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 raakt. 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. Verbranding vereist de aanwezigheid van een brandbare stof, een oxidatiemiddel en een ontstekingsbron.

brandbare stof Elke vaste, vloeibare of gasvormige stof die kan worden geoxideerd door het vrijkomen 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 atmosferische zuurstof.

Ontstekingsbron zorgt voor een energetisch effect op de brandbare stof en de oxidator, wat leidt tot verbranding. Ontstekingsbronnen zijn meestal onderverdeeld in open (lichtgevend) - bliksem, vlam, 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 beïnvloedt de duur van blootstelling aan de ontstekingsbron ook het verbrandingsproces. Na de start van het verbrandingsproces wordt het ondersteund door thermische straling uit zijn zone.

Een brandbare en een oxidatiemiddelvorm brandstof systeem, die chemisch inhomogeen of homogeen kan zijn. in chemisch heterogeen systeem de brandbare stof en het oxidatiemiddel zijn niet gemengd en hebben een grensvlak (vaste en vloeibare brandbare stoffen, stralen van brandbare gassen en dampen die in de lucht komen). Tijdens de verbranding van dergelijke systemen diffundeert zuurstof uit de lucht continu door de verbrandingsproducten naar de brandbare stof en gaat dan een chemische reactie aan. Zo'n verbranding heet diffusie. De snelheid van diffusieverbranding is laag, omdat deze wordt vertraagd door het diffusieproces. Als een brandbare stof in gasvormige, dampvormige of stoffige toestand al vermengd is met lucht (voordat deze wordt ontstoken), dan is zo'n 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 kinetisch.

Het branden kan volledig of onvolledig zijn. Volledige verbranding vindt plaats wanneer zuurstof in voldoende hoeveelheden de verbrandingszone binnenkomt. Als er niet genoeg zuurstof is om alle bij de reactie betrokken producten te oxideren, treedt onvolledige verbranding op. De producten van volledige verbranding omvatten koolstofdioxide en zwaveldioxide, waterdamp, 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 de 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 de vorming van verhoogde gasdruk. De hoeveelheid warmte die wordt gegenereerd tijdens een flits is niet voldoende om te blijven branden.

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

Ontsteking - ontsteking vergezeld van het verschijnen van een vlam. Tegelijkertijd blijft de rest van de massa van de brandbare stof relatief koud.

Spontane ontbranding - het fenomeen van een sterke toename van de snelheid van exotherme oxidatiereacties in een stof, wat leidt tot de verbranding ervan in afwezigheid van een externe ontstekingsbron. Afhankelijk van de interne oorzaken worden zelfontbrandingsprocessen onderverdeeld in chemisch, microbiologisch en thermisch. Chemische zelfontbranding Ontstaat door de inwerking van luchtzuurstof, water op stoffen of door de interactie van stoffen. Geoliede lappen, overalls, watten en zelfs metaalkrullen 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 warmteverlies naar de omgeving, kan verbranding plaatsvinden 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 (kwikkalk) 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 bij vermenging met andere. Deze omvatten voornamelijk sterke oxidatiemiddelen (chloor, broom, fluor, jodium), die in contact met sommige organisch materiaal ervoor zorgen dat ze spontaan ontbranden. Acetyleen, waterstof, methaan, ethyleen, terpentijn ontbranden onder invloed van chloor spontaan in het licht. Salpeterzuur, ook een sterk oxidatiemiddel, kan zelfontbranding veroorzaken houtsnippers, stro, katoen. Microbiologische zelfontbranding is dat bij de juiste vochtigheid en temperatuur in plantaardige producten, turf de vitale activiteit van micro-organismen intensiveert. Dit verhoogt de temperatuur en kan een verbrandingsproces veroorzaken. 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, enz.), ricinusolie, terpentijnvernissen, verven en grondlagen, hout en vezelplaat, dakpapier, nitrolinoleum en enkele andere materialen en stoffen kunnen spontaan ontbranden bij temperaturen omgeving 80 - 100°C.

Zelfontbranding Het is zelfontbranding die gepaard gaat met het verschijnen van een vlam. Vaste en vloeibare stoffen, dampen, gassen en stof vermengd 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 kortstondig kunnen opflakkeren in lucht van een ontstekingsbron. De vormingssnelheid van dampen of gassen is echter nog onvoldoende om de verbranding voort te zetten. Vlampunt - dit is de laagste temperatuur van een brandbare stof waarbij deze ontvlambare dampen of gassen met een zodanige snelheid afgeeft dat, na ontbranding door een ontstekingsbron, een stabiele verbranding optreedt. 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 is 30 - 670 °C. meest lage temperatuur zelfontbranding heeft witte fosfor, de hoogste - magnesium. Voor de meeste houtsoorten is deze temperatuur 330 - 470?

