Erfahrung 3. Nachweis von Kohlenstoff und Wasserstoff in organischen Verbindungen (Video)

Experiment 4. Nachweis von Halogen in organischer Substanz (FF-Beilstein-Test)

Fortschritt erleben

Paraffin in Form von Spänen (bis 0,3 g) und 1-2 g Kupfer(II)-oxid werden in ein trockenes Reagenzglas mit Gasauslassrohr gegeben. Der Inhalt des Reagenzglases wird gründlich gemischt und mit einer Schicht (1 g) Kupfer (II)-Oxid bedeckt. In den oberen Teil des Reagenzglases wird ein Wattebausch gelegt, auf dem etwas Behälter Kupfer(II)sulfat. Das Röhrchen wird mit einem Stopfen mit Gasaustrittsröhrchen verschlossen und in einem Gestell mit leichter Neigung zum Röhrchen fixiert. Das freie Ende des Gasauslassrohres wird in ein Reagenzglas mit Kalkwasser abgesenkt, so dass das Rohr fast die Flüssigkeitsoberfläche berührt (später kann man es direkt in die Flüssigkeit tauchen).

Zuerst wird das gesamte Reagenzglas erhitzt, dann wird der Teil, in dem sich die Reaktionsmischung befindet, stark erhitzt und die Alkohollampe wird allmählich zum Loch bewegt, um die Gase zu verdrängen.

An den von der Reaktionsmischung abgewandten Wänden des Reagenzglases wird das Auftreten von Flüssigkeitströpfchen beobachtet, und es bilden sich blaue Bereiche in Kupfer(II)-sulfat. Durch das entstehende Gas trübt sich das Kalkwasser ein. Notieren Sie Beobachtungen und Antworten auf Fragen nach dem Experiment in einem Arbeitsbuch.

Fragen und Aufgaben:

1. Was ist der Grund für die blaue Farbe der Kupfer(II)sulfat-Stücke?
2. Was bewirkt, dass das Kalkwasser trüb wird und beim Stehen Sedimente entstehen?
3. Beschreiben Sie die stattfindenden Veränderungen mit Hilfe der Reaktionsgleichungen.

Erfahrung 4. Nachweis von Halogen in organischen Stoffen

Experiment 4. Nachweis von Halogen in organischer Substanz (FF Beilsteins Test, 1872)

F. F. Beilstein wird verwendet in organische Chemie um das Vorhandensein eines Halogenmoleküls in der Zusammensetzung nachzuweisen. Beim Verbrennen einer Substanz an einem Kupferdraht wird die Flamme der Spirituslampe durch die Bildung von flüchtigen Kupferhalogeniden (außer Fluoriden) bei hohen Temperaturen grün.

Ausrüstung und Reagenzien: Spirituslampe, Streichhölzer; organisches Material halogenhaltig (Tetrachlorkohlenstoff, PVC-Stücke), Kupferdraht an einem Ende aufgewickelt und am anderen in den Korken (Halter) eingefädelt.

Fortschritt erleben

Stecken Sie einen Kupferdraht mit einer Schlaufe am Ende in die Flamme der Spirituslampe und erhitzen Sie diese rotglühend. Achten Sie darauf, dass die Flamme der Spirituslampe nicht verfärbt, wenn der Draht gezündet wird.

Nach dem Abkühlen des geschwärzten Drahtes seine Schlaufe kurz in die Testflüssigkeit absenken und den in der Flüssigkeit getränkten Draht auf den unteren Teil der Flamme legen, dann auf den heißesten oberen Teil der Spirituslampenflamme übertragen. Beobachten Sie den Farbwechsel der Flamme.

Wenn die Prüfsubstanz fest ist, tauchen Sie das Ende des glühenden Drahtes kurz hinein und bringen Sie dann den Draht mit der Substanz in die Flamme der Alkohollampe. Notieren Sie Beobachtungen und Antworten auf Fragen nach dem Experiment in einem Arbeitsbuch.

Fragen und Aufgaben:

1. Warum schwärzt der Draht in der Luft?
2. Wie verändert sich die Farbe der Flamme einer Alkohollampe, wenn Kupferdraht mit Spuren von Bromethan, Chloroform, PVC, Fluorkunststoff hinzugefügt wird?
3. Kann Natriumchlorid von halogenhaltigen organischen Stoffen unterschieden werden?

Es wird empfohlen, kristallines Kupfer(II)sulfat unmittelbar vor der Verwendung zu kalzinieren. Kupfer(II)sulfat wird in eine Porzellantasse gegossen und in der Flamme einer Alkohollampe entzündet, wobei der Inhalt regelmäßig gerührt und eine Überhitzung vermieden wird. Wenn sich die Farbe ändert, wird die Kalzinierung gestoppt. Vergleichen Sie die Farbe des Sulfats vor und nach der Kalzinierung.

Allgemeine Informationüber das Verbrennen

Die Essenz des Verbrennungsprozesses

Eines der ersten chemischen Phänomene, denen die Menschheit zu Beginn ihrer Existenz begegnete, war die Verbrennung. Zuerst wurde es zum Kochen und Heizen verwendet, und erst nach Jahrtausenden lernten die Menschen, es zur Energieumwandlung zu nutzen. chemische Reaktion in mechanische, elektrische und andere Energiearten.

Die Verbrennung ist eine chemische Oxidationsreaktion, die von der Freisetzung einer großen Menge an Wärme und Glut begleitet wird. In Öfen, Verbrennungsmotoren, bei Bränden wird immer ein Verbrennungsprozess beobachtet, bei dem alle brennbaren Stoffe und Sauerstoff in der Luft... Zwischen ihnen findet eine Verbindungsreaktion statt, wodurch Wärme freigesetzt wird und die Reaktionsprodukte zum Glühen erhitzt werden. So verbrennen Ölprodukte, Holz, Torf und viele andere Stoffe.

