Опит 3. Откриване на въглерод и водород в органични съединения (видео)

Експеримент 4. Откриване на халоген в органична материя (тест на F.F. Beilstein)

Изживейте напредъка

Парафин под формата на стърготини (до 0,3 g) и 1-2 g меден оксид (II) се поставят в суха епруветка с епруветка за изпускане на газ. Съдържанието на епруветката се смесва добре, покрива се със слой (1 g) меден оксид (II) отгоре. В горната част на епруветката се поставя бучка памучна вата, върху която малко б/кмеден (II) сулфат. Епруветката се затваря с тапа с тръба за изпускане на газ и се фиксира в стойка с лек наклон към епруветката. Свободният край на тръбата за изпускане на газ се спуска в епруветка с варова вода, така че тръбата почти да докосва повърхността на течността (по-късно може да се спусне директно в течността).

Първо цялата епруветка се нагрява, след това частта, където се намира реакционната смес, се нагрява силно и спиртната лампа постепенно се придвижва към отвора за изхвърляне на газове.

По стените на епруветката, отдалечени от реакционната смес, се наблюдава появата на течни капчици и се образуват сини зони в меден (II) сулфат. Изтичащият газ причинява помътняване на варовата вода. Запишете наблюденията и отговорите на въпроси след експеримента в работната си тетрадка.

Въпроси и задачи:

1. Какво причинява синия цвят на парчетата меден (II) сулфат?
2. Каква е причината за мътна варовита вода, а при престоя - появата на утайка?
3. Опишете промените, които настъпват с помощта на уравнения на реакцията.

Опит 4. Откриване на халоген в органична материя

Опит 4. Откриване на халоген в органична материя (проба от F.F. Beilstein, 1872 г.)

Проба F.F. Beilstein се използва в органична химияда докаже наличието на халогенна молекула. Когато вещество се изгори върху медна жица, пламъкът на алкохолна лампа става зелен поради образуването на медни халогениди (с изключение на флуориди), които са летливи при високи температури.

Оборудване и реактиви:алкохолна лампа, кибрит; органична материясъдържащ халоген (тетрахлорид на въглерод, парчета поливинилхлорид), медна жица, усукана в спирала в единия край и навинтена в коркова запушалка (държач) в другия.

Изживейте напредъка

Поставете медна жица с примка в края в пламъка на спиртната лампа и я загрейте до червена топлина. Уверете се, че когато жицата се запали, пламъкът на спиртната лампа не се оцветява.

След охлаждане на почернелата тел, спуснете нейната примка за момент в течността, която ще се изследва, и вкарайте телта, напоена с течността, в долната част на пламъка, след което я прехвърлете в най-горещата горна част на пламъка на спиртната лампа. Наблюдавайте промяната на цвета на пламъка.

Ако изпитваното вещество е твърдо, потопете края на горещата тел в него за момент и след това поставете жицата с веществото в пламъка на спиртната лампа. Запишете наблюденията и отговорите на въпроси след експеримента в работната си тетрадка.

Въпроси и задачи:

1. Защо почерняването на жицата се появява във въздуха?
2. Как се променя цветът на пламъка на алкохолната лампа, когато се въведе меден проводник със следи от бромоетан, хлороформ, PVC, флуоропласт?
3. Възможно ли е да се разграничи натриевият хлорид от органично вещество, съдържащо халоген?

Препоръчва се калциниране на кристален меден (II) сулфат непосредствено преди употреба. Меден (II) сулфат се излива в порцеланова чаша и се калцинира в пламъка на алкохолна лампа, като периодично се разбърква съдържанието и се предотвратява прегряване. Когато цветът се промени, калцинирането се спира. Сравнете цвета на сулфата преди и след калцинирането.

Главна информацияотносно изгарянето

Същността на горивния процес

Едно от първите химически явления, които човечеството срещна в зората на своето съществуване, беше горенето. Първоначално се използва за готвене и отопление, а едва след хилядолетия хората се научиха да го използват за преобразуване на енергия. химическа реакцияв механична, електрическа и други форми на енергия.

Горенето е химическа реакция на окисление, придружена от отделяне на голямо количество топлина и луминисценция. В пещи, двигатели с вътрешно горене и пожари винаги се наблюдава горивен процес, при който някои горими вещества и кислород на въздуха. Между тях възниква смесена реакция, в резултат на която се отделя топлина и продуктите на реакцията се нагряват до сияние. Така горят нефтопродукти, дървесина, торф и много други вещества.

