Chemie van de verbrandingsreactie. Verbranding

Verbranding is een van de meest interessante en vitale natuurverschijnselen voor mensen. Verbranding is nuttig voor een persoon zolang het niet uit de onderwerping aan zijn rationele wil voortkomt. Anders kan er brand ontstaan. Vuur - dit is een ongecontroleerde verbranding die materiële schade veroorzaakt, schade aan het leven en de gezondheid van burgers, de belangen van de samenleving en de staat. Kennis van het verbrandingsproces is essentieel voor brandpreventie en -bestrijding.

Verbranding is een chemische oxidatiereactie die gepaard gaat met het vrijkomen van warmte. Voor verbranding is de aanwezigheid van een brandbare stof, een oxidatiemiddel en een ontstekingsbron vereist.

brandbare stof Elke vaste, vloeibare of gasvormige stof die kan worden geoxideerd onder vrijgave van warmte.

Oxidatiemiddelen kunnen chloor, fluor, broom, jodium, stikstofoxiden en andere stoffen zijn. In de meeste gevallen vindt tijdens een brand de oxidatie van brandbare stoffen plaats met zuurstof uit de lucht.

Ontstekingsbron zorgt voor een energie-effect op de brandbare stof en het oxidatiemiddel, wat leidt tot verbranding. Ontstekingsbronnen zijn meestal onderverdeeld in open (lichtgevend) - bliksem, vlammen, vonken, gloeiende voorwerpen, lichtstraling; en verborgen (niet-lichtgevend) - de hitte van chemische reacties, microbiologische processen, adiabatische compressie, wrijving, schokken, enz. Ze hebben verschillende vlam- en verwarmingstemperaturen. Elke ontstekingsbron moet voldoende warmte of energie hebben om aan de reactanten te worden overgedragen. Daarom heeft de duur van blootstelling aan de ontstekingsbron ook invloed op het verbrandingsproces. Na het begin van het verbrandingsproces wordt het ondersteund door thermische straling uit zijn zone.

Er vormen zich een brandbaar en een oxidatiemiddel brandstof systeem, die chemisch inhomogeen of homogeen kan zijn. Op chemisch gebied heterogeen systeem de brandbare stof en het oxidatiemiddel zijn niet gemengd en hebben een grensvlak (vaste en vloeibare brandbare stoffen, stralen brandbare gassen en dampen die de lucht binnendringen). Tijdens de verbranding van dergelijke systemen diffundeert zuurstof uit de lucht voortdurend door de verbrandingsproducten naar de brandbare stof en gaat vervolgens een chemische reactie aan. Een dergelijke verbranding wordt genoemd verspreiding. De diffusiesnelheid is laag, omdat deze wordt vertraagd door het diffusieproces. Als een brandbare stof in gasvormige, dampvormige of stoffige toestand al met lucht is gemengd (voordat deze wordt ontstoken), dan is een dergelijk brandbaar systeem homogeen en hangt het verbrandingsproces alleen af ​​van de snelheid van de chemische reactie. In dit geval verloopt de verbranding snel en wordt opgeroepen kinetisch.

Het branden kan compleet of onvolledig zijn. Volledige verbranding vindt plaats wanneer zuurstof in voldoende hoeveelheden de verbrandingszone binnendringt. Als er niet genoeg zuurstof is om alle producten die bij de reactie betrokken zijn te oxideren, vindt er een onvolledige verbranding plaats. De producten van volledige verbranding omvatten kooldioxide en zwaveldioxide, waterdamp en stikstof, die niet in staat zijn tot verdere oxidatie en verbranding. De producten van onvolledige verbranding zijn koolmonoxide, roet en ontledingsproducten van een stof onder invloed van warmte. In de meeste gevallen gaat verbranding gepaard met het verschijnen van intense lichtstraling - een vlam.

Er zijn een aantal soorten verbranding: flits, ontsteking, ontsteking, zelfontbranding, zelfontbranding, explosie.

Flash - dit is de snelle verbranding van een brandbaar mengsel zonder vorming van verhoogde gasdruk. De hoeveelheid warmte die tijdens een flits wordt gegenereerd, is niet voldoende om te blijven branden.

vuur - dit is het optreden van verbranding onder invloed van een ontstekingsbron.

Ontsteking - ontsteking gepaard gaande met het verschijnen van een vlam. Tegelijkertijd blijft de rest van de massa van de brandbare substantie relatief koud.