Der Verbrennungsprozess kann jedoch nicht nur die Reaktion der Verbindung eines brennbaren Stoffes mit Luftsauerstoff begleiten, sondern auch andere chemische Reaktionen, die mit einer erheblichen Wärmefreisetzung verbunden sind. Wasserstoff, Phosphor, Acetylen und andere Stoffe verbrennen beispielsweise in Chlor; Kupfer - in Schwefeldämpfen, Magnesium - in Kohlendioxid. Komprimiertes Acetylen, Stickstoffchlorid und eine Reihe anderer Stoffe können explodieren. Bei der Explosion kommt es zur Zersetzung von Stoffen unter Freisetzung von Wärme und Bildung einer Flamme. Somit ist der Verbrennungsprozess das Ergebnis der Reaktionen von sich verbindenden und zersetzenden Stoffen.

Verbrennungsfördernde Bedingungen

Damit eine Verbrennung stattfindet, sind bestimmte Bedingungen erforderlich: das Vorhandensein eines brennbaren Mediums (brennbarer Stoff + Oxidationsmittel) und einer Zündquelle. Luft und brennbare Stoffe bilden ein brennbares System, und die Temperaturbedingungen bestimmen die Möglichkeit der Zündung und Verbrennung dieses Systems.

Wie Sie wissen, sind die wichtigsten brennbaren Elemente in der Natur Kohlenstoff und Wasserstoff. Sie kommen in fast allen festen, flüssigen und gasförmigen Stoffen vor, zum Beispiel Holz, fossile Kohle, Torf, Baumwolle, Gewebe, Papier etc.

Die Entzündung und Verbrennung der meisten brennbaren Stoffe erfolgt in der Gas- oder Dampfphase. Die Bildung von Dämpfen und Gasen in festen und flüssigen brennbaren Stoffen erfolgt durch deren Erhitzung. Brennbare Feststoffe wie Schwefel, Stearin, Phosphor, einige Kunststoffe schmelzen und verdampfen beim Erhitzen. Holz, Torf, Kohle zersetzen sich beim Erhitzen unter Bildung von Dämpfen, Gasen und einem festen Rückstand - Kohle.

Betrachten wir diesen Vorgang am Beispiel von Holz genauer. Beim Erhitzen auf 110 °C trocknet das Holz aus und das Harz verdunstet leicht. Bei 130 °C beginnt eine schwache Zersetzung. Eine deutlichere Holzzersetzung (Farbumschlag) tritt ab 150°C auf. Die bei 150-200°C entstehenden Zersetzungsprodukte sind hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid, daher können sie nicht brennen.

Bei Temperaturen über 200 ° C beginnt sich der Hauptbestandteil des Holzes, die Faser, zu zersetzen. Die bei diesen Temperaturen entstehenden Gase sind brennbar, da sie erhebliche Mengen an Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlenwasserstoffen und Dämpfen anderer organischer Stoffe enthalten. Wenn die Konzentration dieser Produkte in der Luft ausreichend ist, entzünden sie sich unter bestimmten Bedingungen.

Alle brennbaren Flüssigkeiten sind verdampfungsfähig und ihre Verbrennung erfolgt in der Gasphase. Wenn man also von der Verbrennung oder Entzündung einer Flüssigkeit spricht, dann bedeutet dies die Verbrennung oder Entzündung ihrer Dämpfe.

Die Verbrennung aller Stoffe beginnt mit ihrer Entzündung. Bei den meisten brennbaren Stoffen ist der Zündzeitpunkt durch das Auftreten einer Flamme und bei den nicht mit einer Flamme brennenden Stoffen durch das Auftreten eines Glühens (Angriff) gekennzeichnet.

Das anfängliche Element der Verbrennung, das unter der Einwirkung von Quellen mit einer höheren Temperatur als der Selbstentzündungstemperatur des Stoffes entsteht, wird als Zündung bezeichnet.

Einige Stoffe sind in der Lage, ohne den Einfluss einer externen Wärmequelle Wärme zu erzeugen und sich selbst zu erhitzen. Die Selbsterhitzung, die mit einer Verbrennung endet, wird als spontane Verbrennung bezeichnet.

Unter spontaner Verbrennung versteht man die Fähigkeit eines Stoffes, sich nicht nur bei Erwärmung, sondern auch bei Raumtemperatur unter dem Einfluss chemischer, mikrobiologischer und physikalisch-chemischer Prozesse zu entzünden.

Die Temperatur, auf die ein brennbarer Stoff erhitzt werden muss, damit er sich entzündet, ohne dass ihm eine Zündquelle zugeführt wird, wird als Selbstentzündungstemperatur bezeichnet.

Der Prozess der Selbstentzündung einer Substanz ist wie folgt. Beim Erhitzen eines brennbaren Stoffes, beispielsweise einer Mischung aus Benzindämpfen mit Luft, kann eine Temperatur erreicht werden, bei der eine langsame Oxidationsreaktion in der Mischung abläuft. Die Oxidationsreaktion wird von einer Wärmefreisetzung begleitet und die Mischung beginnt sich über die Temperatur zu erwärmen, auf die sie erhitzt wurde.

Zusammen mit der Wärmefreisetzung und einer Erhöhung der Temperatur des Gemisches wird jedoch Wärme aus dem reagierenden Gemisch in Umgebung... Bei einer niedrigen Oxidationsrate übersteigt die Wärmeübertragungsmenge immer die Wärmefreisetzung, daher beginnt die Temperatur des Gemisches nach einem gewissen Anstieg zu sinken und eine Selbstentzündung tritt nicht auf. Wird die Mischung von außen auf eine höhere Temperatur erhitzt, so nimmt mit einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit die pro Zeiteinheit freigesetzte Wärmemenge zu.

Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur beginnt die Wärmefreisetzung die Wärmeübertragung zu überschreiten und die Reaktion erhält Bedingungen für eine starke Beschleunigung. In diesem Moment kommt es zur Selbstentzündung des Stoffes. Die Selbstentzündungstemperatur brennbarer Stoffe ist unterschiedlich.

Der oben diskutierte Selbstentzündungsprozess ist ein charakteristisches Phänomen, das allen brennbaren Stoffen innewohnt, egal in welcher Form Aggregatzustand Sie waren nicht. In der Technik und im Alltag kommt es jedoch zu einer Verbrennung von Stoffen durch Einwirkung von Flammen, Funken oder glühenden Gegenständen.

Die Temperatur dieser Zündquellen ist immer höher als die Selbstentzündungstemperatur brennbarer Stoffe, daher erfolgt die Verbrennung sehr schnell. Stoffe, die sich selbst entzünden können, werden in drei Gruppen eingeteilt. Die erste umfasst Stoffe, die sich bei Kontakt mit Luft spontan entzünden können, die zweite bei schwach erhitzten Gegenständen. Die dritte Gruppe umfasst Stoffe, die sich bei Kontakt mit Wasser spontan entzünden.

Pflanzenprodukte, Holzkohle, Eisensulfate, Braunkohle, Fette und Öle können zur Selbstentzündung neigen, Chemikalien und Mischungen.

Von Pflanzenprodukten Heu, Stroh, Klee, Blätter, Malz, Hopfen neigen zur Selbstentzündung. Besonders anfällig für Selbstentzündung sind ungetrocknete Pflanzenprodukte, in denen die lebenswichtige Aktivität der Pflanzenzellen fortgeführt wird.

Nach der Bakterientheorie fördert das Vorhandensein von Feuchtigkeit und eine Temperaturerhöhung aufgrund der lebenswichtigen Aktivität von Pflanzenzellen die Vermehrung von Mikroorganismen, die in Pflanzenprodukten vorhanden sind. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Pflanzenprodukten staut sich die freigesetzte Wärme nach und nach und die Temperatur steigt.

Bei erhöhten Temperaturen sterben Mikroorganismen ab und verwandeln sich in poröse Kohle, die die Eigenschaft hat, sich durch intensive Oxidation zu erhitzen und somit nach Mikroorganismen die nächste Quelle der Wärmeerzeugung ist. Die Temperatur in Pflanzenprodukten steigt auf 300 ° C und sie entzünden sich spontan.

Auch Holz, Braun- und Steinkohle, Torf entzünden sich durch intensive Oxidation durch Luftsauerstoff spontan.

Pflanzliche und tierische Fette haben, wenn sie auf zerkleinerte oder faserige Materialien (Lappen, Seile, Werg, Matten, Wolle, Sägemehl, Ruß usw.) aufgetragen werden, die Fähigkeit, sich selbst zu entzünden.

Wenn zerkleinertes oder faseriges Material mit Öl benetzt wird, breitet es sich über die Oberfläche aus und beginnt bei Kontakt mit Luft zu oxidieren. Gleichzeitig mit der Oxidation in Öl findet ein Polymerisationsprozess statt (Verknüpfung mehrerer Moleküle zu einem). Sowohl der erste als auch der zweite Prozess gehen mit einer erheblichen Wärmefreisetzung einher. Wird die entstehende Wärme nicht abgeführt, steigt die Temperatur im geölten Material und kann Selbstzündungstemperatur erreichen.

Einige Chemikalien können sich an der Luft spontan entzünden. Dazu gehören Phosphor (weiß, gelb), Phosphorwasserstoff, Zinkstaub, Aluminiumpulver, Metalle: Rubidium, Cäsium usw. Alle diese Stoffe können an der Luft unter Wärmeabgabe oxidieren, wodurch die Reaktion bis zur Spontaneität beschleunigt wird Verbrennung.

Kalium, Natrium, Rubidium, Cäsium, Calciumcarbid, Alkali- und Erdalkalimetallcarbide verbinden sich heftig mit Wasser und setzen bei Wechselwirkung brennbare Gase frei, die sich beim Erhitzen aufgrund der Reaktionswärme spontan entzünden.

Beim Mischen von Oxidationsmitteln wie Drucksauerstoff, Chlor, Brom, Fluor, Salpetersäure, Natrium- und Bariumperoxid, Kaliumpermanganat, Salpeter usw., mit organischen Stoffen findet der Prozess der Selbstentzündung dieser Gemische statt.

Die Brandgefahr von Stoffen und Materialien wird nicht nur durch ihre Zündfähigkeit bestimmt, sondern auch durch eine Vielzahl anderer Faktoren: die Intensität des Verbrennungsprozesses selbst und die Begleiterscheinungen der Verbrennung (Rauchbildung, giftige Dämpfe etc.) , die Möglichkeit, diesen Prozess zu stoppen. Ein häufiger Indikator für Brandgefahr ist die Entflammbarkeit.

Nach diesem Indikator werden alle Stoffe und Materialien konventionell in drei Gruppen eingeteilt: nicht brennbar, schwer brennbar, brennbar.

Berücksichtigt werden nicht brennbare Stoffe und Materialien, die in Luft nicht brennbar sind (ca. 21% Sauerstoff). Dazu gehören Stahl, Ziegel, Granit usw. Es wäre jedoch ein Fehler, nicht brennbare Materialien als brandsicher einzustufen. Starke Oxidationsmittel (Stickstoff und Schwefelsäure, Brom, Wasserstoffperoxid, Permanganate usw.); Stoffe, die beim Erhitzen brennbare Gase abgeben, bei der Reaktion mit Wasser Stoffe, die mit Wasser unter starker Hitzeentwicklung reagieren, zum Beispiel Branntkalk.

Nicht brennbar - Dies sind Stoffe und Materialien, die in der Luft einer Zündquelle brennen können, aber nach dem Entfernen nicht selbstständig brennen können.

Brennbar - Dies sind Stoffe und Materialien, die sich spontan entzünden, sich von einer Zündquelle entzünden und nach ihrer Entfernung brennen können.