Въпреки това, процесът на горене може да бъде придружен не само от реакцията на комбинацията на горимо вещество с атмосферен кислород, но и от други химични реакции, свързани със значително отделяне на топлина. Водород, фосфор, ацетилен и други вещества изгарят, например, в хлор; мед - в серни пари, магнезий - във въглероден диоксид. Компресираният ацетиленов азотен хлорид и редица други вещества са способни да експлодират. По време на експлозията настъпва разлагане на вещества с отделяне на топлина и образуване на пламък. По този начин процесът на горене е резултат от реакции на комбиниране и разлагане на вещества.

Благоприятни условия за горене

За да се случи горенето, са необходими определени условия: наличие на горима среда (горимо вещество + окислител) и източник на запалване. Въздухът и горимо вещество представляват система, способна да гори, а температурните условия определят възможността за запалване и изгаряне на тази система.

Както знаете, основните горими елементи в природата са въглеродът и водородът. Те са част от почти всички твърди, течни и газообразни вещества, например дърво, изкопаеми въглища, торф, памук, плат, хартия и др.

Възпламеняването и изгарянето на повечето горими вещества се извършва в газова или парна фаза. Образуването на пари и газове в твърди и течни горими вещества възниква в резултат на тяхното нагряване. Твърди горими вещества, например сяра, стеарин, фосфор, някои пластмаси се топят и се изпаряват при нагряване. Дървесината, торфът, въглищата при нагряване се разлагат с образуване на пари, газове и твърд остатък - въглища.

Нека разгледаме този процес по-подробно на примера с дърво. При нагряване до 110°C дървото изсъхва и смолата леко се изпарява. Слабото разлагане започва при 130°C. По-забележимо разлагане на дървесината (обезцветяване) настъпва при 150°C и повече. Продуктите на разлагане, образувани при 150-200°C, са главно вода и въглероден диоксид, поради което не могат да горят.

При температури над 200 ° C основният компонент на дървото, влакното, започва да се разлага. Образуваните при тези температури газове са запалими, тъй като съдържат значително количество въглероден оксид, водород, въглеводороди и пари на други органични вещества. Когато концентрацията на тези продукти във въздуха стане достатъчна, при определени условия те ще се запалят.

Всички горими течности са способни да се изпаряват, а изгарянето им става в газова фаза. Следователно, когато се говори за изгаряне или запалване на течност, тогава под това те имат предвид изгаряне или запалване на нейните пари.

Изгарянето на всички вещества започва с тяхното запалване. За повечето горими вещества моментът на запалване се характеризира с появата на пламък, а за тези вещества, които не горят с пламък, с появата на сияние (атакувано).

Първоначалният елемент на горене, който възниква под въздействието на източници с по-висока температура от температурата на самозапалване на веществото, се нарича запалване.

Някои вещества са способни да генерират топлина и да се самонагряват без излагане на външен източник на топлина. Процесът на самозагряване, завършващ с горене, обикновено се нарича спонтанно горене.

Спонтанното горене е способността на веществото да се запалва не само при нагряване, но и при стайна температура под въздействието на химични, микробиологични и физико-химични процеси.

Температурата, до която трябва да се нагрее горимо вещество, за да се запали, без да се привежда източник на запалване към него, се нарича температура на самозапалване.

Процесът на самозапалване на веществото протича по следния начин. При нагряване на горимо вещество, например смес от бензинови пари с въздух, е възможно да се достигне температура, при която в сместа започва да протича бавна реакция на окисление. Реакцията на окисление е придружена от отделяне на топлина и сместа започва да се нагрява над температурата, до която е била нагрята.

Въпреки това, заедно с отделянето на топлина и повишаването на температурата на сместа, топлината се прехвърля от реагиращата смес към заобикаляща среда. При ниска скорост на окисление топлопреминаването винаги надвишава отделянето на топлина, така че температурата на сместа след известно увеличение започва да намалява и самозапалване не настъпва. Ако сместа се нагрява отвън до по-висока температура, тогава заедно с увеличаване на скоростта на реакцията количеството топлина, отделяно за единица време, се увеличава.

При достигане на определена температура отделянето на топлина започва да надвишава топлопреминаването и реакцията придобива условия за интензивно ускорение. В този момент настъпва самозапалване на веществото. Температурата на самозапалване на горимите вещества е различна.

Процесът на самозапалване, разгледан по-горе, е характерно явление, присъщо на всички горими вещества, без значение как агрегатно състояниете не бяха. Въпреки това, в технологиите и ежедневието, изгарянето на вещества възниква в резултат на излагане на пламък, искри или нажежаеми предмети.