Spontane ontbranding - het fenomeen van een sterke toename van de snelheid van exotherme oxidatiereacties in een stof, leidend tot het optreden van verbranding bij afwezigheid van een externe ontstekingsbron. Afhankelijk van de interne oorzaken worden spontane verbrandingsprocessen onderverdeeld in chemisch, microbiologisch en thermisch. Chemische zelfontbranding Komt voor door de werking van luchtzuurstof, water op stoffen of door de interactie van stoffen. Geoliede vodden, overalls, watten en zelfs metaalspaanders ontbranden spontaan. De oorzaak van zelfontbranding van geoliede vezelmaterialen is de verspreiding van vetstoffen dunne laag op hun oppervlak en absorberen zuurstof uit de lucht. De oxidatie van olie gaat gepaard met het vrijkomen van warmte. Als er meer warmte wordt gegenereerd dan er warmte verloren gaat naar de omgeving, kan er sprake zijn van verbranding zonder enige warmtetoevoer. Sommige stoffen ontbranden spontaan bij interactie met water. Deze omvatten kalium-, natrium-, calciumcarbide en alkalimetaalcarbiden. Calcium ontbrandt bij interactie met heet water. Calciumoxide (ongebluste kalk) wordt bij interactie met een kleine hoeveelheid water erg heet en kan brandbare materialen die ermee in contact komen (bijvoorbeeld hout) doen ontbranden. Sommige stoffen ontbranden spontaan wanneer ze met andere worden gemengd. Deze omvatten voornamelijk sterke oxidatiemiddelen (chloor, broom, fluor, jodium), die, in contact met sommige organisch materiaal waardoor ze spontaan ontbranden. Acetyleen, waterstof, methaan, ethyleen en terpentijn ontbranden onder invloed van chloor spontaan in het licht. Salpeterzuur Omdat het ook een sterk oxidatiemiddel is, kan het zelfontbranding veroorzaken houtsnippers, stro, katoen. Microbiologische zelfontbranding is dat turf bij de juiste vochtigheid en temperatuur in plantaardige producten de vitale activiteit van micro-organismen intensiveert. Hierdoor stijgt de temperatuur en kan er een verbrandingsproces ontstaan. Thermische zelfontbranding treedt op als gevolg van langdurige werking van een onbeduidende warmtebron. In dit geval ontleden de stoffen en, als gevolg van verhoogde oxidatieve processen, zelfverhitting. Halfdrogende plantaardige oliën (zonnebloem, katoenzaad, etc.), ricinusolie, terpentijnvernissen, verven en primers, hout en vezelplaat, dakbedekkingspapier, nitrolinoleum en enkele andere materialen en stoffen kunnen bij temperaturen spontaan ontbranden omgeving 80 - 100ºC.

Zelfontbranding Het is een spontane ontbranding die gepaard gaat met het verschijnen van een vlam. Vaste en vloeibare stoffen, dampen, gassen en stof gemengd met lucht kunnen spontaan ontbranden.

Explosie (explosieve verbranding) is een extreem snelle verbranding, die gepaard gaat met het vrijkomen van een grote hoeveelheid energie en de vorming van samengeperste gassen die mechanische vernietiging kunnen veroorzaken.

Soorten verbranding worden gekenmerkt door temperatuurparameters, de belangrijkste zijn de volgende. Vlampunt - dit is de laagste temperatuur van een brandbare stof waarbij boven het oppervlak dampen of gassen worden gevormd die vanuit een ontstekingsbron kortstondig in de lucht kunnen opvlammen. De vormingssnelheid van dampen of gassen is echter nog steeds onvoldoende om de verbranding voort te zetten. Vlampunt - dit is de laagste temperatuur van een brandbare stof waarbij brandbare dampen of gassen vrijkomen in een zodanig tempo dat, na ontbranding via een ontstekingsbron, een stabiele verbranding ontstaat. Zelfontbranding temperatuur - dit is de laagste temperatuur van een stof waarbij een sterke toename van de snelheid van exotherme reacties optreedt, eindigend in ontsteking. De zelfontbrandingstemperatuur van de onderzochte vaste brandbare materialen en stoffen bedraagt ​​30 - 670 °C. meest lage temperatuur zelfontbranding heeft witte fosfor, het hoogste - magnesium. Voor de meeste houtsoorten bedraagt ​​deze temperatuur 330 - 470?

Samenvatting van levensveiligheid

Verbranding- een complex fysisch en chemisch proces, gebaseerd op chemische reacties van het redox-type, dat leidt tot de herverdeling van valentie-elektronen tussen de atomen van op elkaar inwerkende moleculen.