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§ 1. Allgemeine Hinweise zur Verbrennung

Verbrennung Ist ein komplexer physikalisch-chemischer Prozess der Wechselwirkung eines brennbaren Stoffes und eines Oxidationsmittels, begleitet von der Freisetzung von Wärme und Lichtemission.

Ein übliches Oxidationsmittel bei Verbrennungsprozessen ist Sauerstoffgas in der Luft. Für das Auftreten und den Verlauf der Verbrennung ist die Anwesenheit eines brennbaren Stoffes, Sauerstoff (Luft) und einer Zündquelle erforderlich. Brennbarer Stoff und Sauerstoff sind reaktive Stoffe, sie bilden das brennbare System.

Die Zündquelle verursacht in diesem System Verbrennungsreaktion. Die Verbrennung einiger Stoffe kann jedoch ohne Sauerstoff erfolgen. Chlor, Brom und einige komplexe Stoffe: Salpetersäure, Bertholletsalz, Natriumperoxid.

Brennbare Systeme können chemisch homogen oder heterogen sein.

ZU chemisch homogen bezieht sich auf Systeme, in denen ein brennbarer Stoff und Luft gleichmäßig miteinander vermischt werden; B. Gemische brennbarer Gase, Dämpfe oder Stäube mit Luft.

Die Brenngeschwindigkeit homogener brennbarer Systeme wird durch die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion bestimmt. Sie kann bei hohen Temperaturen erheblich sein. In dieser Hinsicht ist die Verbrennung solcher homogener brennbarer Systeme eine Explosion oder Detonation und wird als kinetische Verbrennung.

ZU chemisch heterogen brennbare Systeme umfassen solche, bei denen der brennbare Stoff und die Luft nicht miteinander vermischt sind und Grenzflächen aufweisen, z.

Beim Verbrennen chemisch inhomogener brennbarer Systeme geht Luftsauerstoff, der durch die Verbrennungsprodukte kontinuierlich zum brennbaren Stoff diffundiert (durchdringt), mit diesem eine Reaktion ein. Ein solches Brennen heißt Diffusion. Seine Geschwindigkeit wird hauptsächlich durch die Diffusion des Oxidationsmittels zum brennbaren Stoff bestimmt.

Die zur Verbrennung benötigte Luftmenge kann rechnerisch ermittelt werden.

Verbrennungsprodukte werden gasförmige, flüssige und feste Stoffe genannt, die durch die Verbindung eines brennbaren Stoffes mit Sauerstoff entstehen. Ihre Zusammensetzung hängt von der Zusammensetzung des brennbaren Stoffes und den Bedingungen seiner Verbrennung ab. Bei Bränden in Maschinenbauunternehmen brennen am häufigsten organische Substanzen: Holz, Stoffe, Lösungsmittel, Farben und Lacke, Gummi usw. Sie bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff. Beim Verbrennen entstehen Verbrennungsprodukte: CO 2, CO, H 2 O, N 2, die bei hohen Temperaturen gasförmig vorliegen.

Bei unvollständiger Verbrennung organischer Stoffe enthalten die Verbrennungsprodukte feste Rußpartikel (Kohlenstoff).

Ein dispergiertes System bestehend aus kleinsten Feststoffpartikeln, die in einem Gemisch von Verbrennungsprodukten mit Luft suspendiert sind, wird als . bezeichnet Rauch.

Produkte vollständiger und unvollständiger Verbrennung stellen in bestimmten Konzentrationen eine Gefahr für das menschliche Leben dar. So führt eine CO 2 -Konzentration von 8-10% zu einem schnellen Bewusstseinsverlust und zum Tod. Das Einatmen von Luft mit 0,4 % Kohlenmonoxid kann ebenfalls tödlich sein. Bei Bränden in Räumen mit niedrigen Gaswechselraten (Keller, Trockner, Lager) kann die Kohlenmonoxidkonzentration im Rauch jedoch viel höher sein als angegeben.

In den Verbrennungsprodukten von Kunststoffen finden sich gesundheitsschädliche Stoffe. Wenn Linoleum verbrennt, können sich Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid bilden, wenn Polyurethanschaum verbrennt - Blausäure und Toluylendiisocyanat, wenn Vinylkunststoff verbrennt - Chlorwasserstoff und Kohlenmonoxid, wenn Nylon verbrannt wird - Blausäure.

Unvollständige Verbrennungsprodukte können brennen, wenn ihre Konzentration im Rauch ausreichend ist. Sie mischen sich mit Luft und bilden explosive Gemische. Dies ist beim Löschen von Bränden in geschlossenen Räumen, in denen Schwelschäden aufgetreten sind, zu berücksichtigen. Beim Öffnen solcher Räume sind Explosionen möglich.

Beim Verbrennungsprozess wird gleichzeitig mit der Bildung von Verbrennungsprodukten Wärme frei. Die Menge der freigesetzten Verbrennungsprodukte und Wärme kann berechnet werden.

Verbrennungsprodukte werden gasförmige, flüssige und feste Stoffe genannt, die durch die Verbindung eines brennbaren Stoffes mit Sauerstoff bei der Verbrennung entstehen. Ihre Zusammensetzung hängt von der Zusammensetzung des brennenden Stoffes und den Bedingungen seiner Verbrennung ab. Unter Brandbedingungen verbrennen am häufigsten organische Substanzen (Holz, Stoffe, Benzin, Kerosin, Gummi usw.), die hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff bestehen. Beim Verbrennen in ausreichender Luftmenge und bei hohen Temperaturen entstehen Produkte der vollständigen Verbrennung: CO 2, H 2 O, N 2. Beim Verbrennen in zu wenig Luft oder bei niedrigen Temperaturen entstehen neben den Produkten der vollständigen Verbrennung auch die Produkte der unvollständigen Verbrennung: CO, C (Ruß).

