Experiența 3. Detectarea carbonului și hidrogenului în compuși organici (video)

Experiment 4. Detectarea halogenului în materie organică (testul FF Beilstein)

Experimentați progresul

Parafina sub formă de bărbierit (până la 0,3 g) și 1-2 g de oxid de cupru (II) sunt plasate într-o eprubetă uscată cu un eșapament de evacuare a gazului. Conținutul eprubetei este bine amestecat, acoperit cu un strat (1 g) de oxid de cupru (II). O bucată de bumbac este plasată în partea superioară a eprubetei, pe care este puțin cos sulfat de cupru (II). Tubul este închis cu un dop cu un tub de evacuare a gazului și fixat într-un raft cu o ușoară înclinare spre tub. Capătul liber al tubului de evacuare a gazului este coborât într-o eprubetă cu apă de var, astfel încât tubul aproape să atingă suprafața lichidului (mai târziu îl puteți coborî direct în lichid).

În primul rând, întreaga eprubetă este încălzită, apoi partea în care se află amestecul de reacție este puternic încălzită, iar lampa cu alcool este mutată treptat în gaură pentru a deplasa gazele.

Pe pereții eprubetei îndepărtați de amestecul de reacție, se observă apariția picăturilor de lichid, iar zonele albastre se formează în sulfat de cupru (II). Gazul evoluat face ca apa de var să devină tulbure. Notați observațiile și răspunsurile la întrebări după experiment într-un registru de lucru.

Întrebări și sarcini:

1. Care este motivul pentru culoarea albastră a bucăților de sulfat de cupru (II)?
2. Ce face ca apa de var să devină tulbure și să provoace apariția sedimentelor în picioare?
3. Descrieți schimbările care au loc folosind ecuațiile de reacție.

Experiență 4. Detectarea halogenului în materie organică

Experiment 4. Detectarea halogenului în materie organică (test de F.F. Beilstein, 1872)

F.F. Beilstein este utilizat în Chimie organica pentru a dovedi prezența unei molecule de halogen în compoziție. Când o substanță este arsă pe un fir de cupru, flacăra lămpii spirtoase devine verde datorită formării halogenurilor de cupru volatile (cu excepția fluorurilor) la temperaturi ridicate.

Echipamente și reactivi: lampă spirtoasă, chibrituri; materie organică conținând halogen (tetraclorură de carbon, bucăți de PVC), sârmă de cupru înfășurată la un capăt și filetată în dop (suport) la celălalt.

Experimentați progresul

Introduceți un fir de cupru cu o buclă la capăt în flacăra lămpii spirtoase și încălziți-l până când este fierbinte. Asigurați-vă că flacăra lămpii spirtoase nu se pată atunci când firul este aprins.

După răcirea firului înnegrit, coborâți momentan bucla în lichidul de testare și aplicați firul îmbibat în lichid în partea inferioară a flăcării, apoi transferați-l în cea mai fierbinte parte superioară a flăcării lămpii spirtoase. Respectați schimbarea culorii flăcării.

Dacă substanța de testat este solidă, scufundați capătul firului fierbinte în el pentru o clipă, apoi aduceți firul care conține substanța în flacăra lămpii cu alcool. Notați observațiile și răspunsurile la întrebări după experiment într-un registru de lucru.

Întrebări și sarcini:

1. De ce s-a înnegrit firul în aer?
2. Cum se schimbă culoarea flăcării unei lămpi cu alcool când se adaugă sârmă de cupru cu urme de brometan, cloroform, PVC, fluoroplastic?
3. Se poate distinge clorura de sodiu de materiile organice care conțin halogen?

Se recomandă ca sulfatul de cupru cristalin (II) să fie calcinat imediat înainte de utilizare. Sulfatul de cupru (II) este turnat într-o ceașcă de porțelan și aprins în flacăra unei lămpi cu alcool, amestecând periodic conținutul și evitând supraîncălzirea. Când culoarea se schimbă, calcinarea este oprită. Comparați culoarea sulfatului înainte și după calcinare.

Informații generale despre arsuri

Esența procesului de ardere

Unul dintre primele fenomene chimice pe care omenirea le-a întâlnit în zorii existenței sale a fost arderea. La început a fost folosit pentru gătit și încălzire și abia după milenii oamenii au învățat să o folosească pentru a transforma energia. reactie chimicaîn energie mecanică, electrică și alte tipuri de energie.

Arderea este o reacție chimică de oxidare, însoțită de eliberarea unei cantități mari de căldură și strălucire. În cuptoare, motoare cu ardere internă, în caz de incendiu, se observă întotdeauna un proces de ardere, în care orice substanțe combustibile și oxigen din aer... O reacție compusă are loc între ele, ca urmare a cărei căldură este eliberată și produsele de reacție sunt încălzite pentru a străluci. Așa ard produsele petroliere, lemnul, turbă și multe alte substanțe.