Температурата на тези източници на запалване винаги е по-висока от температурата на самозапалване на горимите вещества, така че горенето се случва много бързо. Веществата, способни на спонтанно запалване, са разделени на три групи. Първият включва вещества, които могат да се запалят спонтанно при контакт с въздуха, вторият - с леко нагрети предмети. Третата група включва вещества, които се запалват спонтанно при контакт с вода.

Например, растителни продукти, дървени въглища, железни сулфати, лигнит, мазнини и масла могат да бъдат предразположени към спонтанно запалване, химични веществаи смеси.

От растителните продукти сеното, сламата, детелината, листата, малца и хмела са склонни към спонтанно запалване. Неизсушените растителни продукти, в които продължава жизнената дейност на растителните клетки, са особено податливи на спонтанно запалване.

Според бактериалната теория наличието на влага и повишаването на температурата поради жизнената активност на растителните клетки допринасят за размножаването на микроорганизмите, присъстващи в растителните продукти. Поради лошата топлопроводимост на растителните продукти отделената топлина постепенно се натрупва и температурата се повишава.

При повишена температура микроорганизмите загиват и се превръщат в порести въглища, които имат свойството да се нагряват поради интензивно окисление и следователно са следващият източник на топлоотдаване след микроорганизмите. Температурата в растителните продукти се повишава до 300°C и те се запалват спонтанно.

Дървените въглища, кафявите и въглищата, торфът спонтанно се запалват и поради интензивно окисление от атмосферния кислород.

Растителни и животински мазнини, ако се нанасят върху натрошени или влакнести материали (парцали, въжета, кълчища, рогозки, вълна, дървени стърготини, сажди и др.), имат способността да се самозапалват.

При намокряне на натрошени или влакнести материали с масло, то се разпределя по повърхността и при контакт с въздух започва да се окислява. Едновременно с окисляването в маслото протича и процесът на полимеризация (съединяване на няколко молекули в една). И първият, и вторият процес са придружени от значително отделяне на топлина. Ако генерираната топлина не се разсейва, температурата в смазания материал се повишава и може да достигне температурата на самозапалване.

Някои химикали могат да се запалят спонтанно, когато са изложени на въздух. Те включват фосфор (бял, жълт), водород, фосфор, цинков прах, алуминиев прах, метали: рубидий, цезий и др. Всички тези вещества са в състояние да се окисляват във въздуха с отделяне на топлина, поради което реакцията се ускорява до самостоятелно -запалване.

Карбидите на калий, натрий, рубидий, цезий, калциев карбид, алкални и алкалоземни метали се комбинират енергично с вода и при взаимодействие отделят горими газове, които при нагряване поради топлината на реакцията се запалват спонтанно.

При смесване на окислители като компресиран кислород, хлор, бром, флуор, Азотна киселина, натриев и бариев пероксид, калиев перманганат, селитра и др., с органични вещества, протича процесът на спонтанно запалване на тези смеси.

Пожарната опасност на веществата и материалите се определя не само от способността им да се запалят, но и от множество други фактори: интензивността на самия процес на горене и съпътстващите го явления (образуване на дим, токсични изпарения и др.), възможността за спиране на този процес. Запалимостта е общ индикатор за опасност от пожар.

Според този показател всички вещества и материали са условно разделени на три групи: незапалими, бавно горими, горими.

Веществата и материалите, които не могат да горят във въздуха (около 21% кислород), се считат за негорими. Те включват стомана, тухла, гранит и др. Би било грешка обаче да се класифицират негорими материали като пожаробезопасни. Силни окислители (азотни и сярна киселина, бром, водороден прекис, перманганати и др.); вещества, които отделят горими газове при нагряване, при взаимодействие с вода, вещества, които реагират с вода с отделяне на голямо количество топлина, например негасена вар.

Запалими са вещества и материали, които могат да горят във въздуха от източник на запалване, но не могат да горят сами след отстраняването му.

Горимите вещества са вещества и материали, които могат да се възпламенят спонтанно, да се възпламенят от източник на запалване и да изгорят след отстраняването му.

Заглавие на книгата Следваща страница>>

§ 1. Обща информация за горенето

Изгаряне- Това е сложен физико-химичен процес на взаимодействие между горимо вещество и окислител, придружен от отделяне на топлина и излъчване на светлина.