Die Verbrennungsprodukte heißen nass wenn der Wasserdampfgehalt bei der Berechnung ihrer Zusammensetzung berücksichtigt wird und trocken wenn der Wasserdampfgehalt nicht in den Berechnungsformeln enthalten ist.

Seltener brennen bei einem Brand anorganische Stoffe wie Schwefel, Phosphor, Natrium, Kalium, Calcium, Aluminium, Titan, Magnesium usw. Ihre Verbrennungsprodukte sind in den meisten Fällen Feststoffe, zum Beispiel Р 2 О 5, Na 2 O 2, CaO, MgO. Sie werden in einem dispergierten Zustand gebildet, so dass sie in Form von dichtem Rauch in die Luft aufsteigen. Die Verbrennungsprodukte von Aluminium, Titan und anderen Metallen befinden sich bei der Verbrennung in geschmolzenem Zustand.

Rauch ist ein dispergiertes System, das aus kleinsten Feststoffpartikeln besteht, die in einem Gemisch von Verbrennungsprodukten mit Luft suspendiert sind. Der Durchmesser der Rauchpartikel reicht von 1 bis 0,01 Mikrometer. Das bei der Verbrennung erzeugte Rauchvolumen einer Masseneinheit (kg)

oder das Volumen (m 3) eines brennbaren Stoffes im theoretisch benötigten Luftvolumen (L = 1) ist in der Tabelle angegeben. 1.2.

Tabelle 1.2

Rauchmenge beim Verbrennen von brennbaren Stoffen

Name brennbarer Stoff	Rauchvolumen, m 3 / kg	Name brennbares Gas	Rauchvolumen, m 3 / m 3
		Acetylen
Holz (Kiefer) ( W = 20 %)
		Erdgas

In der Zusammensetzung des Rauches, der bei der Verbrennung organischer Stoffe bei Bränden entsteht, gibt es neben den Produkten der vollständigen und unvollständigen Verbrennung auch Produkte der thermooxidativen Zersetzung brennbarer Stoffe. Sie entstehen beim Erhitzen von nicht brennbaren brennbaren Stoffen in einer sauerstoffhaltigen Luft- oder Rauchumgebung. Dies geschieht normalerweise vor einer Flamme oder in den oberen Teilen von Räumen, in denen sich erhitzte Verbrennungsprodukte befinden.

Die Zusammensetzung der Produkte der thermischen oxidativen Zersetzung hängt von der Art der brennbaren Stoffe, der Temperatur und den Kontaktbedingungen mit dem Oxidationsmittel ab. So zeigen Untersuchungen, dass bei der thermisch-oxidativen Zersetzung brennbarer Stoffe, deren Moleküle Hydroxylgruppen enthalten, immer Wasser entsteht. Wenn die Zusammensetzung brennbarer Stoffe Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthält, sind die Produkte der thermischen oxidativen Zersetzung meistens Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Aldehyde, Ketone und organische Säuren. Wenn in der Zusammensetzung brennbarer Stoffe neben den aufgeführten Elementen Chlor oder Stickstoff enthalten sind, enthält der Rauch auch Chlorwasserstoff und Cyanid, Stickoxide und andere Verbindungen. So enthält der Rauch beim Verbrennen von Nylon Blausäure, beim Verbrennen von Linoleum "Relin" - Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid, beim Verbrennen von organischem Glas - Stickoxide. Die Produkte unvollständiger Verbrennung und thermischer oxidativer Zersetzung sind in den meisten Fällen giftige Substanzen, daher wird das Feuerlöschen in Räumen nur in sauerstoffisolierenden Gasmasken durchgeführt.

Die Form der Formel zur Berechnung des Volumens der Produkte der vollständigen Verbrennung mit der theoretisch erforderlichen Luftmenge hängt von der Zusammensetzung des brennbaren Stoffes ab.

Ein brennbarer Stoff ist eine einzelne chemische Verbindung. In diesem Fall wird die Berechnung basierend auf der Verbrennungsreaktionsgleichung durchgeführt. Das Volumen der nassen Verbrennungsprodukte einer Einheitsmasse (kg) eines brennbaren Stoffes unter normalen Bedingungen wird nach der Formel berechnet

wo ist das Volumen der nassen Verbrennungsprodukte, m 3 / kg; ,,, ist die Anzahl der Kilomol von Kohlendioxid, Wasserdampf, Stickstoff und brennbaren Stoffen in der Gleichung der Verbrennungsreaktion; m- die Masse des brennbaren Stoffes, numerisch gleich dem Molekulargewicht, kg.

Beispiel 1.2. Bestimmen Sie das Volumen der trockenen Verbrennungsprodukte von 1 kg Aceton unter normalen Bedingungen. Wir stellen die Reaktionsgleichung für die Verbrennung von Aceton in Luft auf

Bestimmen Sie das Volumen der trockenen Verbrennungsprodukte von Aceton

Das Volumen der nassen Verbrennungsprodukte 1 m 3 eines brennbaren Stoffes (Gases) kann nach der Formel berechnet werden

, (1.10)

wo ist das Volumen der nassen Verbrennungsprodukte 1 m 3 brennbares Gas, m 3 / m 3; ,,, Ist die Molzahl von Kohlendioxid, Wasserdampf, Stickstoff und brennbarem Stoff (Gas).

Ein brennbarer Stoff ist ein komplexes Gemisch chemischer Verbindungen. Ist die elementare Zusammensetzung eines komplex brennbaren Stoffes bekannt, so lässt sich die Zusammensetzung und Menge der Verbrennungsprodukte von 1 kg eines Stoffes durch die Gleichung der Verbrennungsreaktion einzelner Elemente bestimmen. Dazu werden Gleichungen für die Verbrennungsreaktion von Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel aufgestellt und das Volumen der Verbrennungsprodukte pro 1 kg brennbarer Stoff bestimmt. Die Verbrennungsreaktionsgleichung hat die Form

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

Bei der Verbrennung von 1 kg Kohlenstoff werden 22,4 / 12 = 1,86 m 3 CO 2 und 22,4 × 3,76 / 12 = 7,0 m 3 N 2 erhalten.