Cu toate acestea, procesul de ardere poate însoți nu numai reacția combinării unei substanțe combustibile cu oxigenul atmosferic, ci și alte reacții chimice asociate cu o eliberare semnificativă de căldură. Hidrogenul, fosforul, acetilena și alte substanțe ard, de exemplu, în clor; cupru - în vapori de sulf, magneziu - în dioxid de carbon. Acetilena comprimată, clorura de azot și o serie de alte substanțe pot exploda. În procesul de explozie, descompunerea substanțelor are loc odată cu eliberarea căldurii și formarea unei flăcări. Astfel, procesul de ardere este rezultatul reacțiilor de combinare și descompunere a substanțelor.

Condiții favorabile arderii

Pentru ca arderea să apară, sunt necesare anumite condiții: prezența unui mediu combustibil (substanță combustibilă + oxidant) și a unei surse de aprindere. Aerul și materiile combustibile constituie un sistem capabil să ardă, iar condițiile de temperatură determină posibilitatea aprinderii și arderii acestui sistem.

După cum știți, principalele elemente combustibile din natură sunt carbonul și hidrogenul. Se găsesc în aproape toate substanțele solide, lichide și gazoase, de exemplu, lemn, cărbune fosil, turbă, bumbac, țesături, hârtie etc.

Aprinderea și arderea majorității substanțelor combustibile are loc în faza de gaz sau vapori. Formarea vaporilor și gazelor în substanțe combustibile solide și lichide are loc ca urmare a încălzirii lor. Solidele combustibile cum ar fi sulful, stearina, fosforul, unele materiale plastice se topesc și se evaporă atunci când sunt încălzite. Lemnul, turbă, cărbune, atunci când sunt încălzite, se descompun cu formarea de vapori, gaze și un reziduu solid - cărbune.

Să luăm în considerare acest proces mai detaliat folosind exemplul lemnului. Când este încălzit la 110 ° C, lemnul se usucă și rășina se evaporă ușor. Descompunerea slabă începe la 130 ° C. Descompunerea mai vizibilă a lemnului (schimbarea culorii) are loc la 150 ° C și peste. Produsele de descompunere formate la 150-200 ° C sunt în principal apă și dioxid de carbon, prin urmare nu pot arde.

La temperaturi peste 200 ° C, componenta principală a lemnului, fibra, începe să se descompună. Gazele generate la aceste temperaturi sunt inflamabile, deoarece conțin cantități semnificative de monoxid de carbon, hidrogen, hidrocarburi și vapori ai altor substanțe organice. Când concentrația acestor produse în aer devine suficientă, în anumite condiții se vor aprinde.

Toate lichidele inflamabile sunt capabile de vaporizare, iar arderea lor are loc în faza gazoasă. Prin urmare, atunci când vorbesc despre arderea sau aprinderea unui lichid, înseamnă arderea sau aprinderea vaporilor săi.

Arderea tuturor substanțelor începe cu aprinderea lor. Pentru majoritatea substanțelor combustibile, momentul aprinderii se caracterizează prin apariția unei flăcări, iar pentru acele substanțe care nu ard cu o flacără, apariția unei străluciri (atacată).

Elementul inițial de ardere, care apare sub acțiunea unor surse care au o temperatură mai mare decât temperatura de autoinflamare a substanței, se numește aprindere.

Unele substanțe sunt capabile să genereze căldură și să se autoîncălzească fără influența unei surse externe de căldură. Procesul de autoîncălzire care se termină cu combustie se numește combustie spontană.

Arderea spontană este capacitatea unei substanțe de a se aprinde nu numai atunci când este încălzită, ci și la temperatura camerei sub influența proceselor chimice, microbiologice și fizico-chimice.

Temperatura la care trebuie încălzită o substanță combustibilă pentru ca aceasta să se aprindă fără a aduce o sursă de aprindere la aceasta se numește temperatura de autoaprindere.

Procesul de autoaprindere a unei substanțe este după cum urmează. La încălzirea unei substanțe combustibile, de exemplu, un amestec de vapori de benzină cu aer, este posibil să se atingă o temperatură la care începe să apară o reacție de oxidare lentă în amestec. Reacția de oxidare este însoțită de eliberarea de căldură și amestecul începe să se încălzească peste temperatura la care a fost încălzit.

Cu toate acestea, împreună cu eliberarea de căldură și o creștere a temperaturii amestecului, transferul de căldură are loc din amestecul care reacționează în mediu inconjurator... La o rată de oxidare scăzută, cantitatea de transfer de căldură depășește întotdeauna eliberarea de căldură; prin urmare, temperatura amestecului, după o anumită creștere, începe să scadă și autoaprinderea nu are loc. Dacă amestecul este încălzit din exterior la o temperatură mai ridicată, atunci împreună cu o creștere a vitezei de reacție, cantitatea de căldură eliberată pe unitate de timp crește.

Când se atinge o anumită temperatură, degajarea de căldură începe să depășească transferul de căldură, iar reacția capătă condiții de accelerare intensă. În acest moment, apare autoaprinderea substanței. Temperatura de autoinflamare a substanțelor combustibile este diferită.