Често срещан окислител в процесите на горене е кислородният газ във въздуха. За възникването и протичането на горенето е необходимо наличието на горимо вещество, кислород (въздух) и източник на запалване. Горимото вещество и кислородът са реагиращи вещества, те съставляват горима система.

Източник на запалване причинява в тази система реакция на горене.Въпреки това, изгарянето на някои вещества може да се случи без кислород. Окислителите в процеса на горене могат да бъдат хлор, бром и някои сложни вещества: азотна киселина, бертолетова сол, натриев пероксид.

Горимите системи могат да бъдат химически хомогенни и хетерогенни.

ДА СЕ химически хомогеннивключват системи, в които горимото вещество и въздухът се смесват равномерно един с друг; например смеси от запалими газове, пари или прах с въздух.

Скоростта на изгаряне на хомогенни горими системи се определя от скоростта на химическа реакция. Може да бъде значително при високи температури. В тази връзка горенето на такива хомогенни горими системи е експлозия или детонация и се нарича кинетично горене.

ДА СЕ химически хетерогеннигоримите системи включват тези, в които горимото вещество и въздухът не се смесват помежду си и имат интерфейси, например твърди горими материали и течности във въздуха, струи от запалими газове и пари, навлизащи във въздуха и др.

По време на горенето на химически нехомогенни горими системи с него реагира кислородът от въздуха, непрекъснато дифундиращ (проникващ) през продуктите на горенето до горивното вещество. Такова горене се нарича дифузия.Скоростта му се определя главно от дифузията на окислителя към горимия.

Количеството въздух, необходимо за горене, може да се определи чрез изчисление.

Продукти от горенетонаричат ​​газообразни, течни и твърди вещества, образувани в резултат на комбинацията на горимо вещество с кислород. Техният състав зависи от състава на горимото вещество и условията на неговото изгаряне. При пожари в машиностроителни предприятия най-често изгарят органични вещества: дърво, тъкани, разтворители, бои и лакове, каучук и др. Те включват основно въглерод, водород, кислород и азот. При тяхното изгаряне се образуват продукти на горенето: CO 2, CO, H 2 O, N 2, които са в газообразно състояние при високи температури.

При непълно изгаряне на органични вещества продуктите от горенето съдържат твърди частици сажди (въглерод).

Дисперсна система, състояща се от най-малките твърди частици, суспендирани в смес от продукти на горенето с въздух, се нарича дим.

Продуктите от пълно и непълно изгаряне в определени концентрации представляват опасност за човешкия живот. Така че концентрацията на CO 2, равна на 8-10%, причинява бърза загуба на съзнание и смърт. Вдишването на въздух, съдържащ 0,4% въглероден окис, също може да причини смърт. Междувременно, при пожари в помещения с ниска интензивност на газообмен (мазета, сушилни, складове), концентрацията на въглероден окис в дима може да бъде много по-висока от посочената.

Вещества, вредни за дишането, се съдържат в продуктите на горенето на пластмасите. Така че при изгаряне на линолеум могат да се образуват сероводород и серен диоксид, при изгаряне на полиуретанова пяна - циановодород и толуендиизоцианат, при изгаряне на винилова пластмаса - хлороводород и въглероден оксид, при изгаряне на найлон - циановодород.

Продуктите от непълно изгаряне могат да горят, когато концентрацията им в дима стане достатъчна. Когато се смесят с въздух, те образуват експлозивни смеси. Това трябва да се има предвид при гасене на пожари в затворени помещения, където е възникнало тлеене. При отваряне на такива помещения са възможни експлозии.

В процеса на горене топлината се отделя едновременно с образуването на продукти от горенето. Може да се изчисли количеството отделени продукти от горенето и топлина.

Продукти от горенето наричат ​​газообразни, течни и твърди вещества, образувани в резултат на комбинацията на горимо вещество с кислород по време на горенето. Техният състав зависи от състава на горящото вещество и условията на неговото изгаряне. При пожар най-често горят органични вещества (дърво, платове, бензин, керосин, каучук и др.), които включват главно въглерод, водород, кислород и азот. Когато се изгарят в достатъчно количество въздух и при висока температура, се образуват продукти на пълно изгаряне: CO 2, H 2 O, N 2. При горене в недостатъчно количество въздух или при ниска температура, освен продуктите на пълното горене се образуват и продукти от непълно изгаряне: CO, C (сажди).

Продуктите от горенето се наричат мокър ако съдържанието на водна пара се вземе предвид при изчисляването на техния състав, и суха ако съдържанието на водна пара не е включено във формулите за изчисление.