Auf ähnliche Weise wird das Volumen (in m 3) der Verbrennungsprodukte von 1 kg Schwefel und Wasserstoff bestimmt. Die erhaltenen Daten sind unten dargestellt:

Kohlenstoff ……… ..
Wasserstoff ……… ..
Schwefel ……………

Bei der Verbrennung von Kohlenstoff, Wasserstoff und Schwefel kommt Sauerstoff aus der Luft. Die Zusammensetzung des brennbaren Stoffes kann jedoch Sauerstoff enthalten, der auch an der Verbrennung teilnimmt. In diesem Fall wird für die Verbrennung des Stoffes entsprechend weniger Luft verbraucht.

Der brennbare Stoff kann Stickstoff und Feuchtigkeit enthalten, die bei der Verbrennung in Verbrennungsprodukte übergehen. Um sie zu berücksichtigen, müssen Sie das Volumen von 1 kg Stickstoff und Wasserdampf unter normalen Bedingungen kennen.

Das Volumen von 1 kg Stickstoff beträgt 0,8 m 3 und das Volumen von Wasserdampf beträgt 1,24 m 3 . In Luft von 0 0 C und einem Druck von 101 325 Pa sind 3,76 × 22,4 / 32 = 2,63 m 3 Stickstoff pro 1 kg Sauerstoff enthalten.

Anhand der angegebenen Daten werden Zusammensetzung und Volumen der Verbrennungsprodukte von 1 kg brennbarem Stoff bestimmt.

Beispiel 1.3. Bestimmen Sie das Volumen und die Zusammensetzung der nassen Verbrennungsprodukte von 1 kg Kohle, bestehend aus 75,8% C, 3,8% H, 2,8% O, 1,1%n, 2,5 % S, W = 3,8 %, EIN=11,0 %.

Das Volumen der Verbrennungsprodukte beträgt m 3 (Tabelle 1.3).

Menge der Kohleverbrennungsprodukte

Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte
Kohlenstoff	1,86 × 0,758 = 1,4

Wasserstoff		11,2 × 0,038 = 0,425
Schwefel
Stickstoff im Kraftstoff
Feuchtigkeit in einem brennbaren Stoff		1,24 × 0,03 = 0,037
Summe

Fortsetzung der Tabelle. 1.3

Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte	n 2
Kohlenstoff	7 × 0,758 = 5,306
Wasserstoff	21 × 0,038 = 0,798
Schwefel	2,63 × 0,025 = 0,658	0,7 × 0,025 = 0,017
Stickstoff im Kraftstoff	0,8 × 0,011 = 0,0088
Feuchtigkeit in einem brennbaren Stoff
Summe	6,7708 - 0,0736 = 6,6972

Subtrahieren Sie vom Gesamtvolumen des Stickstoffs das Stickstoffvolumen, das dem Sauerstoff in der Kohlezusammensetzung zuzuordnen ist 0,028× 2,63 = 0,0736 m3. Die Summe der Tabelle. 1.3 gibt die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte von Kohle an. Das Volumen der nassen Verbrennungsprodukte von 1 kg Kohle ist gleich

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

Ein brennbarer Stoff ist ein Gasgemisch. Die Menge und Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte für ein Gasgemisch wird durch die Gleichung der Verbrennungsreaktion der Komponenten bestimmt, aus denen das Gemisch besteht. Beispielsweise verläuft die Methanverbrennung nach folgender Gleichung:

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

Nach dieser Gleichung entstehen bei der Verbrennung von 1 m 3 Methan 1 m 3 Kohlendioxid, 2 m 3 Wasserdampf und 7,52 m 3 Stickstoff. Das Volumen (in m 3) von Verbrennungsprodukten von 1 m 3 verschiedener Gase wird auf ähnliche Weise bestimmt:

Wasserstoff ……………….
Kohlenmonoxid ……….
Schwefelwasserstoff ………….
Methan ……………………
Acetylen ………………
Ethylen ……………………

Anhand der angegebenen Zahlen wird die Zusammensetzung und Menge der Verbrennungsprodukte des Gasgemisches bestimmt.

Die Analyse von Verbrennungsprodukten von Bränden in verschiedenen Räumlichkeiten zeigt, dass sie immer eine erhebliche Menge an Sauerstoff enthalten. Wenn in einem Raum mit geschlossenen Fenster- und Türöffnungen ein Feuer auftritt, kann das Feuer in Gegenwart von Brennstoff so lange andauern, bis der Sauerstoffgehalt im Luftgemisch mit Verbrennungsprodukten im Raum auf 14 - 16% (Vol.) sinkt. Folglich kann bei Bränden in geschlossenen Räumen der Sauerstoffgehalt in Verbrennungsprodukten im Bereich von 21 bis 14% (Vol.) liegen. Die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte bei Bränden in Räumen mit offenen Öffnungen (Keller, Dachboden) zeigt, dass der Sauerstoffgehalt in ihnen unter 14% (Vol.) liegen kann:

In den Kellern ………
Auf Dachböden …….

Beispiel 1.4. Bestimmen Sie den Luftüberschuss bei einem Brand im Raum, wenn der bei der Analyse aufgenommene Rauch 19% (Vol.) O 2 enthielt. Das Luftüberschussverhältnis wird mit Formel (1.8) ermittelt.

.

Nachdem Sie sich mit dem Thema Verbrennungsprodukte befasst haben, lösen Sie ein unabhängiges Problem.

Aufgabe 1.3. Bestimmen Sie das Volumen der nassen Verbrennungsprodukte von 1 m 3 Hochofengas, bestehend aus 10,5% CO 2, 28% CO, 0,3% CH 4, 2,7% H 2 und 58,5% N 2.