Voorbeelden van verbrandingsreacties

methaan: CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O;

acetyleen: C 2 H 2 + 2,5O 2 \u003d 2CO 2 + H 2 O;

natrium: 2Na + Cl2 \u003d 2NaCl;

waterstof: H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl, 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O;

TNT: C 6 H 2 (NO 2) 3 CH 3 \u003d 2,5H 2 O + 3,5CO + 3,5C + 1,5N 2.

De essentie van oxidatie is de donatie van valentie-elektronen door de oxiderende stof aan de oxidator, die, door elektronen te accepteren, wordt verminderd. De essentie van reductie is de toevoeging van elektronen door de reducerende stof aan het reductiemiddel, dat, door elektronen te doneren , is geoxideerd. Als gevolg van de overdracht van elektronen verandert de structuur van het buitenste (valentie) elektronische niveau van het atoom. Elk atoom gaat dan onder de gegeven omstandigheden over in de meest stabiele toestand.

Bij chemische processen kunnen elektronen volledig overgaan van de elektronenschil van atomen van de ene stof (element) naar de schil van atomen van een andere.

Dus tijdens de verbranding van metallisch natrium in chloor doneren natriumatomen elk één elektron aan chlooratomen. In dit geval verschijnen acht elektronen op het externe elektronische niveau van het natriumatoom (stabiele structuur), en het atoom, dat één elektron heeft verloren, verandert in een positief geladen ion. Bij het chlooratoom, dat één elektron heeft ontvangen, is het buitenste niveau gevuld met acht elektronen en verandert het atoom in een negatief geladen ion. Als resultaat van de elektrostatische krachten van Coulomb naderen tegengesteld geladen ionen elkaar en wordt een natriumchloridemolecuul (ionische binding) gevormd:

2Mg + O2 = 2Mg2+O2–.

De verbranding van magnesium (oxidatie) gaat dus gepaard met de overgang van zijn elektronen naar zuurstof. Bij andere processen komen de elektronen van de buitenste schillen van twee verschillende atomen als het ware binnen normaal gebruik, waardoor de atomen van moleculen samentrekken ( covalent of nucleair verbinding):

.

En ten slotte kan één atoom zijn elektronenpaar doneren (moleculaire binding):

.

Conclusies uit de bepalingen van de moderne theorie van oxidatiereductie:

1. De essentie van oxidatie is het verlies van elektronen door atomen of ionen van de oxiderende stof, en de essentie van reductie is de toevoeging van elektronen aan de atomen of ionen van de reducerende stof. Het proces waarbij een stof elektronen verliest, wordt genoemd oxidatie en de toevoeging van elektronen herstel.

2. De oxidatie van welke stof dan ook kan niet plaatsvinden zonder de gelijktijdige reductie van een andere stof. Wanneer magnesium bijvoorbeeld in zuurstof of lucht wordt verbrand, wordt magnesium geoxideerd en tegelijkertijd wordt zuurstof gereduceerd. Bij volledige verbranding worden producten gevormd die niet in staat zijn tot verdere verbranding (CO 2, H 2 O, HCl, enz.), bij onvolledige verbranding zijn de resulterende producten in staat tot verdere verbranding (CO, H 2 S, HCN, NH 3 , aldehyden, enz. .d.). Schema: alcohol - aldehyde - zuur.

Onderwerp : Soorten chemische reacties. verbrandingsreacties.

Doelen: Om de ontwikkeling van interesse in scheikunde en levensveiligheid onder schoolkinderen te bevorderen, om interdisciplinaire verbanden bloot te leggen, om de soorten chemische reacties te herhalen, om de leervaardigheden van schoolkinderen te verbeteren bij het samenstellen van chemische vergelijkingen, vaardigheden verwerven in het werken met een brandblusser, kennis maken met brandpreventiemaatregelen, de ontwikkeling bevorderen van vaardigheden om te vergelijken en te generaliseren, hun gedachten snel en duidelijk formuleren en uiten, hun kennis in de praktijk toepassen.

Apparatuur en reagentia : presentatie voor de les, porseleinen beker, alcohol, karton, lucifers, luchtschuim en kooldioxidebrandblussers.

Tijdens de lessen:

Scheikundeleraar: Verbranding is de eerste chemische reactie die de mens kent. Vuur... Is het mogelijk ons ​​bestaan ​​voor te stellen zonder vuur? Hij kwam ons leven binnen, werd er onafscheidelijk van. Maar verre van Altijd Terwijl we in de dansende tong van vlammen kijken, denken we na over de grote rol die vuur speelde in het lot van de mens. Zonder vuur kan een mens geen voedsel of staal koken; zonder vuur is transport onmogelijk. Zonder vuur zou een persoon waarschijnlijk geen persoon kunnen worden ... "Pas nadat ze hadden geleerd vuur te maken met behulp van wrijving, dwongen mensen voor het eerst een anorganische natuurkracht om zichzelf te dienen", schreef F. Engels.