По-рядко при пожар изгарят неорганични вещества, като сяра, фосфор, натрий, калий, калций, алуминий, титан, магнезий и др. В повечето случаи продуктите на тяхното горене са твърди вещества, например P 2 O 5, Na 2O2, CaO, MgO. Те се образуват в дисперсно състояние, така че се издигат във въздуха под формата на гъст дим. Продуктите от горенето на алуминий, титан и други метали в процеса на горене са в разтопено състояние.

Димът е дисперсна система, състояща се от най-малките твърди частици, суспендирани в смес от продукти на горенето с въздух. Диаметърът на димните частици варира от 1 до 0,01 микрона. Обемът на дима, генериран по време на изгарянето на единица маса (kg)

или обем (m 3) на горимо вещество в теоретично необходим обем въздух (L \u003d 1) е даден в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Обемът на дима по време на горенето на горими вещества

име горимо вещество	Обем на дим, m 3 / kg	име горим газ	Обем на дима, m 3 / m 3
		ацетилен
Дърво (бор) ( У = 20 %)
		Природен газ

Съставът на дима, образуван при пожари при изгаряне на органични вещества, освен продукти от пълно и непълно изгаряне, съдържа продукти от термично-окислително разлагане на горими вещества. Те се образуват при нагряване на все още негорими горими вещества във въздуха или дим, съдържащ кислород. Това обикновено се случва пред пламъка или в горните части на помещенията, където се намират нагрятите продукти на горенето.

Съставът на продуктите на термично-окислителното разлагане зависи от естеството на горимите вещества, температурата и условията на контакт с окислителя. По този начин изследванията показват, че по време на термично-окислителното разлагане на горими вещества, чиито молекули съдържат хидроксилни групи, винаги се образува вода. Ако горимите вещества съдържат въглерод, водород и кислород, продуктите на термично-окислителното разлагане най-често са въглеводороди, алкохоли, алдехиди, кетони и органични киселини. Ако съставът на горими вещества, в допълнение към изброените елементи, съдържа хлор или азот, тогава димът съдържа също хлороводород и цианид, азотни оксиди и други съединения. Така димът по време на изгарянето на капрон съдържа циановодород, при изгарянето на линолеум "Релин" - сероводород, серен диоксид, по време на изгарянето на органично стъкло - азотни оксиди. Продуктите на непълно изгаряне и термично-окислително разлагане в повечето случаи са токсични вещества, поради което вътрешните пожари се гасят само в кислородни изолиращи противогази.

Видът на формулата за изчисляване на обема на продуктите от пълно изгаряне с теоретично необходимо количество въздух зависи от състава на горимото вещество.

Горимо вещество е отделно химично съединение.В този случай изчислението се извършва въз основа на уравнението на реакцията на горене. Обемът на продуктите на мокрото горене на единица маса (kg) на горимо вещество при нормални условия се изчислява по формулата

където - обемът на продуктите на мокрото горене, m 3 / kg; , , , е броят на киломолите въглероден диоксид, водна пара, азот и горимо вещество в уравнението на реакцията на горене; М- масата на горимото вещество, числено равна на молекулното тегло, kg.

Пример 1.2. Определете обема на сухите продукти от горенето на 1 kg ацетон при нормални условия. Съставяме уравнението на реакцията за изгаряне на ацетон във въздуха

Определете обема на сухите продукти на горене на ацетона

Обемът на мокрите продукти на горене от 1 m 3 горимо вещество (газ) може да се изчисли по формулата

, (1.10)

където е обемът на мокрите продукти на горене на 1 m 3 горим газ, m 3 / m 3; , , , е броят на моловете въглероден диоксид, водна пара, азот и горимо вещество (газ).

Горимо вещество е сложна смес от химични съединения.Ако елементният състав на сложното горимо вещество е известен, то съставът и количеството на продуктите от горенето на 1 kg вещество могат да бъдат определени от уравнението за реакцията на горене на отделните елементи. За да направите това, се съставят уравненията за реакцията на горене на въглерод, водород, сяра и се определя обемът на продуктите от горенето на 1 kg горимо вещество. Уравнението на реакцията на горене има формата

C + O 2 + 3,76N 2 = CO 2 + 3,76N 2.

При изгаряне на 1 kg въглерод се получават 22,4 / 12 \u003d 1,86 m 3 CO 2 и 22,4 × 3,76 / 12 = 7,0 m 3 N 2.