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Antworten: V n.c= 1,604 m 3 / m 3

Die Verbrennung von Holz ist die Oxidation seiner Bestandteile zu Kohlendioxid CO 2 und Wasser H 2 O.

Um diesen Vorgang durchzuführen, benötigen Sie eine ausreichende Menge Oxidationsmittel (Sauerstoff) und das Erhitzen des Holzes auf eine bestimmte Temperatur.

Beim Erhitzen unter Sauerstoffausschluss zersetzt sich Holz thermisch (Pyrolyse), wobei Kohle, Gase, Wasser und flüchtige organische Stoffe entstehen.

Nach der von G. F. Knorre und anderen Wissenschaftlern entwickelten Theorie lässt sich die Verbrennung von Holz wie folgt darstellen.

Zu Beginn des Aufheizens verdunstet Feuchtigkeit aus dem Holz. Anschließend erfolgt die thermische Zersetzung seiner Bestandteile. Die Bestandteile des Holzes werden weitgehend oxidiert, so dass sie sich bei niedriger Temperatur zersetzen. Die Bildung von flüchtigen Bestandteilen erreicht ein Maximum (bis zu 85 Gew.-% beginnt bei ca. 160° und trockenem Holz) bei 300°.

Die Produkte des Primärzerfalls von Holz durch komplexe Oxidations- und Reduktionsprozesse gehen in einen gasförmigen Zustand über, in dem sie sich leicht mit Sauerstoffmolekülen zu einem brennbaren Gemisch vermischen können, das unter bestimmten Bedingungen (Sauerstoffüberschuss, ausreichend hohe Temperatur) entzündlich ist ). Je nach Qualitätszustand entzündet sich das Holz bei 250-350°.

Am äußeren Rand der Flamme verbrennen vergaste Produkte, während im Inneren der Flamme flüchtige Produkte der Holzpyrolyse in einen gasförmigen Zustand überführt werden.

Das Glühen der Flamme wird durch glühende Kohlenstoffpartikel verursacht, die an ihrem äußeren Rand mit Sauerstoffüberschuss zu CO 2 verbrennen. Im Gegensatz dazu hat die Flamme bei Sauerstoffmangel bei relativ niedriger Temperatur eine rötliche Farbe, während durch unverbrannte Kohlenstoffpartikel eine erhebliche Menge Ruß freigesetzt wird.

Je mehr Sauerstoff zugeführt wird, je höher die Temperatur, desto größer und heller die Flamme.

Das Aussehen der Flamme hängt auch von der Zusammensetzung des Holzes und vor allem vom Gehalt an Kohlenwasserstoffen und Harzen ab. Harze kommen vor allem in Kiefern und Birken vor, deren Verbrennung eine dicke, helle Flamme bildet. Espenflammen, deren flüchtige Stoffe mehr Kohlenmonoxid und weniger Kohlenwasserstoffe enthalten, sind klein, transparent und haben einen bläulichen Farbton. Auch das harzarme Brennen der Erle erzeugt eine kürzere und transparentere Flamme.

Die Abfolge der thermischen Zersetzung von Sägemehl bei der Rauchrauchbildung kann konventionell durch die folgenden Stufen dargestellt werden.

In der ersten Stufe ein weiteres "frisches" Sägemehlteilchen unter dem Einfluss einer heißen Mischung aus Dämpfen und Gasen und Wärmestrahlung benachbarte brennende Partikel erwärmt sich auf 150-160 °. Während dieser Zeit wird hauptsächlich Feuchtigkeit verdunstet, es wird keine merkliche Volumenabnahme der Partikel beobachtet.

In nachfolgenden Stufen steigt auch die Temperatur des Partikels an, wodurch es zu einer thermischen Zersetzung der organischen Masse des Holzpartikels und zur Entzündung eines Teils der vergasten Pyrolyseprodukte unter Wärmefreisetzung kommt; ein Teil der flüchtigen Stoffe wird zusammen mit einer gewissen Menge unverbrannten Kohlenstoffs (Ruß) durch Konvektionsströmungen nach oben getragen und bildet Rauch. Am Ende der Holzzersetzung und der Freisetzung flüchtiger Verbindungen wird die Partikelgröße merklich reduziert.

Kohle (fester Kohlenstoff), die bei der thermischen Zersetzung von Sägemehl entsteht, wird durch die bei der Oxidation einiger flüchtiger Verbindungen freigesetzte Wärme erhitzt und beginnt mit Kohlendioxid und Sauerstoff zu reagieren:

C + CO 2 → 2CO

2CO + O 2 → 2CO 2

Dies erzeugt eine kleine, durchscheinende bläuliche Kohlenmonoxidflamme.

Das Partikelvolumen schrumpft weiter; An letzte Stufe Es entsteht Asche. Unter dem Einfluss der freigesetzten Wärme beginnt sich das nächste "frische" Sägemehlteilchen zu erwärmen.

Der Mechanismus und die Chemie der Verbrennung von Holz in Form von Scheitholz, Spänen oder einem Haufen Sägemehl sind gleich. Beim eigentlichen Verbrennungsprozess, also der Oxidation organischer Verbindungen mit Sauerstoff bei der Verwendung von Brennholz oder Sägemehl, gibt es Unterschiede in quantitativer und qualitativer Hinsicht.

Hier haben wir es mit den Begriffen der sogenannten vollständigen und unvollständigen Verbrennung zu tun. Bei vollständiger Verbrennung werden flüchtige, dampf- und gasförmige Stoffe vollständig zu Kohlendioxid und Wasserdampf oxidiert (oder verbrannt).

Ein Beispiel für eine vollständige Verbrennung ist die Oxidationsreaktion einer der Komponenten von Rauchrauch - Methylalkohol CH 3 OH:

CH 3 OH + O 2 → CO 2 + 2H 2 O

Reaktionen, Oxidation und andere organische Verbindungen, die bei der thermischen Zersetzung von Holz entstehen, können ähnlich ablaufen.

