Досвід 3. Виявлення вуглецю і водню в органічних сполуках (відео)

Дослід 4. Виявлення галогену в органічній речовині (проба Ф.Ф. Бейльштейна)

хід досвіду

У суху пробірку з газовідвідною трубкою поміщають парафін у вигляді стружки (до 0,3 г) і 1-2 г оксиду міді (II). Вміст пробірки ретельно перемішують, засипають зверху шаром (1 г) оксиду міді (II). У верхню частину пробірки поміщають грудочку вати, на яку насипають трохи б / всульфату міді (II). Пробірку закривають пробкою з газовідвідною трубкою і закріплюють її в штативі з невеликим нахилом у бік пробірки. Вільний кінець газовідвідної трубки опускають в пробірку з вапняною водою, щоб трубка майже стосувалася поверхні рідини (пізніше можна опустити її безпосередньо в рідину).

Спочатку прогрівають всю пробірку, потім сильно нагрівають ту частину, де знаходиться реакційна суміш, і поступово просувають спиртівку до отвору для витіснення газів.

На віддалених від реакційної суміші стінках пробірки спостерігають появу крапельок рідини, а в сульфате міді (II) утворюються сині ділянки. Вирізняється газ викликає помутніння вапняної води. Спостереження і відповіді на питання після досвіду запишіть в робочий зошит.

Запитання і завдання:

1. Чим обумовлений синій колір шматочків сульфату міді (II)?
2. Що є причиною помутніння вапняної води, а при стоянні - появи осаду?
3. Опишіть зміни, що відбуваються за допомогою рівнянь реакцій.

Дослід 4. Виявлення галогену в органічній речовині

Дослід 4. Виявлення галогену в органічній речовині (проба Ф.Ф. Бейльштейна, 1872 г.)

Проба Ф.Ф. Бейльштейна використовується в органічної хіміїдля доказу наявності в складі молекули галогену. При згорянні речовини на мідній зволіканні полум'я спиртівки забарвлюється в зелений колір за рахунок утворення летючих при високих температурах галогенідів міді (крім фторидів).

Устаткування і реактиви:спиртівка, сірники; органічна речовина, Що містить галоген (чотирихлористий вуглець, шматочки поліхлорвінілу), мідна зволікання, закручена в спіраль на одному кінці і просунуті в коркову пробку (утримувач) - на іншому.

хід досвіду

Внесіть в полум'я спиртівки мідну зволікання з петлею на кінці і прогрійте її до червоного розжарювання. Переконайтеся, що при прожаренні зволікання полум'я спиртівки не фарбується.

Після охолодження почорнілою зволікання опустіть на мить її петлю в досліджувану рідину і внесіть змочену в рідині зволікання в нижню частину полум'я, потім перенесіть її в найгарячішу верхню частину полум'я спиртівки. Спостерігайте за зміною забарвлення полум'я.

Якщо досліджувана речовина тверде, опустіть в нього на мить кінець розпеченій зволікання, а потім внесіть зволікання з речовиною в полум'я спиртівки. Спостереження і відповіді на питання після досвіду запишіть в робочий зошит.

Запитання і завдання:

1. Чому відбувається почорніння зволікання на повітрі?
2. Як змінюється колір полум'я спиртівки при внесенні мідної зволікання зі слідами брометан, хлороформу, ПВХ, фторопласту?
3. Чи можна відрізнити хлорид натрію від органічної речовини, що містить галоген?

Рекомендується прожарювання кристалічного сульфату міді (II) виконати безпосередньо перед використанням. У порцелянову чашку насипають сульфат міді (II) і прожарюють у полум'ї спиртівки, періодично перемішуючи вміст і не допускаючи перегартовування. При зміні забарвлення прожарювання припиняють. Порівнюють забарвлення сульфату до і після прожарювання.

Загальні відомостіпро горіння

Сутність процесу горіння

Одним з перших хімічних явищ, з яким людство познайомилося на зорі свого існування, було горіння. Спочатку воно використовувалося для приготування їжі та обігріву, і лише через тисячоліття людина навчилася використовувати його для перетворення енергії хімічної реакціїв механічну, електричну та інші види енергії.