Procesul de autoaprindere discutat mai sus este un fenomen caracteristic inerent tuturor substanțelor combustibile, în orice starea de agregare nu au fost. Cu toate acestea, în tehnologie și în viața de zi cu zi, arderea substanțelor are loc datorită impactului asupra lor a flăcării, scânteilor sau obiectelor incandescente.

Temperatura acestor surse de aprindere este întotdeauna mai mare decât temperatura de autoaprindere a substanțelor combustibile, prin urmare arderea are loc foarte repede. Substanțele care se pot aprinde spontan sunt împărțite în trei grupuri. Prima include substanțe care se pot aprinde spontan la contactul cu aerul, a doua cu obiecte slab încălzite. Al treilea grup include substanțe care se aprind spontan la contactul cu apa.

De exemplu, produsele vegetale, cărbunele, sulfații feroși, cărbunele brun, grăsimile și uleiurile pot fi predispuse la arderea spontană, substanțe chimiceși amestecuri.

De la produse vegetale, fânul, paiul, trifoiul, frunzele, malțul, hameiul sunt predispuse la arderea spontană. Sunt deosebit de susceptibile la arderea spontană produsele vegetale nedesecate, în care continuă activitatea vitală a celulelor vegetale.

Conform teoriei bacteriene, prezența umidității și creșterea temperaturii datorită activității vitale a celulelor vegetale favorizează multiplicarea microorganismelor prezente în produsele vegetale. Datorită conductivității termice slabe a produselor vegetale, căldura eliberată se acumulează treptat și temperatura crește.

La temperaturi ridicate, microorganismele mor și se transformă în cărbune poros, care are proprietatea de a se încălzi datorită oxidării intense și, prin urmare, este următoarea sursă de generare a căldurii după microorganisme. Temperatura produselor vegetale crește la 300 ° C și se aprinde spontan.

Lemnul, lignitul și cărbunele bituminos, turba se aprind, de asemenea, în mod spontan, datorită oxidării intensive a oxigenului atmosferic.

Grăsimile vegetale și animale, dacă sunt aplicate pe materiale zdrobite sau fibroase (cârpe, frânghii, remorcare, covor, lână, rumeguș, funingine etc.) au capacitatea de a se aprinde spontan.

Când materialele zdrobite sau fibroase sunt umezite cu ulei, acestea se răspândesc pe suprafață și, în contact cu aerul, începe să se oxideze. Concomitent cu oxidarea în ulei, are loc un proces de polimerizare (combinând mai multe molecule într-o singură). Atât primul, cât și al doilea proces sunt însoțite de o eliberare semnificativă de căldură. Dacă căldura generată nu este disipată, temperatura din materialul uleiat crește și poate atinge temperatura de autoaprindere.

Unele substanțe chimice se pot aprinde spontan atunci când sunt expuse la aer. Acestea includ fosfor (alb, galben), hidrogen fosforos, praf de zinc, pulbere de aluminiu, metale: rubidiu, cesiu, etc. combustie.

Potasiul, sodiul, rubidiul, cesiul, carbura de calciu, carburile metalelor alcaline și alcalino-pământoase se combină viguros cu apa și, atunci când interacționează, degajă gaze inflamabile, care, atunci când sunt încălzite din cauza căldurii de reacție, se aprind spontan.

Când amestecați agenți oxidanți precum oxigen comprimat, clor, brom, fluor, Acid azotic, peroxid de sodiu și bariu, permanganat de potasiu, salpeter etc., cu substanțe organice, are loc procesul de ardere spontană a acestor amestecuri.

Pericolul de incendiu al substanțelor și materialelor este determinat nu numai de capacitatea lor de a se aprinde, ci și de o serie de alți factori: intensitatea procesului de ardere în sine și fenomenele care însoțesc arderea (formarea de fum, vapori toxici etc.) , posibilitatea de a opri acest proces. Un indicator comun al pericolului de incendiu este inflamabilitatea.

Conform acestui indicator, toate substanțele și materialele sunt împărțite în mod convențional în trei grupe: necombustibil, greu combustibil, combustibil.

Se iau în considerare substanțele și materialele necombustibile care sunt incapabile să ardă în aer (aproximativ 21% oxigen). Acestea includ oțel, cărămidă, granit etc. Cu toate acestea, ar fi o greșeală să clasificăm materialele necombustibile drept sigure la foc. Oxidanți puternici (azot și acid sulfuric, brom, peroxid de hidrogen, permanganate etc.); substanțe care emit gaze inflamabile atunci când sunt încălzite, atunci când reacționează cu apa, substanțe care reacționează cu apa pentru a genera o cantitate mare de căldură, de exemplu, varul viu.

Incombustibil - acestea sunt substanțe și materiale care pot arde în aer dintr-o sursă de aprindere, dar nu pot arde independent după îndepărtarea acestuia.

Combustibil - acestea sunt substanțe și materiale care se pot aprinde spontan, se pot aprinde dintr-o sursă de aprindere și pot arde după îndepărtarea acesteia.