Durch vollständige Verbrennung entsteht ein Dampf-Gas-Gemisch, das aus Kohlendioxid und Wasserdampf besteht, keine Rauchbestandteile enthält und für das Rauchen nicht wertvoll ist.

Um Rauch zu erhalten, der für die Räucherproduktion geeignet ist, müssen Bedingungen für eine unvollständige Verbrennung von Holz geschaffen werden. Dazu wird beispielsweise eine Schicht angefeuchteten Sägemehls auf das Holz gelegt, wodurch Zone und Intensität der Verbrennung deutlich reduziert werden. Bei unvollständiger Verbrennung werden flüchtige organische Stoffe nur teilweise oxidiert und der Rauch mit Rauchbestandteilen gesättigt.

Die Oxidationstiefe von Holzpyrolyseprodukten hängt von der Sauerstoffmenge sowie von der Verbrennungstemperatur und der Entfernung flüchtiger Stoffe aus der Verbrennungszone ab.

Bei Sauerstoffmangel verläuft die Oxidation flüchtiger Stoffe, beispielsweise Methylalkohol, nach folgender Reaktion:

2СН 3 ОН + O 2 → 2C + 4H 2 O

Unverbrannte Kohlenstoffpartikel, die die Flammzone verlassen, kühlen schnell ab und bilden zusammen mit anderen nicht vollständig oxidierten Holzzersetzungsprodukten Rauch. Einige von ihnen setzen sich in Form von Ruß (Ruß) an den Wänden der Räucherkammern ab. Bei ungenügender Isolierung der Räucherkammern setzen sich auch kondensierte dampfförmige flüchtige Rauchstoffe (Teer, Teer) an deren Wänden ab.

Bei einer tieferen, aber auch unvollständigen Oxidation brennbarer Stoffe entsteht Kohlenmonoxid:

CH 3 OH + O 2 → CO + 2H 2 O

Somit ist die Sauerstoffmenge einer der wichtigsten Einflussfaktoren auf chemische Zusammensetzung Rauch, insbesondere um den Gehalt an Methylalkohol, Formaldehyd und Ameisensäure darin zu ändern. Bei begrenztem Luftzugang zur Verbrennungszone wird also Ameisenaldehyd aus Methylalkohol gebildet:

CH 3 OH + O 2 → CH 2 O + 4H 2 O

Bei Zufuhr einer größeren Menge Luft und damit Sauerstoff wird das entstehende Formaldehyd zu Ameisensäure oxidiert:

2СН 2 О + O 2 → 2CHOOH

Mit Luftüberschuss wird Ameisensäure vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert:

2CHOOH + O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

Beim Verbrennen anderer Pyrolyseprodukte werden je nach Oxidationsstufe ebenfalls organische Stoffe gebildet, die die Zusammensetzung des Rauches beeinflussen.

Die Verbrennungstemperatur hängt auch von der Sauerstoffmenge ab, die in die Verbrennungsschicht eindringt. Holz in Form von Scheiten kann unter normalen Bedingungen nicht ohne Flamme und damit ohne Hitze brennen. Dabei werden wesentlich mehr Stoffe aus der organischen Holzmasse oxidiert als bei der Verbrennung (Schwelen) von Sägemehl. Daher wird ein erheblicher Teil der flüchtigen Substanzen beim Verbrennen von Brennholz nicht zum Räuchern verwendet, und die Zusammensetzung des Räucherrauchs ist dem bei der langsamen Verbrennung von Sägemehl erhaltenen Rauch unterlegen. Das Befüllen von brennendem Holz mit nassem Sägemehl erhöht die Rauchmenge, aber auch in diesem Fall wird das Holz unwirtschaftlich verbraucht.

Das Temperaturregime der natürlichen Verbrennung (Schwelen) von Sägemehl ist im Vergleich zur Verbrennung von Holz viel milder. Eine kleine Flamme wird gebildet, wenn Kohle nach der Freisetzung von flüchtigen Bestandteilen verbrannt wird. Die dabei entstehende Wärme wird hauptsächlich zum Erhitzen der angrenzenden Sägemehlschichten verwendet, die sich ohne Sauerstoffzutritt thermisch zersetzen, da die Luft durch die Dämpfe und Gase der Brennschicht verdrängt wird.

Die Verbrennung ist langsam. Ein erheblicher Teil der thermischen Zersetzungsprodukte wird in der Flamme nicht oxidiert, daher werden relativ viele flüchtige Stoffe durch Konvektionsströmungen entfernt.

Ein Beispiel für eine unvollständige Verbrennung von Sägemehl ist deren Verbrennung mit einer nicht erzwungenen unteren Luftzufuhr. Nur in diesem Fall untere Schicht Sägespäne. Heiße Gase und Dämpfe verdrängen die Luft und erhitzen die oberen Schichten des Sägemehls, wodurch das Holz trocken destilliert wird, wobei Kohle, Gase, Wasser und organische Verbindungen entstehen. Bei gleichmäßiger Zufuhr von frischem Sägemehl von oben verbrennt nur die untere Kohleschicht, die durch Trockendestillation der darüber liegenden Schicht entstanden ist. Dadurch entsteht Rauch, der stärker mit flüchtigen organischen Verbindungen gesättigt ist.

Rauch, der reich an Rauchbestandteilen ist, erhält man am besten in Raucherzeugern, die mit Sägemehl betrieben werden, wobei das Rauchmedium mit Gas, Taubdampf oder Elektrizität erhitzt wird, und in Reibungsraucherzeugern. In diesem Fall wird Rauch mit einem erhöhten Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen erhalten, der auf niedrige Temperaturen der Rauchbildung und eine leichte Oxidation der primären Zersetzungsprodukte des Holzes zurückzuführen ist.

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