Горіння - це хімічна реакція окислення, що супроводжується виділенням великої кількості тепла і світінням. У печах, двигунах внутрішнього згоряння, на пожежах завжди спостерігається процес горіння, в якому беруть участь будь-які горючі речовини і кисень повітря. Між ними протікає реакція сполуки, в результаті якої виділяється тепло і продукти реакції нагріваються до світіння. Так горять нафтопродуктів, деревини, торф і багато інших речовин.

Однак процес горіння може супроводжувати не тільки реакції з'єднання горючої речовини з киснем повітря, а й інші хімічні реакції, пов'язані зі значним виділенням тепла. Водень, фосфор, ацетилен і інші речовини горять, наприклад, в хлорі; мідь - в парах сірки, магній - в вуглекислому газі. Стиснутий ацетилен хлористий азот і ряд інших речовин здатні вибухати. В процесі вибуху відбувається розкладання речовин з виділенням тепла і утворенням полум'я. Таким чином, процес горіння є результатом реакцій з'єднання і розкладання речовин.

Умови, що сприяють горінню

Для виникнення горіння необхідні певні умови: наявність горючого середовища (горюча речовина + окислювач) і джерела запалення. Повітря і пальне речовина складають систему, здатну горіти, а температурні умови зумовлюють можливість займання та горіння цієї системи.

Як відомо, основними горючими елементами в природі є вуглець і водень. Вони входять до складу майже всіх твердих, рідких і газоподібних речовин, наприклад, деревини, викопного вугілля, торфу, бавовни, тканини, паперу та ін.

Займання і горіння більшості горючих речовин відбувається в газовій або паровій фазі. Освіта парів і газів у твердих і рідких горючих речовин відбувається в результаті їхнього нагрівання. Тверді горючі речовини, наприклад, сірка, стеарин, фосфор, деякі пластмаси при нагріванні плавляться і випаровуються. Дерево, торф, кам'яне вугілля при нагріванні розкладаються з утворенням парів, газів і твердого залишку - вугілля.

Розглянемо цей процес докладніше на прикладі деревини. При нагріванні до 110 ° С відбувається висушування деревини і незначні випаровування смоли. Слабке розкладання починається при 130 ° С. Більш помітне розкладання деревини (зміна кольору) відбувається при 150 ° С і вище. Утворені при 150-200 ° С продукти розкладання становлять, в основному, воду і вуглекислий газ, тому горіти не можуть.

При температурі вище 200 ° С починає розкладатися головна складова частина деревини - клітковина. Гази, що утворюються при цих температурах, є горючими, так як вони містять значну кількість окису вуглецю-, водню, вуглеводнів і парів інших органічних речовин. Коли концентрація цих продуктів в повітрі стане достатньою, при певних умовах відбудеться їх займання.

Всі горючі рідини здатні випаровуватися, і горіння їх відбувається в газовій фазі. Тому, коли говорять про горіння або займанні рідини, то під цим розуміють горіння або займання її парів.

Горіння всіх речовин починається з їх займання. У більшості горючих речовин момент займання характеризується появою полум'я, а у тих речовин, які полум'ям не горять, - появою світіння (напала).

Початковий елемент горіння, що виникає під дією джерел, що мають більш високу температуру, ніж температура самозаймання речовини, називається займанням.

Деякі речовини здатні без впливу зовнішнього джерела тепла виділяти теплоту і самонагрівається. Процес самонагревания, що закінчується горінням, прийнято називати самозаймання.

Самозаймання - це здатність речовини займатися не тільки при нагріванні, але і при кімнатній температурі під впливом хімічних, мікробіологічних та фізико-хімічних процесів.

Температура, до якої потрібно нагріти горючу речовину, щоб воно запалало без піднесення до нього джерела запалювання, називається температурою самозаймання.

Процес самозаймання речовини проходить наступним чином. При нагріванні горючої речовини, наприклад, суміші парів бензину з повітрям, можна досягти такої температури, при якій в суміші починає протікати повільна реакція окислення. Реакція окислення супроводжується виділенням тепла, і суміш починає нагріватися вище тієї температури, до якої її нагріли.

Однак разом з виділенням тепла і підвищенням температури суміші відбувається тепловіддача від реагує суміші в навколишнє середовище. При малій швидкості окислення величина тепловіддачі завжди перевищує виділення тепла, тому температура суміші після деякого підвищення починає знижуватися і самозаймання не відбувається. Якщо суміш нагріти ззовні до більш високої температури, то разом зі збільшенням швидкості реакції збільшується кількість тепла, що виділяється в одиницю часу.