De essentie van het verbrandingsproces voor een lange tijd bleef een mysterie van de natuur. Pas twee eeuwen geleden werden de geheimen van de verbranding eindelijk ontdekt. En de almachtige chemie deed het. Voordien werd ten onrechte gedacht dat elke brandbare stof een speciale "vurige materie" bevat, een bepaalde mythische substantie - flogiston, die tijdens de verbranding uit de substantie vrijkomt en door de lucht wordt geabsorbeerd. Verbranding werd dus als een ontledingsreactie beschouwd.

In feite is vuur een teken van een dergelijk proces, waarbij brandende stoffen in wisselwerking staan ​​met zuurstof, waardoor een grote hoeveelheid warmte en licht vrijkomt. Dit chemische proces wordt verbranding genoemd.

Oefening: Schrijf de vergelijkingen van interactie en zuurstof: lithium, zwavel, koolstof, fosfor.

Eén leerling voltooit taken op het bord. De rest staat in notitieboekjes.

Docent:

Student: Dit zijn samengestelde reacties. Door thermisch effect exotherm, gaat gepaard met het vrijkomen van warmte. Verbrandingsreactieproducten zijn oxiden. Oxiden zijn binaire verbindingen die zuurstof bevatten met een oxidatietoestand van -2.

Docent: Aan welke voorwaarden moet worden voldaan om een ​​verbrandingsreactie te laten plaatsvinden?

Student: Voordat een stof vlam kan vatten, moet aan twee voorwaarden worden voldaan: 1) de ontbrandingstemperatuur van de stof is bereikt en 2) de toegang van zuurstof.

Docent ervaring doen:

Ervaring 1. Alcohol verbranden. Giet een beetje alcohol in een porseleinen kopje, steek het in brand en dek het kopje vervolgens stevig af met een vel karton.

Docent:: Waarom gaat de vlam uit, maar licht het papier niet op?

Student: De vlam gaat uit, omdat er geen toegang is tot zuurstof, het papier licht niet op. De ontstekingstemperatuur is niet bereikt.

Docent: Wat zijn de voorwaarden om het verbrandingsproces te stoppen?

Van welk type zijn deze reacties? Wat zijn deze thermische reacties? Tot welke klasse stoffen behoren de producten van deze reacties? Welke stoffen worden oxiden genoemd?

Student: Om het verbrandingsproces te stoppen, moet men de stof afkoelen tot onder de ontstekingstemperatuur, of de toegang van zuurstof ertoe stoppen.

Oefening: Voeg de vergelijkingen van chemische reacties toe: nummer van presentatiedia

+ О2 → CuO

Mg + … → MgO

… + O2 → CO2

CuS + … → SO2 + …

Eén student schrijft op het bord, de rest in notitieboekjes en voert vervolgens een zelfonderzoek uit.

OB docent: Kennis van de verbrandingsomstandigheden van stoffen is noodzakelijk voor een persoon om een ​​brand te blussen. De oorzaak van de brand zijn vele factoren, en bovenal is het het chemische analfabetisme van veel mensen, onaanvaardbare nalatigheid bij de uitvoering van onderwijs-, huishoudelijke en productieactiviteiten, schending van de voorwaarden voor het omgaan met stoffen en energiebronnen. Wat is een brand?

Vuur- dit is een ongecontroleerd, snelstromend chemisch proces bij hoge temperaturen, dat gepaard gaat met het vrijkomen van een grote hoeveelheid warmte, waardoor materiële waarden worden vernietigd en de levens van mensen in gevaar worden gebracht. In de regel ontstaat brand als gevolg van het niet naleven van brandveiligheidsmaatregelen en overtreding van brandveiligheidsregels.

Bij het blussen van een brand met water worden twee omstandigheden gecreëerd: water koelt hete voorwerpen af ​​en de dampen ervan maken het moeilijk voor zuurstof om ze te bereiken. Bovendien worden zand, koolmonoxide (IV), dat wordt verkregen in brandblussers, en explosieven vaak gebruikt om de toegang tot lucht te stoppen (tijdens een explosie wordt een relatief vacuüm gevormd en stopt de verbranding). Deze techniek wordt gebruikt om branden te blussen in geval van brandende olie en olieproducten.