Cuprinsul cărții Pagina următoare >>

§ 1. Informații generale despre combustie

Combustie Este un proces fizico-chimic complex de interacțiune a unei substanțe combustibile și a unui oxidant, însoțit de eliberarea de căldură și emisia de lumină.

Un agent oxidant obișnuit în procesele de ardere este oxigenul gazos din aer. Pentru apariția și evoluția arderii, este necesară prezența unei substanțe combustibile, oxigen (aer) și o sursă de aprindere. Substanța combustibilă și oxigenul sunt substanțe reactive, ele constituie sistemul combustibil.

Sursa de aprindere cauzează acest sistem reacție de ardere. Cu toate acestea, arderea unor substanțe poate avea loc fără oxigen. Clor, brom și ceva substanțe complexe: acid azotic, sare de berthollet, peroxid de sodiu.

Sistemele combustibile pot fi omogene și eterogene din punct de vedere chimic.

LA omogen chimic se referă la sistemele în care o substanță combustibilă și aerul sunt amestecate uniform între ele; de exemplu, amestecuri de gaze, vapori sau prafuri inflamabile cu aerul.

Viteza de ardere a sistemelor combustibile omogene este determinată de viteza reacției chimice. Poate fi semnificativ la temperaturi ridicate. În acest sens, arderea unor astfel de sisteme omogene de combustibil este o explozie sau detonare și se numește arderea cinetică.

LA eterogen chimic sistemele combustibile includ cele în care substanța combustibilă și aerul nu sunt amestecate între ele și au interfețe, de exemplu, materiale solide combustibile și lichide în aer, jeturi de gaze combustibile și vapori care intră în aer etc.

Când sistemele combustibile neomogene din punct de vedere chimic ard, oxigenul din aer, care difuzează (pătrunde) continuu prin produsele de combustie către substanța combustibilă, intră într-o reacție cu aceasta. O astfel de arsură se numește difuzie. Viteza sa este determinată în principal de difuzia oxidantului către substanța combustibilă.

Cantitatea de aer necesară arderii poate fi determinată prin calcul.

Produse de ardere se numesc substanțe gazoase, lichide și solide formate ca urmare a combinării unei substanțe combustibile cu oxigen. Compoziția lor depinde de compoziția substanței combustibile și de condițiile de ardere a acesteia. În cazul incendiilor din întreprinderile de construcție de mașini, substanțele organice ard cel mai adesea: lemn, țesături, solvenți, vopsele și lacuri, cauciuc etc. Acestea constau în principal din carbon, hidrogen, oxigen și azot. Când ard, se formează produse de ardere: CO 2, CO, H 2 O, N 2, care sunt în stare gazoasă la temperaturi ridicate.

În cazul arderii incomplete a materiei organice, produsele de ardere conțin particule solide de funingine (carbon).

Se numește un sistem dispersat format din cele mai mici particule solide suspendate într-un amestec de produse de ardere cu aerul fum.

Produsele de ardere completă și incompletă în anumite concentrații reprezintă un pericol pentru viața umană. Astfel, concentrația de CO 2, egală cu 8-10%, determină pierderea rapidă a conștiinței și moartea. Inhalarea aerului care conține 0,4% monoxid de carbon poate fi, de asemenea, fatală. Între timp, la focurile din camere cu rate de schimb scăzute ale gazului (subsoluri, uscătoare, depozite), concentrația de monoxid de carbon în fum poate fi mult mai mare decât cea indicată.

Substanțele dăunătoare respirației se găsesc în produsele de ardere ale materialelor plastice. Deci, atunci când arde linoleum, se pot forma hidrogen sulfurat și dioxid de sulf, când arde spuma poliuretanică - cianură de hidrogen și toluen diizocianat, când arde plasticul vinilic - clorură de hidrogen și monoxid de carbon, când arde nylonul - cianură de hidrogen.

Produsele de ardere incomplete sunt capabile să ardă atunci când concentrația lor în fum devine suficientă. Amestecându-se cu aerul, formează amestecuri explozive. Acest lucru ar trebui să fie luat în considerare la stingerea incendiilor în încăperi închise unde a avut loc fum. Exploziile sunt posibile atunci când astfel de camere sunt deschise.

În procesul de ardere, căldura este eliberată simultan cu formarea produselor de ardere. Se poate calcula cantitatea de produse de ardere și căldură degajate.

Produse de ardere se numesc substanțe gazoase, lichide și solide formate ca urmare a combinării unei substanțe combustibile cu oxigen în timpul arderii. Compoziția lor depinde de compoziția substanței de ardere și de condițiile de ardere a acesteia. În condiții de incendiu, arde cel mai adesea substanțe organice (lemn, țesături, benzină, kerosen, cauciuc etc.), care constau în principal din carbon, hidrogen, oxigen și azot. Când ard într-o cantitate suficientă de aer și la temperaturi ridicate, se formează produse de ardere completă: CO 2, H 2 O, N 2. Când se arde într-o cantitate insuficientă de aer sau la temperaturi scăzute, pe lângă produsele de ardere completă, se formează produse de ardere incompletă: CO, C (funingine).