При досягненні певної температури тепловиділення починає перевищувати тепловіддачу, і реакція набуває умови для інтенсивного прискорення. У цей момент відбувається самозаймання речовини. Температура самозаймання у горючих речовин різна.

Процес самозаймання, розглянутий вище, є характерним явищем, властивим всім горючим речовинам, в якому б агрегатному станівони не знаходилися. Однак в техніці і побуті горіння речовин виникає внаслідок впливу на них полум'я, іскор або розжарених предметів.

Температура зазначених джерел займання вища за температуру самозаймання горючих речовин, тому горіння виникає дуже швидко. Речовини, здатні самозайматися, діляться на три групи. До першої відносяться речовини, здатні самозайматися при контакті з повітрям, до другої зі слабо нагрітими предметами. До третьої групи відносяться речовини, які самовозгораются при контакті з водою.

Наприклад, схильними до самозаймання можуть бути рослинні продукти, деревне вугілля, сульфати заліза, буре вугілля, жири і масла, хімічні речовиниі суміші.

З рослинних продуктів схильні до самозаймання сіно, солома, конюшина, листя, солод, хміль. Особливо схильні до самозаймання недосушені рослинні продукти, в яких триває життєдіяльність рослинних клітин.

Згідно бактеріальної теорії, наявність вологи і підвищення температури за рахунок життєдіяльності рослинних клітин сприяє розмноженню наявних в рослинних продуктах мікроорганізмів. Внаслідок поганої теплопровідності рослинних продуктів виділяється теплота поступово накопичується і температура підвищується.

При підвищеній температурі мікроорганізми гинуть і перетворюються в пористе вугілля, який має властивість нагріватися за рахунок інтенсивного окислення і тому є наступним, після мікроорганізмів, джерелом виділення тепла. Температура в рослинних продуктах піднімається до 300 ° С, і вони самовозгораются.

Деревне, буре та кам'яне вугілля, торф самовозгораются також за рахунок інтенсивного окислення киснем повітря.

Рослинні і тваринні жири, якщо вони нанесені на подрібнені або волокнисті матеріали (ганчірки, мотузки, пакля, рогожа, шерсть, тирса, сажа та ін.) Мають здатність самозайматися.

При змочуванні подрібнених або волокнистих матеріалів маслом, воно розподіляється по поверхні і при зіткненні з повітрям, починає окислюватися. Одночасно з окисленням в маслі відбувається процес полімеризації (з'єднання декількох молекул в одну). Як перший, так і другий процеси супроводжуються значним виділенням тепла. Якщо виділяється тепло не розсіюється, то температура в промасленим матеріалі піднімається, і може досягти температури самозаймання.

Деякі хімічні речовини здатні самозайматися при зіткненні з повітрям. До них відноситься фосфор (білий, жовтий), фосфористий водень, цинковий пил, алюмінієва пудра, метали: рубідій, цезій та ін. Всі ці речовини здатні окислюватися на повітрі з виділенням тепла, за рахунок якого реакція прискорюється до самозаймання.

Калій, натрій, рубідій, цезій, карбід кальцію, карбіди лужних і лужно-земельних металів енергійно з'єднуються з водою, і при взаємодії виділяють горючі гази, які, будучи нагріті за рахунок теплоти реакції, самовозгораются.

При змішуванні таких окислювачів, як стиснений кисень, хлор, бром, фтор, азотна кислота, Перекис натрію і барію, марганцевокислого калію, селітра та ін., З органічними речовинами, відбувається процес самозаймання цих сумішей.

Пожежна небезпека речовин і матеріалів визначається не тільки їх здатністю займатися, але і масою інших чинників: інтенсивністю самого процесу горіння і супутніх горіння явищ (утворення диму, токсичних парів і т.д.), можливістю припинення цього процесу. Загальним показником пожежної небезпеки є горючість.

Згідно з цим показником всі речовини і матеріали умовно діляться на три групи: негорючі, важкогорючі, горючі.