De brand kan worden geblust:

Een brandend voorwerp afkoelen;

Beëindiging van luchttoegang tot de verbrandingsbron;

Verwijdering van brandbare stoffen en voorwerpen uit mogelijke manieren om brand te verspreiden

Student: Om een ​​brand te blussen, worden water, schuim, kooldioxide, sneeuw, aarde, zand en andere niet-brandbare bulkmaterialen gebruikt. Water is een effectief blusmiddel dat gemakkelijk verkrijgbaar, goedkoop en onschadelijk is. Het heeft een sterk verkoelend effect, waardoor de temperatuur van het brandende lichaam sterk wordt verlaagd. Water is echter niet effectief bij het blussen van brandbare organische vloeistoffen zoals benzine, kerosine, benzeen en olie, die lichter zijn dan water en zich er niet mee vermengen. Gebruik geen water om het verbrande gas te blussen. Water is ook niet geschikt voor het blussen van een brand in de aanwezigheid van elektrische installaties die onder spanning staan. Het gebruik van water om branden te blussen is in dit geval levensbedreigend, omdat water elektrisch geleidend is. Brandende vloeistoffen kunnen worden afgedekt met zand. Het elimineert de toegang van zuurstof en elimineert de vlam. Een effectiever brandblusmiddel is frisdrank (natriumcarbonaat en bicarbonaat). Het ontleedt bij verhoogde temperaturen, absorbeert warmte en geeft kooldioxide vrij, waardoor het brandende voorwerp wordt omhuld.

Het ontsteken van vloeibare brandstoffen, smeeroliën en gassen in de lucht uit pijpleidingen en cilinders kan worden gestopt door het aantrekken van een brandvertragende mantel of een zware deken.

Oefening: Welke middelen voor het blussen van een brand moeten worden gebruikt in de volgende gevallen: a) kleding van een persoon vatte vlam; b) benzine ontstoken; c) er was brand in de houtopslagplaats; d) Heeft olie vlam gevat op het wateroppervlak?

Scheikundeleraar: Bijzondere aandacht moet worden besteed aan brandblustechnieken die in de chemieruimte kunnen voorkomen. Brandbare alcohol en aceton mogen met water blussen, omdat ze daarin goed oplossen.

De spirituslamp wordt na gebruik pas verwijderd nadat de vlam is gedoofd en is afgekoeld.

In geval van brand moet kleding zo snel mogelijk worden uitgetrokken, strak opgerold en de vlam doven met zand of water. Onthoud dat wanneer uw kleding vlam vat, u niet moet rennen of plotselinge bewegingen moet maken. Bij hardlopen en plotselinge bewegingen neemt de toegang tot lucht toe, en dit leidt tot een toename van het verbrandingsproces. Als het onmogelijk is om de aangestoken kleding te verwijderen, is het noodzakelijk om de persoon stevig in een cape te wikkelen, er water overheen te gieten of een brandblusser te gebruiken.

Brandblussers kunnen luchtschuim en kooldioxide zijn.

OB docent: Overweeg het apparaat en het werkingsprincipe van een frisdrankbrandblusser

Om branden te blussen, wordt een speciaal apparaat gebruikt: een brandblusser. Een frisdrankbrandblusser bestaat uit een tank gevuld met een oplossing van frisdrank, waarin een capsule zit zoutzuur, en een bel, met behulp waarvan een sterke straal kooldioxide op het vuur wordt gericht. Om de brandblusser in werking te stellen, is het noodzakelijk om de capsule te breken, de inhoud van de tank lichtjes te schudden en een stroom kooldioxide in de verbrandingszone te richten.

OBJ-leraar: Hoe bedien je een brandblusser?

Student: Het is noodzakelijk om de starthendel omhoog te tillen en naar voren te bewegen, 180 graden te draaien vanuit de beginpositie, en vervolgens de brandblusser te draaien.

Bij geactiveerde brandblussers treedt een chemische reactie op, waardoor een straal schuim van 6-8 m lang uit het gat wordt geworpen, deze straal moet op het vuur worden gericht. Werkingsduur van brandblussers ongeveer 1 minuut. Tegelijkertijd wordt bijna 40 liter schuim uitgeworpen.

Demonstratie van brandblussers en ontwikkeling van het werken ermee

Reflectie:

Beantwoord de vragen:

Wat zijn de gevolgen van verbranding? (Verbranding gaat gepaard met zowel fysieke als chemische verschijnselen: vrijkomen en overdracht van warmte, chemische oxidatiereactie, vrijkomen van verbrandingsproducten en hun verspreiding in het milieu).