Produsele de ardere se numesc umed dacă se ia în considerare conținutul de vapori de apă la calcularea compoziției acestora și uscat dacă conținutul de vapori de apă nu este inclus în formulele de calcul.

Mai rar, în timpul unui incendiu, arde substanțe anorganice, precum sulf, fosfor, sodiu, potasiu, calciu, aluminiu, titan, magneziu etc. Produsele lor de ardere sunt în majoritatea cazurilor solide, de exemplu 2, CaO, MgO. Ele sunt formate într-o stare dispersată, deci se ridică în aer sub formă de fum dens. Produsele de ardere din aluminiu, titan și alte metale se află în stare topită în timpul arderii.

Fumul este un sistem dispersat format din cele mai mici particule solide suspendate într-un amestec de produse de ardere cu aerul. Diametrul particulelor de fum variază de la 1 la 0,01 microni. Volumul de fum generat în timpul arderii unei unități de masă (kg)

sau volumul (m 3) al unei substanțe combustibile în volumul teoretic necesar de aer (L = 1) este dat în tabel. 1.2.

Tabelul 1.2

Volumul de fum la arderea substanțelor combustibile

Nume substanță inflamabilă	Volumul de fum, m 3 / kg	Nume gaz combustibil	Volumul fumului, m 3 / m 3
		Acetilenă
Lemn (pin) ( W = 20 %)
		Gaz natural

În compoziția fumului format pe focuri în timpul arderii substanțelor organice, pe lângă produsele de ardere completă și incompletă, există produse de descompunere termo-oxidativă a substanțelor combustibile. Acestea se formează la încălzirea substanțelor combustibile necombustibile într-un mediu de aer sau fum care conține oxigen. Acest lucru se întâmplă de obicei în fața unei flăcări sau în părțile superioare ale încăperilor în care există produse de ardere încălzite.

Compoziția produselor de descompunere termică oxidativă depinde de natura substanțelor combustibile, de temperatura și de condițiile de contact cu oxidantul. Astfel, studiile arată că în timpul descompunerii termo-oxidative a substanțelor combustibile, ale căror molecule conțin grupe hidroxil, se formează întotdeauna apă. Dacă compoziția substanțelor combustibile conține carbon, hidrogen și oxigen, produsele descompunerii oxidative termice sunt cel mai adesea hidrocarburi, alcooli, aldehide, cetone și acizi organici. Dacă în compoziția substanțelor combustibile, pe lângă elementele enumerate, există clor sau azot, atunci fumul conține și clorură de hidrogen și cianură, oxizi de azot și alți compuși. Deci, în fum, atunci când arde nylonul conține cianură de hidrogen, când arde linoleum "Relin" - sulfură de hidrogen, dioxid de sulf, atunci când arde sticlă organică - oxizi de azot. Produsele de ardere incompletă și descompunere termică oxidativă în majoritatea cazurilor sunt substanțe toxice, prin urmare, stingerea incendiilor în incinte se efectuează numai în măști de gaze izolatoare de oxigen.

Forma formulei pentru calcularea volumului produselor de ardere completă cu cantitatea teoretic necesară de aer depinde de compoziția substanței combustibile.

O substanță combustibilă este un compus chimic individual.În acest caz, calculul se efectuează pe baza ecuației reacției de ardere. Volumul produselor de ardere umede a unei unități de masă (kg) a unei substanțe combustibile în condiții normale este calculat prin formulă

unde este volumul produselor de ardere umede, m 3 / kg; ,,, Este numărul de kilomoli de dioxid de carbon, vapori de apă, azot și materii combustibile în ecuația reacției de ardere; M- masa substanței combustibile, egală numeric cu greutatea moleculară, kg.

Exemplul 1.2. Determinați volumul produselor de ardere uscate a 1 kg de acetonă în condiții normale. Compunem ecuația de reacție pentru arderea acetonei în aer

Determinați volumul produselor de ardere uscate ale acetonei

Volumul produselor de ardere ude 1 m 3 dintr-o substanță combustibilă (gaz) poate fi calculat prin formulă

, (1.10)

unde este volumul produselor de ardere umede 1 m 3 de gaz combustibil, m 3 / m 3; ,,, Este numărul de moli de dioxid de carbon, vapori de apă, azot și substanță combustibilă (gaz).

O substanță combustibilă este un amestec complex de compuși chimici. Dacă se cunoaște compoziția elementară a unei substanțe combustibile complexe, atunci compoziția și cantitatea de produse de ardere de 1 kg dintr-o substanță pot fi determinate de ecuația reacției de ardere a elementelor individuale. Pentru aceasta, sunt compilate ecuații pentru reacția de ardere a carbonului, hidrogenului, sulfului și se determină volumul produselor de ardere la 1 kg de substanță combustibilă. Ecuația reacției de ardere are forma

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

Când se arde 1 kg de carbon, se obțin 22,4 / 12 = 1,86 m 3 CO 2 și 22,4 × 3,76 / 12 = 7,0 m 3 N 2.