По същия начин се определя обемът (в m 3) на продуктите от горенето на 1 kg сяра и водород. Получените данни са показани по-долу:

Въглерод ………..
Водород ………..
сяра ……………

Когато въглеродът, водородът и сярата се изгарят, кислородът идва от въздуха. Съставът на горимото вещество обаче може да включва кислород, който също участва в горенето. В този случай въздухът се изразходва съответно по-малко за изгарянето на веществото.

Съставът на горимото вещество може да съдържа азот и влага, които в процеса на горене преминават в продукти на горенето. За отчитането им е необходимо да се знае обемът на 1 kg азот и водна пара при нормални условия.

Обемът на 1 kg азот е 0,8 m 3, а водната пара е 1,24 m 3. Във въздуха при 0 0 C и налягане 101 325 Pa, 1 kg кислород представлява 3,76 × 22,4 / 32 = 2,63 m 3 азот.

Въз основа на горните данни се определя съставът и обемът на продуктите от горенето на 1 kg горимо вещество.

Пример 1.3. Определете обема и състава на продуктите от мокрото горене на 1 kg въглища, състоящи се от 75,8% C, 3,8% H, 2,8% O, 1,1%н, 2,5 % С, У = 3,8 %, А=11,0 %.

Обемът на продуктите от горенето ще бъде следният, m 3 (Таблица 1.3).

Обем на продуктите от изгаряне на въглища

Състав на продуктите от горенето
въглерод	1,86 × 0,758 = 1,4

водород		11,2 × 0,038 = 0,425
сяра
Азот в горивото
Влага в горивото		1,24 × 0,03 = 0,037
Сума

Продължение на таблицата. 1.3

Състав на продуктите от горенето	н 2
въглерод	7 × 0,758 = 5,306
водород	21 × 0,038 = 0,798
сяра	2,63 × 0,025 = 0,658	0,7 × 0,025 = 0,017
Азот в горивото	0,8 × 0,011 = 0,0088
Влага в горивото
Сума	6,7708 - 0,0736 = 6,6972

От общия обем на азота извадете обема на азота, който се дължи на кислорода в състава на въглищата 0,028× 2,63 = 0,0736 m 3. Резюме на таблицата. 1.3 посочва състава на продуктите от горенето на въглищата. Обемът на продуктите на мокро горене на 1 кг въглища е

\u003d 1,4 + 0,462 + 6,6972 + 0,017 = 8,576 m 3 / kg.

Горимо вещество е смес от газове.Количеството и съставът на продуктите на горенето за смес от газове се определя от уравнението на реакцията на горене на компонентите, които съставляват сместа. Например, изгарянето на метан протича съгласно следното уравнение:

CH 4 + 2O 2 + 2 × 3,76N 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + 7,52N 2.

Според това уравнение изгарянето на 1 m 3 метан произвежда 1 m 3 въглероден диоксид, 2 m 3 водна пара и 7,52 m 3 азот. По същия начин се определя обемът (в m 3) на продуктите от горенето на 1 m 3 различни газове:

Водород ……………….
Въглероден окис……….
Водороден сулфид ………….
Метан …………………
Ацетилен ………………
Етилен …………………

Въз основа на дадените цифри се определя съставът и количеството на продуктите от горенето на газовата смес.

Анализът на продуктите от горенето, взети от пожари в различни помещения, показва, че те винаги съдържат значително количество кислород. Ако възникне пожар в стая със затворени отвори за прозорци и врати, тогава пожарът в присъствието на гориво може да продължи, докато съдържанието на кислород в сместа на въздуха с продуктите на горенето в помещението спадне до 14 - 16% (об.). Следователно, при пожари в затворени помещения, съдържанието на кислород в продуктите на горенето може да бъде в диапазона от 21 до 14% (об.). Съставът на продуктите от горенето по време на пожари в помещения с отворени отвори (мазе, таванско помещение) показва, че съдържанието на кислород в тях може да бъде под 14% (об.):

В мазетата………
На таваните…….

Пример 1.4. Определете коефициента на излишък на въздух в случай на пожар в помещението, ако димът, взет при анализа, съдържа 19% (об.) O 2 . Намираме коефициента на излишния въздух по формула (1.8).

.

След като проучите въпроса за продуктите от горенето, решете независима задача.

Задача 1.3.Определете обема на мокрите продукти на горене на 1 m 3 доменен газ, състоящ се от 10,5% CO 2, 28% CO, 0,3% CH 4, 2,7% H 2 и 58,5% N 2.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Отговор: V n.c\u003d 1,604 m 3 / m 3.