Samenvatting van levensveiligheid

Verbranding- een complex fysisch en chemisch proces, dat gebaseerd is 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 + Cl 2 \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 over in de meest stabiele toestand onder de gegeven omstandigheden.

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 gevolg van de werking van Coulomb-elektrostatische krachten naderen tegengesteld geladen ionen elkaar en wordt een natriumchloridemolecuul (ionische binding) gevormd:

2Mg + O 2 = 2Mg 2+ O 2–.

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

.

En tot slot kan één atoom zijn elektronenpaar afstaan ​​(moleculaire binding):

.

Conclusies uit de bepalingen van de moderne theorie van oxidatie-reductie:

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, heet oxidatie, en de toevoeging van elektronen herstel.

2. De oxidatie van een stof kan niet plaatsvinden zonder de gelijktijdige reductie van een andere stof. Wanneer magnesium bijvoorbeeld wordt verbrand in zuurstof of lucht, wordt magnesium geoxideerd en tegelijkertijd zuurstof gereduceerd. Bij volledige verbranding ontstaan ​​producten die niet verder kunnen worden verbrand (CO 2, H 2 O, HCl, etc.), bij onvolledige verbranding zijn de resulterende producten wel 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 chemie en levensveiligheid bij schoolkinderen te bevorderen, om interdisciplinaire verbanden te onthullen, om de soorten chemische reacties te herhalen, om de leervaardigheden van schoolkinderen te verbeteren bij het samenstellen 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, snel en duidelijk hun gedachten te formuleren en uit te drukken, hun kennis in de praktijk toe te passen.

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

Tijdens de lessen:

Scheikundeleraar: Verbranding is de eerste chemische reactie die de mens kent. Vuur... Is het mogelijk om ons bestaan ​​zonder vuur voor te stellen? Hij kwam ons leven binnen, werd er onafscheidelijk van. Maar verre van altijd , terwijl we in de dansende vlamtong 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 ... "Alleen toen ze hadden geleerd vuur te maken met behulp van wrijving, dwongen mensen voor het eerst een anorganische kracht van de natuur 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 doorgedrongen. En de almachtige chemie deed het. Voordien werd ten onrechte gedacht dat elke brandbare stof een speciale "vurige materie" bevat, een soort mythische substantie - flogiston, dat bij verbranding vrijkomt uit de stof en wordt opgenomen door de lucht. Zo werd verbranding beschouwd als een ontledingsreactie.

In feite is vuur een teken van een dergelijk proces, waarbij brandende stoffen interageren 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.

Een leerling maakt opdrachten op het bord. De rest zit in notitieboekjes.

Docent:

Leerling: Dit zijn samengestelde reacties. Door thermisch effect exotherm, ga met het vrijkomen van warmte mee. 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?

Leerling: Om een ​​stof vlam te laten vatten, moet aan twee voorwaarden worden voldaan: 1) de ontstekingstemperatuur van de stof is bereikt en 2) de toegang van zuurstof.

Docent ervaring doen:

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

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

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

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

Oefening: Voeg de vergelijkingen van chemische reacties toe: presentatie dia nummer

+ О2 → CuO

Mg + … → MgO

… + O2 → CO2

CuS + … → SO2 + …

Een leerling schrijft op het bord, de rest in schriftjes en voert vervolgens een zelfonderzoek uit.

OB docent: Kennis van de omstandigheden van verbranding van stoffen is noodzakelijk voor een persoon om een ​​brand te blussen. De oorzaak van de brand zijn vele factoren, en vooral het chemisch analfabetisme van veel mensen, onaanvaardbare nalatigheid bij de uitvoering van educatieve, 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 temperatuur, waarbij een grote hoeveelheid warmte vrijkomt, materiële waarden worden vernietigd en het leven van mensen in gevaar wordt gebracht. In de regel ontstaat er brand door het niet naleven van brandveiligheidsmaatregelen en het overtreden van brandveiligheidsregels.