Hoe verandert de aggregatietoestand van stoffen tijdens verbranding? (Vaste stoffen worden tijdens de verbranding vloeibare en gasvormige stoffen).

Wat wordt rook genoemd? (Rook is een mengsel van gasvormige en vaste verbrandingsproducten)

Welke rookcomponenten zijn giftig, d.w.z. eigenschappen die schadelijk zijn voor het menselijk lichaam? (Koolmonoxide (II ), fosforoxide (V ), formaldehyde, stikstofoxiden, waterstofsulfide, waterstofchloride, fosgeen, blauwzuurdampen)

Waarom is een hoge rookdichtheid gevaarlijk voor een persoon? (Een hoge concentratie verbrandingsproducten in de samenstelling van de rook verlaagt het zuurstofpercentage. Wanneer het zuurstofgehalte in de lucht 14-16% bedraagt, treedt er zuurstofgebrek op, 9% zuurstof is levensbedreigend).

Waarom blust water vuur? ( Water, dat een hoge warmtecapaciteit heeft, kan de warmte die vrijkomt bij de verbranding intensief absorberen. Het vermogen van water om een ​​vlam te doven wordt verder versterkt door het feit dat water bij verhitting in stoom verandert en de stoffen verdunt die tijdens de verbranding reageren).

Welke stoffen of materialen kent u die voorwaarden scheppen voor het stoppen van de verbranding? (Waterige oplossingen van zouten, schuim, zand, vloeimiddelen, talk, krijt, waterdamp, kooldioxide, stikstof, enz.)

Huiswerk: Bereken de massa ijzer en het volume zuurstof (N.O.) dat moet worden ingenomen om 0,3 mol ijzeroxide te verkrijgen (III).

Samenvattend bedankt de leraar de kinderen voor hun actieve deelname, legt de cijfers van de studenten bloot en geeft commentaar.

Pagina 1

Chemische verbrandingsreacties beginnen na het ontstaan ​​van de eerste vlam in het bereide brandstof-luchtmengsel. Bij zuigermotoren met interne verbranding wordt het gecreëerd door een elektrische vonk of door het brandstofsamenstel te verwarmen tot een temperatuur waarbij veel initiële vlammen spontaan in het volume van het mengsel verschijnen, en het mengsel spontaan ontbrandt.

De chemische verbrandingsreactie vindt niet plaats onder alle omstandigheden van botsing van brandbare gasmoleculen met zuurstofmoleculen.

Als de chemische verbrandingsreacties niet autokatalytisch zijn, kan de enige reden voor de verspreiding van de vlam de overdracht van warmte zijn van de verbrandingsproducten van het onverbrande mengsel. Dit type vlamvoortplanting wordt thermisch genoemd. Dit sluit uiteraard geenszins de mogelijkheid uit dat de diffusie van reactanten en reactieproducten gelijktijdig plaatsvindt, zodat de samenstelling van het reagerende mengsel in de reactiezone verschilt van de samenstelling van het aanvankelijke mengsel. Maar in dit geval is diffusie niet de oorzaak van de vlamvoortplanting, maar slechts een bijkomende factor. Dit geldt in het bijzonder ook voor kettingreacties met niet-vertakkende ketens. De diffusie van vrije atomen en radicalen kan, tenzij ze zich in thermodynamisch evenwicht of in quasi-stationaire concentraties bevinden, niet de verspreiding van een vlam veroorzaken die thermisch blijft. In een correcte thermische theorie van vlamvoortplanting wordt volledig rekening gehouden met de rol van diffusie, zoals in de volgende sectie zal worden aangetoond.

Als de chemische verbrandingsreacties niet autokatalytisch zijn, kan alleen de overdracht van warmte van de verbrandingsproducten van het onverbrande mengsel de oorzaak zijn van vlamvoortplanting. Dit type vlamvoortplanting wordt thermisch genoemd. Dit sluit uiteraard geenszins de mogelijkheid uit dat de diffusie van reactanten en reactieproducten gelijktijdig plaatsvindt, zodat de samenstelling van het reagerende mengsel in de reactiezone verschilt van de samenstelling van het aanvankelijke mengsel. Maar in dit geval is diffusie niet de oorzaak van de vlamvoortplanting, maar slechts een bijkomende factor. Dit geldt in het bijzonder ook voor kettingreacties met niet-vertakkende ketens. De diffusie van vrije atomen en radicalen kan, tenzij ze zich in thermodynamisch evenwicht of in quasi-stationaire concentraties bevinden, niet de verspreiding van een vlam veroorzaken die thermisch blijft. In een correcte thermische theorie van vlamvoortplanting wordt volledig rekening gehouden met de rol van diffusie, zoals in de volgende sectie zal worden aangetoond.