Изгарянето на дървесината е окисляване на съставните й части до въглероден диоксид CO 2 и вода H 2 O.

За извършване на този процес е необходимо достатъчно количество окислител (кислород) и нагряване на дървесината до определена температура.

При нагряване без достъп до кислород настъпва термично разлагане на дървесината (пиролиза), което води до образуването на въглища, газове, вода и летливи органични вещества.

В съответствие с теорията, разработена от G. F. Knorre и други учени, изгарянето на дървесина може да бъде представено по следния начин.

В началото на отоплението влагата се изпарява от дървото. В бъдеще настъпва термично разлагане на съставните му части. Съставните части на дървесината са до голяма степен окислени, така че се разлагат при ниски температури. Образуването на летливи вещества достига своя максимум (до 85% от теглото започва около 160° и суха дървесина) при 300°.

В резултат на сложни процеси на окисление и редукция продуктите от първичния разпад на дървесината преминават в газообразно състояние, в което лесно се смесват с кислородни молекули, образувайки горима смес, която се възпламенява при определени условия (излишен кислород, достатъчно висока температура ). В зависимост от състоянието на качеството дървесината се запалва при 250-350°.

Газифицираните продукти горят във външния ръб на пламъка, докато вътре в пламъка летливите продукти от пиролизата на дървесината преминават в газообразно състояние.

Сиянието на пламъка се причинява от горещи въглеродни частици, изгарящи в CO 2 на външния му ръб с излишък от кислород. Напротив, при липса на кислород, когато температурата е сравнително ниска, пламъкът има червеникав цвят, докато значително количество сажди се отделят поради неизгорели въглеродни частици.

Колкото по-голямо е снабдяването с кислород, толкова по-висока е температурата, толкова по-голям и по-ярък е пламъкът.

Появата на пламъка зависи и от състава на дървесината и преди всичко от съдържанието на въглеводороди и смоли. Повечето смоли се намират в борови дървета и бреза, които при изгаряне образуват плътен, ярък пламък. Пламъкът на трепетлика, чиито летливи вещества съдържат повече въглероден оксид и по-малко въглеводороди, е малък, прозрачен и има синкав оттенък. При изгаряне на елша, която съдържа малко смола, също се образува по-къс и по-прозрачен пламък.

Последователността на термично разлагане на дървени стърготини по време на образуването на дим може условно да бъде представена със следните стъпки.

На първия етап следващата "пресна" частица дървени стърготини под въздействието на гореща смес от пари и газове и топлинно излъчванесъседните горящи частици се нагряват до 150-160°. През този период влагата се изпарява основно и не се наблюдава забележимо намаляване на обема на частицата.

В следващите етапи температурата на частицата също се повишава, в резултат на което настъпва термично разлагане на органичната маса на дървесната частица и запалване на част от газифицираните пиролизни продукти с отделяне на топлина; част от летливите вещества, заедно с известно количество неизгорял въглерод (сажди), се пренасят нагоре чрез конвективни потоци, образувайки дим. В края на процеса на разлагане на дървесината и освобождаването на летливи съединения размерът на частиците забележимо намалява.

Въглищата (твърд въглерод), образувани по време на термичното разлагане на дървени стърготини, се нагряват от топлината, отделена при окисляването на част от летливите съединения и започват да реагират с въглероден диоксид и кислород:

C + CO 2 → 2CO

2CO + O 2 → 2CO 2

Това произвежда малък, полупрозрачен синкав пламък от горящ въглероден оксид.

Обемът на частицата продължава да се свива; на финален етапобразува се пепел. Под действието на отделената топлина следващата „пресна“ частица дървени стърготини започва да се затопля.

Механизмът и химията на изгаряне на дървесина под формата на трупи дърва за огрев, чипове или купчина дървени стърготини са еднакви. Има разлики в количествените и качествените аспекти на самия процес на горене, т.е. окисляването на органичните съединения с кислород при използване на дърва за огрев или дървени стърготини.

Тук сме изправени пред концепциите за така нареченото пълно и непълно изгаряне. При пълно изгаряне летливите, пара и газообразни вещества се окисляват напълно (или изгарят) до въглероден диоксид и водна пара.

Пример за пълно изгаряне е реакцията на окисление на един от компонентите на димния дим - метилов алкохол CH 3 OH:

CH 3 OH + O 2 → CO 2 + 2H 2 O

По същия начин могат да възникнат реакции, окисляване и други органични съединения, които възникват по време на термичното разлагане на дървесината.