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

De brand kan worden geblust:

Een brandend voorwerp afkoelen;

Beëindiging van luchttoegang tot de verbrandingsbron;

Verwijderen van brandbare stoffen en voorwerpen van mogelijke manieren om vuur te verspreiden

Leerling: Om een ​​brand te blussen, worden water, schuim, kooldioxide, sneeuw, aarde, zand en andere onbrandbare bulkmaterialen gebruikt. Water is een effectief blusmiddel dat gemakkelijk verkrijgbaar, goedkoop en ongevaarlijk 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, olie, die lichter zijn dan water en zich er niet mee vermengen. Gebruik geen water om gestookt gas te blussen. Water is ook ongeschikt 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 levensgevaarlijk, aangezien water elektrisch geleidend is. Brandende vloeistoffen kunnen worden afgedekt met zand. Het elimineert de toegang van zuurstof en elimineert de vlam. Een effectiever blusmiddel is soda (natriumcarbonaat en bicarbonaat). Het ontleedt bij verhoogde temperaturen, absorbeert warmte en geeft koolstofdioxide af, waardoor het brandende object wordt omhuld.

Ontsteking van vloeibare brandstoffen, smeeroliën en gassen in lucht uit pijpleidingen en cilinders kan worden gestopt door een brandvertragende mantel of een zware deken om te gooien.

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

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

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

Bij brand dient de kleding zo snel mogelijk uitgetrokken te worden, strak opgerold, de vlam te doven met zand of water. Onthoud dat wanneer uw kleding vlam vat, niet wegrent of plotselinge bewegingen maakt. Bij rennen en plotselinge bewegingen neemt de luchttoegang toe en dit leidt tot een toename van het verbrandingsproces. Als het onmogelijk is om de ontstoken kleding te verwijderen, is het noodzakelijk om de persoon stevig in een cape te wikkelen, er water over te gieten of een brandblusser te gebruiken.

Brandblussers kunnen luchtschuim en koolstofdioxide zijn.

OB docent: Overweeg het apparaat en het werkingsprincipe van een soda-brandblusser

Om branden te blussen, wordt een speciaal apparaat gebruikt - een brandblusser. Een soda-brandblusser bestaat uit een tank gevuld met een oplossing van soda, een capsule waarin: 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 een brandblusser bedienen?

Leerling: Het is noodzakelijk om de starthendel op te tillen en naar voren te bewegen, deze 180 0 vanuit de beginpositie te draaien en vervolgens de brandblusser te draaien.

In geactiveerde brandblussers vindt een chemische reactie plaats, waardoor een schuimstraal van 6-8 m lang uit het gat wordt geworpen, deze straal moet op het vuur worden gericht. Werkingsduur van brandblussers ca. 1 min. Tegelijkertijd wordt er bijna 40 liter schuim uitgeworpen.

Demonstratie van brandblussers en ontwikkeling van het werk ermee

Reflectie:

Beantwoord de vragen:

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

Hoe verandert de aggregatietoestand van stoffen tijdens verbranding? (Vaste stoffen veranderen bij verbranding in 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% is, treedt zuurstofgebrek op, 9% zuurstof is levensbedreigend).

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

Welke stoffen of materialen ken je 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 zuurstofvolume (N.O.) dat moet worden genomen om 0,3 mol ijzeroxide te verkrijgen (III).

De les samenvattend bedankt de leraar de kinderen voor hun actieve deelname, uiteenzettingen en opmerkingen over de cijfers van de studenten.

Pagina 1

Chemische verbrandingsreacties beginnen na het ontstaan ​​van de eerste vlam in het voorbereide brandstof-luchtmengsel. Bij heen- en weergaande verbrandingsmotoren wordt het gecreëerd door een elektrische vonk of door het brandstofsamenstel te verhitten tot een temperatuur waarbij veel aanvankelijke 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 van de verbrandingsproducten van het onverbrande mengsel zijn. Dit type vlamvoortplanting wordt thermisch genoemd. Dit sluit natuurlijk 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 uitgangsmengsel. Maar in dit geval is diffusie niet de oorzaak van vlamverspreiding, maar slechts een bijkomende factor. Dit geldt in het bijzonder ook voor: kettingreacties met niet-vertakkende kettingen. De diffusie van vrije atomen en radicalen, tenzij ze in thermodynamisch evenwicht of in quasi-stationaire concentraties zijn, kan de verspreiding van een vlam die thermisch blijft, niet veroorzaken. De rol van diffusie wordt volledig in aanmerking genomen in een correcte thermische theorie van vlamvoortplanting, zoals in de volgende sectie zal worden getoond.