Volumul (în m 3) de produse de ardere de 1 kg de sulf și hidrogen este determinat în mod similar. Datele obținute sunt prezentate mai jos:

Carbon ……… ..
Hidrogen ……… ..
Sulful ……………

Când carbonul, hidrogenul și sulful sunt arse, oxigenul provine din aer. Cu toate acestea, compoziția substanței combustibile poate include oxigen, care participă și la combustie. În acest caz, în mod corespunzător se consumă mai puțin aer pentru arderea substanței.

Substanța combustibilă poate conține azot și umiditate, care, în timpul arderii, trec în produse de ardere. Pentru a le ține cont, trebuie să cunoașteți volumul de 1 kg de azot și vapori de apă în condiții normale.

Volumul de 1 kg de azot este de 0,8 m 3, iar volumul de vapori de apă este de 1,24 m 3. În aer la 0 ° C și o presiune de 101.325 Pa, există 3,76 × 22,4 / 32 = 2,63 m 3 de azot la 1 kg de oxigen.

Pe baza datelor date, se determină compoziția și volumul produselor de ardere a 1 kg de substanță combustibilă.

Exemplul 1.3. Determinați volumul și compoziția produselor de ardere umede a 1 kg de cărbune, constând din 75,8% C, 3,8% H, 2,8% O, 1,1%N, 2,5 % S, W = 3,8 %, A=11,0 %.

Volumul produselor de ardere va fi după cum urmează, m 3 (Tabelul 1.3).

Volumul produselor de ardere a cărbunelui

Compoziția produselor de ardere
Carbon	1,86 × 0,758 = 1,4

Hidrogen		11,2 × 0,038 = 0,425
Sulf
Azot în combustibil
Umiditate într-o substanță combustibilă		1,24 × 0,03 = 0,037
Sumă

Continuarea tabelului. 1.3

Compoziția produselor de ardere	N 2
Carbon	7 × 0,758 = 5,306
Hidrogen	21 × 0,038 = 0,798
Sulf	2,63 × 0,025 = 0,658	0,7 × 0,025 = 0,017
Azot în combustibil	0,8 × 0,011 = 0,0088
Umiditate într-o substanță combustibilă
Sumă	6,7708 - 0,0736 = 6,6972

Din volumul total de azot, scădeți volumul de azot atribuit oxigenului din compoziția cărbunelui 0,028× 2,63 = 0,0736 m 3. Totalul tabelului. 1.3 indică compoziția produselor de ardere a cărbunelui. Volumul produselor de ardere ude de 1 kg de cărbune este egal cu

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

O substanță combustibilă este un amestec de gaze. Cantitatea și compoziția produselor de ardere pentru un amestec de gaze este determinată de ecuația reacției de ardere a componentelor care alcătuiesc amestecul. De exemplu, arderea metanului are loc conform următoarei ecuații:

CH 4 + 2O 2 + 2 × 3.76N 2 = CO 2 + 2H 2 O + 7.52N 2.

Conform acestei ecuații, arderea a 1 m 3 de metan produce 1 m 3 de dioxid de carbon, 2 m 3 de vapori de apă și 7,52 m 3 de azot. Volumul (în m 3) de produse de ardere de 1 m 3 de diferite gaze este determinat în mod similar:

Hidrogen ……………….
Monoxid de carbon ……….
Sulfat de hidrogen ………….
Metan …………………
Acetilena ………………
Etilenă …………………

Pe baza cifrelor date, se determină compoziția și cantitatea produselor de ardere ale amestecului gazos.

Analiza produselor de ardere luate din incendii în diferite locații arată că acestea conțin întotdeauna o cantitate semnificativă de oxigen. Dacă apare un incendiu într-o cameră cu ferestre închise și deschideri ale ușilor, atunci focul în prezența combustibilului poate continua până când conținutul de oxigen din amestecul de aer cu produsele de ardere din cameră scade la 14-16% (vol.). În consecință, la incendii în încăperi închise, conținutul de oxigen din produsele de ardere poate fi cuprins între 21 și 14% (vol.). Compoziția produselor de ardere în timpul incendiilor din încăperi cu deschideri deschise (subsol, mansardă) arată că conținutul de oxigen din acestea poate fi sub 14% (vol.):

La subsol ...
La mansarde …….

Exemplul 1.4. Determinați raportul de aer în exces în timpul unui incendiu în cameră, dacă fumul luat în analiză conținea 19% (vol.) O 2. Raportul de aer în exces se găsește folosind formula (1.8).

.

După ce ați studiat problema produselor de ardere, rezolvați o problemă independentă.

Sarcina 1.3. Determinați volumul produselor de ardere umede a 1 m 3 de gaz pentru furnal, constând din 10,5% CO 2, 28% CO, 0,3% CH 4, 2,7% H 2 și 58,5% N 2.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Răspuns: V n.c= 1,604 m 3 / m 3.