В резултат на пълното изгаряне се образува парогазова смес, която се състои от въглероден диоксид и водна пара, не съдържа компоненти за пушене и няма стойност за пушене.

За да се получи дим, подходящ за производство на пушене, е необходимо да се създадат условия за непълно изгаряне на дървесината. За да направите това, например, върху дървата за огрев се поставя слой от навлажнени дървени стърготини, в резултат на което зоната на горене и интензивността са значително намалени. При непълно изгаряне летливите органични вещества се окисляват само частично, а димът е наситен с димни компоненти.

Дълбочината на окисляване на продуктите от пиролиза на дървесина зависи от количеството кислород, както и от температурата на горене и скоростта на отстраняване на летливите вещества от зоната на горене.

При липса на кислород окисляването на летливи вещества, например метилов алкохол, протича по следната реакция:

2CH 3 OH + O 2 → 2C + 4H 2 O

Неизгорелите частици въглерод, напускайки зоната на пламъка, бързо се охлаждат и образуват дим заедно с други продукти от разлагането на дървесината, които не са напълно окислени. Някои от тях се утаяват по стените на камерите за пушене под формата на сажди (сажди). При недостатъчно добра изолация на камерите за пушене, по стените им се утаяват и кондензирани изпарени летливи вещества от дим (катран, катран).

При по-дълбоко, но и непълно окисление на горими вещества се образува въглероден окис:

CH 3 OH + O 2 → CO + 2H 2 O

По този начин количеството кислород е един от най-важните фактори, влияещи химичен съставдим, по-специално за промяна на съдържанието на метилов алкохол, формалдехид и мравчена киселина в него. И така, с ограничен достъп на въздух до зоната на горене, мравчен алдехид се образува от метилов алкохол:

CH 3 OH + O 2 → CH 2 O + 4H 2 O

Когато навлиза повече въздух и следователно кислород, полученият формалдехид се окислява до мравчена киселина:

2CH 2 O + O 2 → 2CHOOH

При излишък от въздух мравчена киселина се окислява напълно до въглероден диоксид и вода:

2CHOOH + O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

При горенето на други продукти на пиролизата, в зависимост от степента на окисление, по подобен начин се образуват органични вещества, които влияят върху състава на дима.

Температурата на горене зависи и от количеството кислород, влизащ в горящия слой. При нормални условия дървесината под формата на трупи не може да гори без пламък и следователно без генериране на топлина. В този случай се окислява значително по-голямо количество вещества, образувани от органичната маса на дървесината, отколкото при изгаряне (тлеене) на дървени стърготини. Следователно значителна част от летливите вещества по време на изгарянето на дърва за огрев не се използват за пушене, а съставът на дима е по-нисък от дима, получен от бавното изгаряне на дървени стърготини. При пълнене на горящи дърва за огрев с мокри дървени стърготини количеството дим се увеличава, но дори и в този случай дървата за огрев се изразходват неикономично.

Температурният режим на естествено изгаряне (тлеене) на дървени стърготини е много по-мек в сравнение с изгарянето на дърва за огрев. При изгаряне на въглища, останали след отделянето на летливи вещества, се образува малък пламък. Получената топлина се изразходва главно за нагряване на съседни слоеве дървени стърготини, които претърпяват термично разлагане без достъп на кислород, тъй като въздухът се изтласква от парите и газовете на горящия слой.

Горенето е бавно. Значителна част от продуктите на термичното разлагане не се окислява в пламъка, така че относително голямо количество летливи вещества се отстраняват чрез конвективни потоци.

Пример за непълно изгаряне на дървени стърготини е тяхното изгаряне с непринудено по-ниско подаване на въздух. В този случай той изгаря напълно долен слойдървени стърготини. Горещите газове и пари изместват въздуха и загряват горните слоеве на дървени стърготини, което води до суха дестилация на дървесината, което води до образуването на въглища, газове, вода и органични съединения. При равномерно подаване на пресни стърготини отгоре гори само долният слой въглища, който се образува в резултат на сухата дестилация на горния слой. Това произвежда дим, по-наситен с летливи органични съединения.

Най-добрият начин за получаване на дим, богат на димни компоненти, е образуването му в димогенератори, работещи върху дървени стърготини с нагряване на димната среда с газ, мъртва пара или електричество, и в димогенератори с триене. В този случай се получава дим с високо съдържание на летливи органични съединения, което се дължи на ниските температури на образуване на дим и леко окисляване на първичните продукти на разлагането на дървесината.

Ако откриете грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.