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 natuurlijk 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 uitgangsmengsel. Maar in dit geval is diffusie niet de oorzaak van vlamverspreiding, maar slechts een bijkomende factor. Dit geldt in het bijzonder ook voor kettingreacties met niet-vertakkende ketens. De diffusie van vrije atomen en radicalen, tenzij ze in thermodynamisch evenwicht of in quasi-stationaire concentraties zijn, kan de verspreiding van een vlam die thermisch blijft, niet veroorzaken. De rol van diffusie wordt volledig in aanmerking genomen in een correcte thermische theorie van vlamvoortplanting, zoals in de volgende sectie zal worden getoond.

De snelheid van chemische reacties van gasverbranding met lucht in branders is erg hoog. Deze reacties op hoge temperaturen lopen in duizendsten van een seconde. De duur van de verbranding van de gas-luchtmengselstroom wordt bepaald door de continue toevoer van verse delen van gas en lucht, die worden verbrand als gevolg van het snel optreden van oxidatiereacties onder inwerking van een warmtestroom.

De snelheid van chemische reacties van gasverbranding met lucht in branders is erg 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 delen van gas en lucht, die worden verbrand als gevolg van het snel optreden van oxidatiereacties onder inwerking van een warmtestroom.

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

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

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

Aangezien de verhitting 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.

Aangezien de snelheid van chemische verbrandingsreacties bij hoge temperaturen van de haard onvergelijkelijk hoger is dan de snelheid van mengselvorming, is in de praktijk de snelheid van gasverbranding altijd gelijk aan de snelheid van vermenging van gas met lucht. Deze omstandigheid maakt het gemakkelijk om de snelheid van 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 lucht, gaan ze als volgt te werk: de brandbare stof en de lucht die bij de verbranding betrokken zijn, 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 middel van fysische chemie, waarbij het gebruikelijk is om alle exotherme processen die een zelfversnellende reactie hebben, naar verbranding te verwijzen. Een dergelijke zelfversnelling kan optreden als gevolg van een temperatuurstijging (dwz een thermisch mechanisme hebben) of accumulatie van actieve deeltjes (van een diffusie-karakter).

De verbrandingsreactie heeft visueel kenmerk- de aanwezigheid van een in de ruimte beperkt gebied van hoge temperatuur (vlam), waar de meeste omzetting van de oorspronkelijke stoffen (brandstof) in verbrandingsproducten plaatsvindt. Dit proces gepaard met het vrijkomen van een grote hoeveelheid thermische energie. Om de reactie te starten (verschijning van een vlam), is het nodig om een ​​bepaalde hoeveelheid energie te besteden aan ontsteking, dan het proces is aan de gang spontaan. De snelheid is afhankelijk van: chemische eigenschappen stoffen die deelnemen aan de reactie, evenals van 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 warmteverlies.

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

Homogeen, als de brandstof en het oxidatiemiddel (eerder 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 het eenvoudigst, 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 in kunstmatige omstandigheden. De snelheid hangt af van de specifieke omstandigheden van het verbrandingsproces en van de fysieke kenmerken van de ingrediënten. Voor vloeibare brandstoffen wordt de verbrandingssnelheid sterk beïnvloed door de verdampingssnelheid, voor vaste brandstoffen de vergassingssnelheid. Bij het verbranden van steenkool vormt het proces bijvoorbeeld twee fasen. Op de eerste (bij relatief langzame verhitting) komen de vluchtige componenten van de stof (kool) vrij, op de tweede brandt het cokesresidu op.

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 in een fijn gedispergeerd mengsel van vloeibare en vaste brandbare deeltjes gemengd met een oxidatiemiddel. Om in dergelijke gevallen een stabiele verbranding te garanderen, is het 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, waardoor de snelheid van het proces sterk toeneemt. De resulterende akoestische verstoringen van de stroming kunnen leiden tot de volgende fase - de geboorte van een schokgolf die leidt tot de detonatie van het mengsel. De overgang van de verbranding naar de 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) voor een bepaalde periode. Verbranding wordt bijvoorbeeld gebruikt in de mijnbouw - de methoden voor het ontwikkelen van verschillende mineralen zijn gebaseerd op het gebruik van een brandbaar proces. Maar onder bepaalde natuurlijke en geologische omstandigheden kan het fenomeen van 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 ontstaan ​​van endogene branden.