Arderea lemnului este oxidarea părților sale constitutive la dioxid de carbon CO 2 și apă H 2 O.

Pentru a efectua acest proces, aveți nevoie de o cantitate suficientă de oxidant (oxigen) și încălzirea lemnului la o anumită temperatură.

Când este încălzit în absența oxigenului, lemnul se descompune termic (piroliză), rezultând formarea de cărbune, gaze, apă și substanțe organice volatile.

În conformitate cu teoria dezvoltată de GF Knorre și alți oameni de știință, arderea lemnului poate fi reprezentată după cum urmează.

La începutul încălzirii, umezeala se evaporă din lemn. Ulterior, are loc descompunerea termică a componentelor sale. Părțile constitutive ale lemnului sunt în mare parte oxidate, deci se descompun la o temperatură scăzută. Formarea volatilelor atinge un maxim (până la 85% din greutate începe la aproximativ 160 ° și lemnul uscat) la 300 °.

Produsele degradării primare a lemnului ca urmare a proceselor complexe de oxidare și reducere trec într-o stare gazoasă, în care se pot amesteca cu ușurință cu molecule de oxigen, formând un amestec combustibil care este inflamabil în anumite condiții (exces de oxigen, temperatură suficient de ridicată ). În funcție de starea calității, lemnul se aprinde la 250-350 °.

Produsele gazificate ard la marginea exterioară a flăcării, în timp ce în interiorul flăcării, produsele volatile ale pirolizei lemnului sunt transformate într-o stare gazoasă.

Strălucirea flăcării este cauzată de particule de carbon incandescente care ard în CO 2 la marginea sa exterioară cu un exces de oxigen. Dimpotrivă, cu o lipsă de oxigen, când temperatura este relativ scăzută, flacăra are o culoare roșiatică, în timp ce o cantitate semnificativă de funingine este eliberată din cauza particulelor de carbon ne-arse.

Cu cât este furnizat mai mult oxigen, cu atât este mai mare temperatura, cu atât flacăra este mai mare și mai strălucitoare.

Aspectul flăcării depinde și de compoziția lemnului și în primul rând de conținutul de hidrocarburi și rășini. Majoritatea rășinilor se găsesc în pini și mesteacăn, care, atunci când sunt arși, formează o flacără groasă și strălucitoare. Flăcările Aspen, ale căror substanțe volatile conțin mai mult monoxid de carbon și mai puține hidrocarburi, sunt mici, transparente și au o nuanță albăstruie. Arinul arzător, cu conținut scăzut de rășină, produce, de asemenea, o flacără mai scurtă și transparentă.

Secvența descompunerii termice a rumegușului în timpul formării fumului poate fi reprezentată în mod convențional de următoarele etape.

În prima etapă, o altă particulă de rumeguș „proaspătă” sub influența unui amestec fierbinte de vapori și gaze și radiații termice particulele arde vecine se încălzesc până la 150-160 °. În această perioadă, umezeala este evaporată în principal; nu se observă o scădere notabilă a volumului particulei.

În etapele ulterioare, crește și temperatura particulei, ca urmare a căreia are loc descompunerea termică a masei organice a particulei de lemn și aprinderea unei părți a produselor de piroliză gazificate cu eliberarea de căldură; o parte din substanțele volatile, împreună cu o anumită cantitate de carbon negros (funingine), este transportată în sus de curenții de convecție, formând fum. La sfârșitul descompunerii lemnului și a eliberării de compuși volatili, dimensiunea particulelor este redusă în mod vizibil.

Cărbunele (carbon solid) format în timpul descompunerii termice a rumegușului este încălzit de căldura degajată în timpul oxidării unora dintre compușii volatili și începe să reacționeze cu dioxidul de carbon și oxigenul:

C + CO 2 → 2CO

2CO + O 2 → 2CO2

Aceasta produce o flacără mică, translucidă de monoxid de carbon albăstrui.

Volumul particulelor continuă să se micșoreze; pe stadiu final se formează cenușă. Sub influența căldurii degajate, următoarea particulă „proaspătă” de rumeguș începe să se încălzească.

Mecanismul și chimia arderii lemnului sub formă de bușteni de lemn de foc, așchii sau o grămadă de rumeguș sunt aceleași. Există diferențe în aspectele cantitative și calitative ale procesului de ardere propriu-zis, adică oxidarea compușilor organici cu oxigen atunci când se utilizează lemn de foc sau rumeguș.

Aici ne confruntăm cu conceptele așa-numitei arderi complete și incomplete. Cu o combustie completă, substanțele volatile, vaporii și gazele sunt complet oxidate (sau arse) în dioxid de carbon și vapori de apă.

Un exemplu de combustie completă este reacția de oxidare a unuia dintre componentele fumului de fum - alcoolul metilic CH 3 OH:

CH 3 OH + O 2 → CO 2 + 2H 2 O

Reacțiile, oxidarea și alți compuși organici care decurg din descompunerea termică a lemnului pot avea loc în mod similar.

