakticky bezbarvé, protože výše uvedené částice při spálení vyzařují ultrafialové a infračervené záření.
Barva plamene je propojena s indikátory teploty s přítomností iontových částic, které patří do určitého emisního nebo optického spektra. Spalování některých prvků tedy vede ke změně barvy ohně v hořáku. Rozdíly ve zbarvení pochodně jsou spojeny s uspořádáním prvků v různých skupinách periodického systému.
Vystřelte na přítomnost záření souvisejícího s viditelným spektrem, prostudujte si spektroskop. Zároveň bylo zjištěno, že podobné zbarvení plamene mají i jednoduché látky z obecné podskupiny. Pro názornost se jako test používá spalování sodíkukov. Po přivedení do plamene se jazyky zbarví jasně žlutě. Na základě barevných charakteristik je sodíková čára izolována v emisním spektru.
Alkalické kovy se vyznačují vlastností rychlé excitace světelného záření atomových částic. Když se do ohně Bunsenova hořáku vloží málo těkavé sloučeniny takových prvků, dojde k jejich zbarvení.
Spektroskopické vyšetření ukazuje charakteristické linie v oblasti viditelné lidským okem. Rychlost excitace světelného záření a jednoduchá spektrální struktura úzce souvisí s vysokou elektropozitivní charakteristikou těchto kovů.
Charakteristika
Klasifikace plamene je založena na následujících charakteristikách:
- agregovaný stav hořících sloučenin. Přicházejí v plynné, aerodispergované, pevné a kapalné formě;
- typ záření, který může být bezbarvý, svítivý a barevný;
- rychlost distribuce. Šíří se rychle a pomalu;
- výška plamene. Struktura může být krátká nebo dlouhá;
- charakter pohybu reagujících směsí. Přidělte pulzující, laminární, turbulentní pohyb;
- vizuální vnímání. Látky hoří kouřovým, barevným nebo průhledným plamenem;
- ukazatel teploty. Plamen může mít nízkou teplotu, chlad a vysokou teplotu.
- stav fáze palivo - oxidační činidlo.
Vznícení nastává v důsledku difúze nebo předběžného smíchání účinných látek.
Oxidační a redukční oblast
Proces oxidace probíhá v nenápadné zóně. Je nejžhavější a nachází se nahoře. V něm dochází k úplnému spalování částic paliva. A přítomnost přebytku kyslíku a nedostatku paliva vede k intenzivnímu oxidačnímu procesu. Tato funkce by se měla používat při zahřívání předmětů nad hořákem. Proto je hmota ponořena v horní části plamene. Takové spalování probíhá mnohem rychleji.
Redukční reakce probíhají ve střední a spodní části plamene. Obsahuje velké množství hořlavých látek a malé množství molekul O2, které provádějí hoření. Když se do těchto oblastí zavedou sloučeniny obsahující kyslík, prvek O se odštěpí.
Jako příklad redukčního plamene se používá proces štěpení síranu železnatého. Když se FeSO4 dostane do centrální části plamene hořáku, nejprve se zahřeje a poté se rozloží na oxid železitý, anhydrid a oxid siřičitý. Při této reakci je pozorována redukce S s nábojem z +6 na +4.
Svařovací plamen
Tento typ požáru vzniká jako výsledek spalování směsi plynu nebo kapalných par s kyslíkem v čistém vzduchu.
Příkladem je vytvoření kyslíko-acetylenového plamene. Zvýrazňuje:
- core zone;
- střední oblast obnovy;
- koncová zóna vzplanutí.
Tolik hořísměsi plyn-kyslík. Rozdíly v poměru acetylenu a okysličovadla vedou k jinému typu plamene. Může to být normální, nauhličující (acetylenická) a oxidační struktura.
Teoreticky lze proces nedokonalého spalování acetylenu v čistém kyslíku charakterizovat následující rovnicí: HCCH + O2 → H2+ CO +CO (reakce vyžaduje jeden mol O2).
Výsledný molekulární vodík a oxid uhelnatý reagují se vzdušným kyslíkem. Konečnými produkty jsou voda a čtyřmocný oxid uhelnatý. Rovnice vypadá takto: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. Tato reakce vyžaduje 1,5 molu kyslíku. Při sečtení O2 vyjde, že na 1 mol HCCH se spotřebuje 2,5 molu. A protože je v praxi obtížné najít dokonale čistý kyslík (často má mírnou kontaminaci nečistotami), poměr O2 k HCCH bude 1,10 až 1,20.
Když je poměr kyslíku k acetylenu menší než 1,10, dojde k nauhličování plamene. Jeho struktura má zvětšené jádro, jeho obrysy jsou rozmazané. Z takového ohně se uvolňují saze kvůli nedostatku molekul kyslíku.
Pokud je poměr plynů větší než 1, 20, získá se oxidační plamen s přebytkem kyslíku. Jeho přebytečné molekuly ničí atomy železa a další součásti ocelového hořáku. V takovém plameni se jaderná část zkrátí a zašpiní.
Odečty teploty
Každá svíčková nebo hořáková zóna májejich hodnoty díky přísunu molekul kyslíku. Teplota otevřeného plamene v jeho různých částech se pohybuje od 300 °C do 1600 °C.
Příkladem je difúzní a laminární plamen, který je tvořen třemi plášti. Jeho kužel tvoří tmavá oblast s teplotou do 360 °C a nedostatkem oxidačního činidla. Nad ním je záře zóna. Jeho teplotní indikátor se pohybuje od 550 do 850 °C, což přispívá k rozkladu tepelně hořlavé směsi a jejímu spalování.
Vnější oblast je sotva viditelná. V něm teplota plamene dosahuje 1560 °C, což je způsobeno přirozenými vlastnostmi molekul paliva a rychlostí vstupu oxidačního činidla. Zde je spalování nejintenzivnější.
Látky se za různých teplotních podmínek vznítí. Kovový hořčík tedy hoří pouze při 2210 °C. U mnoha pevných látek je teplota plamene asi 350 °C. Zápalky a petrolej se mohou vznítit při 800 °C, zatímco dřevo se může vznítit od 850 °C do 950 °C.
Cigareta hoří plamenem, jehož teplota se pohybuje od 690 do 790 °C a ve směsi propan-butan od 790 °C do 1960 °C. Benzín se vznítí při 1350 °C. Plamen hořícího alkoholu má teplotu maximálně 900 °C.