De snelheid van chemische reacties van gasverbranding met lucht in branders is zeer hoog. Deze reacties op hoge temperaturen loopt in duizendsten van een seconde. De duur van de verbranding van de gas-luchtmengselstroom wordt bepaald door de continue toevoer van verse hoeveelheden gas en lucht, die worden verbrand als gevolg van het snelle optreden van oxidatiereacties onder invloed van een warmteflux.

De snelheid van chemische reacties van gasverbranding met lucht in branders is zeer hoog. Deze reacties bij hoge temperaturen verlopen in duizendsten van een seconde. De duur van de verbranding van de gas-luchtmengselstroom wordt bepaald door de continue toevoer van verse hoeveelheden gas en lucht, die worden verbrand als gevolg van het snelle optreden van oxidatiereacties onder invloed van een warmteflux.

Kwantitatieve verhoudingen van chemische verbrandingsreacties kunnen worden verkregen met bekende molecuulmassa's van stoffen en dichtheden p c / 22 4 gassen onder normale fysieke omstandigheden.

Het mechanisme van remming van chemische verbrandingsreacties is niet goed begrepen. Echter, studies uitgevoerd in afgelopen jaren, maken het mogelijk om enkele ideeën te vormen over de aard van het effect van remmers op vlammen.

Laten we aannemen dat de chemische reactie van de verbranding volledig verloopt en dat de producten van de reactie waterdamp H20, kooldioxide CO2 of, bij afwezigheid van zuurstof, koolmonoxide CO zijn. Voor een stoichiometrisch waterstof-zuurstof (explosief) brandbaar mengsel krijgen we, door de vormingswarmte van waterdamp 58 kcal/mol te delen door een warmtecapaciteit van 8 cal/mol-graden, een verbrandingstemperatuur van 7250 graden. Voor het geval van volledige verbranding van vaste koolstof in zuurstof (St 02CO2 94 kcal/mol) verkrijgen we een nog hogere verbrandingstemperatuur, 11.750 K. Temperaturen van dezelfde orde worden ook verkregen voor andere koolwaterstofbrandstoffen. De fantastisch hoge verbrandingstemperaturen die hier worden gegeven, hebben betrekking op de plasmatoestand van de materie; ze komen in werkelijkheid niet voor; de verbrandingstemperaturen van zuurstofmengsels liggen in het bereik van 3000–4000 K.

Omdat de verwarming en de chemische reactie van de verbranding van het mengsel zeer snel verlopen, is de belangrijkste factor die de duur van het verbrandingsproces beperkt de tijd die wordt besteed aan het mengen van gas en lucht.

Regelingen voor de organisatie van de verbranding van brandbare gassen. Verbranding. a - kinetisch, b - diffusie, c - gemengd.

Omdat de snelheid van de chemische verbrandingsreacties bij hoge temperaturen van de haard onvergelijkbaar hoger is dan de snelheid van mengselvorming, is de snelheid van gasverbranding in de praktijk altijd gelijk aan de snelheid van het mengen van gas met lucht. Deze omstandigheid maakt het gemakkelijk om de snelheid van de gasverbranding in het breedste bereik te regelen. De gemengde verbrandingsmethode van brandbare gassen ligt tussen kinetisch en diffusie in.

Daarom is de vergelijking voor de balans van de chemische reactie van brandende kaarsen onder bepaalde omstandigheden inderdaad de eerste poging om de hoeveelheid warmte in de beschrijving van een chemische reactie te introduceren.

Bij het samenstellen van de vergelijkingen van chemische reacties van verbranding van stoffen in de lucht gaan ze als volgt te werk: de brandbare stof en de lucht die betrokken zijn bij de verbranding worden aan de linkerkant geschreven, na het gelijkteken worden de resulterende reactieproducten geschreven. Het is bijvoorbeeld nodig om een ​​vergelijking te formuleren voor de verbrandingsreactie van methaan in lucht. Schrijf eerst de linkerkant van de reactievergelijking op: de chemische formule van methaan plus chemische formules stoffen in de lucht.

Publicatiedatum 10.02.2013 20:58

Verbranding is een oxidatiereactie die plaatsvindt met hoge snelheid, wat gepaard gaat met het vrijkomen van warmte in grote hoeveelheden en, in de regel, een heldere gloed, die we een vlam noemen. Het verbrandingsproces wordt bestudeerd door fysische chemie, waarbij het gebruikelijk is om naar verbranding te verwijzen naar alle exotherme processen die een zelfversnellende reactie hebben. Een dergelijke zelfversnelling kan optreden als gevolg van een temperatuurstijging (dat wil zeggen een thermisch mechanisme heeft) of de accumulatie van actieve deeltjes (dat wil zeggen een diffusiekarakter heeft).