Ca rezultat al arderii complete, se formează un amestec vapori-gaz, care constă din dioxid de carbon și vapori de apă, nu conține componente pentru fumat și nu este valoros pentru fumat.

Pentru a obține fum potrivit pentru producerea fumatului, este necesar să se creeze condiții pentru arderea incompletă a lemnului. Pentru aceasta, de exemplu, un strat de rumeguș umezit este așezat deasupra lemnului, în urma căruia zona și intensitatea combustiei sunt reduse semnificativ. Cu o ardere incompletă, substanțele organice volatile sunt doar parțial oxidate, iar fumul este saturat cu componente pentru fumat.

Adâncimea de oxidare a produselor de piroliză a lemnului depinde de cantitatea de oxigen, precum și de temperatura de ardere și de rata de îndepărtare a substanțelor volatile din zona de ardere.

Cu o lipsă de oxigen, oxidarea substanțelor volatile, de exemplu, alcoolul metilic, are loc după următoarea reacție:

2СН 3 ОН + O 2 → 2C + 4H 2 O

Particulele de carbon ne-arse, care părăsesc zona de flacără, se răcesc rapid și formează fum împreună cu alte produse de descompunere a lemnului care nu sunt complet oxidate. Unele dintre ele se așează pe pereții camerelor de fumat sub formă de funingine (funingine). În cazul unei izolații insuficient de bune a camerelor de fumat, substanțele volatile vaporoase condensate de fum (gudron, gudron) se așează de asemenea pe pereții lor.

Cu o oxidare mai profundă, dar și incompletă a substanțelor combustibile, se formează monoxid de carbon:

CH 3 OH + O 2 → CO + 2H 2 O

Astfel, cantitatea de oxigen este unul dintre cei mai semnificativi factori care afectează compoziție chimică fum, în special pentru a modifica conținutul de alcool metilic, formaldehidă și acid formic din acesta. Deci, cu acces limitat la aer în zona de ardere, aldehida formică se formează din alcool metilic:

CH 3 OH + O 2 → CH 2 O + 4H 2 O

Când se furnizează o cantitate mai mare de aer și, în consecință, oxigen, formaldehida rezultată este oxidată în acid formic:

2СН 2 О + O 2 → 2CHOOH

Cu excesul de aer, acidul formic este complet oxidat în dioxid de carbon și apă:

2CHOOH + O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

La arderea altor produse de piroliză, în funcție de starea de oxidare, se formează în mod similar substanțe organice care afectează compoziția fumului.

Temperatura de ardere depinde și de cantitatea de oxigen care intră în stratul de ardere. În condiții normale, lemnul sub formă de bușteni nu poate arde fără flacără și, prin urmare, fără căldură. În acest caz, o cantitate mult mai mare de substanțe formate din masa organică a lemnului este oxidată decât în ​​timpul arderii (mocnirii) rumegușului. Prin urmare, o parte semnificativă a substanțelor volatile la arderea lemnului de foc nu este folosită pentru fumat, iar compoziția fumului de fumat este inferioară fumului obținut în timpul arderii lente a rumegușului. Umplerea lemnului ars cu rumeguș umed crește cantitatea de fum, dar chiar și în acest caz, lemnul este consumat neeconomic.

Regimul de temperatură al arderii naturale (mocnirii) a rumegușului este mult mai blând în comparație cu arderea lemnului. O mică flacără se formează când rămâne cărbune după arderea eliberării substanțelor volatile. Căldura rezultată este cheltuită în principal pentru încălzirea straturilor adiacente de rumeguș, care suferă descompunere termică fără acces la oxigen, deoarece aerul este forțat de vapori și gaze din stratul de ardere.

Arderea este lentă. O parte semnificativă a produselor de descompunere termică nu este oxidată în flacără; prin urmare, relativ multe substanțe volatile sunt îndepărtate prin fluxuri de convecție.

Un exemplu de combustie incompletă a rumegușului este arderea lor cu o sursă de aer neforțată mai mică. Numai în acest caz stratul de jos rumeguş. Gazele și vaporii fierbinți înlocuiesc aerul și încălzesc straturile superioare ale rumegușului, rezultând distilarea uscată a lemnului, care formează cărbune, gaze, apă și compuși organici. Cu o cantitate uniformă de rumeguș proaspăt de sus, arde doar stratul inferior de cărbune, format ca urmare a distilării uscate a stratului de deasupra. Acest lucru produce fum care este mai saturat cu compuși organici volatili.

Cea mai bună modalitate de a obține fum, bogat în componente pentru fumat, este formarea acestuia în generatoare de fum care funcționează pe rumeguș cu încălzirea mediului de fumat cu gaz, abur surd sau electricitate și în generatoare de fum de frecare. În acest caz, fumul se obține cu un conținut ridicat de compuși organici volatili, care se datorează temperaturilor scăzute de formare a fumului și ușoare oxidări ale produselor primare de degradare ale lemnului.

Dacă găsiți o eroare, selectați o bucată de text și apăsați Ctrl + Enter.