De verbrandingsreactie heeft visuele functie- de aanwezigheid van een gebied met hoge temperatuur (vlam), beperkt in de ruimte, waar het grootste deel van de omzetting van de oorspronkelijke stoffen (brandstof) in verbrandingsproducten plaatsvindt. Dit proces gepaard gaat met het vrijkomen van een grote hoeveelheid thermische energie. Om de reactie (het verschijnen van een vlam) op gang te brengen, is het dan nodig om een ​​bepaalde hoeveelheid energie aan de ontsteking te besteden het proces is aan de gang spontaan. De snelheid ervan hangt af van chemische eigenschappen stoffen die aan de reactie deelnemen, evenals uit gasdynamische processen tijdens verbranding. De verbrandingsreactie heeft bepaalde kenmerken, waarvan de belangrijkste zijn calorische waarde mengsel en de temperatuur (adiabatisch genoemd), die theoretisch zou kunnen worden bereikt met volledige verbranding zonder rekening te houden met warmteverliezen.

Afhankelijk van de aggregatietoestand van het oxidatiemiddel en de brandstof kan het verbrandingsproces in een van de drie typen worden ingedeeld. De verbrandingsreactie kan zijn:

Homogeen, als de brandstof en het oxidatiemiddel (voorheen gemengd) zich in gasvormige toestand bevinden,

Heterogeen, waarbij een vaste of vloeibare brandstof interageert met een gasvormig oxidatiemiddel,

De verbrandingsreactie van buskruit en explosieven.

Homogene verbranding is de eenvoudigste, heeft een constante snelheid, afhankelijk van de samenstelling en moleculaire thermische geleidbaarheid van het mengsel, temperatuur en druk.

Heterogene verbranding komt het meest voor, zowel in de natuur als onder kunstmatige omstandigheden. De snelheid hangt af van de specifieke omstandigheden van het verbrandingsproces en van de fysieke kenmerken van de ingrediënten. Bij vloeibare brandstoffen wordt de verbrandingssnelheid sterk beïnvloed door de verdampingssnelheid, bij vaste brandstoffen door de vergassingsnelheid. Bij het verbranden van steenkool bestaat het proces bijvoorbeeld uit twee fasen. Bij de eerste komen (bij relatief langzame verwarming) de vluchtige componenten van de stof (steenkool) vrij, bij de tweede verbrandt het cokesresidu.

De verbranding van gassen (bijvoorbeeld de verbranding van ethaan) heeft zijn eigen kenmerken. In een gasvormige omgeving kan de vlam zich over een grote afstand verspreiden. Het kan met subsonische snelheid door het gas bewegen, en deze eigenschap is niet alleen inherent aan het gasvormige medium, maar ook aan een fijn mengsel van vloeibare en vaste brandbare deeltjes gemengd met een oxidatiemiddel. Om in dergelijke gevallen een stabiele verbranding te garanderen, is dit vereist speciaal ontwerp oven apparaten.

De gevolgen die een verbrandingsreactie in een gasvormig medium veroorzaakt, zijn van twee soorten. De eerste is de turbulentie van de gasstroom, wat leidt tot een sterke toename van de snelheid van het proces. De resulterende akoestische verstoringen van de stroming kunnen leiden tot de volgende fase: de geboorte van een schokgolf die leidt tot de ontploffing van het mengsel. De overgang van verbranding naar detonatiefase hangt niet alleen af ​​van de intrinsieke eigenschappen van het gas, maar ook van de afmetingen van het systeem en de voortplantingsparameters.

Brandstofverbranding wordt gebruikt in de techniek en de industrie. De belangrijkste taak in dit geval is het bereiken van de maximale volledigheid van de verbranding (d.w.z. optimalisatie van de warmteafgifte) gedurende een bepaalde periode. Verbranding wordt bijvoorbeeld gebruikt in de mijnbouw - de methoden voor de ontwikkeling van verschillende mineralen zijn gebaseerd op het gebruik van een brandbaar proces. Maar onder bepaalde natuurlijke en geologische omstandigheden kan het fenomeen verbranding een factor worden die een ernstig gevaar met zich meebrengt. Een reëel gevaar is bijvoorbeeld het proces van zelfontbranding van turf, wat leidt tot het optreden van endogene branden.