Негорючими вважаються речовини і матеріали, нездатні до горіння в повітрі (близько 21% кисню). До них відносяться сталь, цегла, граніт і т.д. Однак було б помилкою відносити негорючі матеріали до безпечних в пожежному відношенні. Чи не горючими, але пожежонебезпечними вважаються сильні окислювачі (азотна і сірчана кислоти, Бром, перекис водню, перманганат і ін.); речовини, що виділяють горючі гази при нагріванні, при реакції з водою, речовини, що реагують з водою з виділенням великої кількості тепла, наприклад, негашене вапно.

Важкогорючі - це речовини і матеріали, здатні горіти в повітрі від джерела запалювання, але не здатні самостійно горіти після його видалення.

Горючі - це речовини і матеріали, здатні самозайматися, займатися джерела запалювання і горіти після його видалення.

Зміст книги Наступна сторінка >>

§ 1. Загальні відомості про горіння

горіння- це складний фізико-хімічний процес взаємодії горючої речовини і окислювача, що супроводжується виділенням тепла і випромінюванням світла.

Звичайним окислювачем в процесах горіння є газоподібний кисень, що знаходиться в повітрі. Для виникнення і протікання горіння необхідна наявність горючої речовини, кисню (повітря) і джерела запалення. Горючою речовиною і кисень є реагують речовинами, вони складають горючу систему.

Джерело займання викликає в цій системі реакцію горіння.Однак горіння деяких речовин може відбуватися і без кисню. Окислювачами в процесі горіння можуть бути хлор, бром і деякі складні речовини: Азотна кислота, бертолетова сіль, перекис натрію.

Горючі системи можуть бути хімічно однорідними і неоднорідними.

До хімічно одноріднимвідносяться системи, в яких горюча речовина і повітря рівномірно перемішані один з одним; наприклад, суміші горючих газів, парів або пилу з повітрям.

Швидкість горіння однорідних горючих систем визначається швидкістю хімічної реакції. Вона може бути значною при високій температурі. У зв'язку з цим горіння таких однорідних горючих систем являє собою вибух або детонацію і носить назву кінетичного горіння.

До хімічно неодноріднимпальним систем відносяться такі, в яких горюча речовина і повітря не перемішані один з одним і мають поверхні розділу, наприклад, тверді горючі матеріали і рідини, що знаходяться на повітрі, струмені горючих газів і парів, що надходять в повітря і т. д.

При горінні хімічно неоднорідних горючих систем кисень повітря, безперервно диффундируя (проникаючи) крізь продукти згоряння до пального речовини, вступає з ним в реакцію. Таке горіння називають дифузійним.Його швидкість визначається головним чином дифузією окислювача до пального речовини.

Кількість повітря, необхідного для горіння, може бути визначено розрахунковим шляхом.

продуктами згорянняназивають газоподібні, рідкі та тверді речовини, що утворюються в результаті з'єднання горючої речовини з киснем. Склад їх залежить від складу горючої речовини і умов його горіння. На пожежах в машинобудівних підприємствах найчастіше горять органічні речовини: деревина, тканини, розчинники, лакофарбові матеріали, гума та ін. До їх складу входять головним чином вуглець, водень, кисень і азот. При горінні їх утворюються продукти горіння: СО2, СО, Н 2 O, N 2, які при високих температурах знаходяться в газоподібному стані.

При неповному згорянні органічних речовин в продуктах згоряння містяться тверді частинки сажі (вуглець).

Дисперсна система, що складається з дрібних твердих частинок, зважених в суміші продуктів згоряння з повітрям, носить назву диму.

Продукти повного і неповного згоряння в певних концентраціях становлять небезпеку для життя людини. Так, концентрація CO 2, що дорівнює 8-10%, викликає швидку втрату свідомості і смерть. Вдихання повітря, що містить 0,4% окису вуглецю, також може привести до смерті. Тим часом на пожежах в приміщеннях з низькою інтенсивністю газообміну (підвали, сушарки, склади) концентрація окису вуглецю в димі може набагато перевищувати зазначену.

Шкідливі для дихання речовини містяться в продуктах горіння пластмас. Так, при горінні лінолеуму може утворюватися сірководень і сірчистий газ, при горінні пінополіуретану - ціаністий водень і Толуїлендіізоцианат, при горінні вініпласту - хлористий водень і окис вуглецю, при горінні капрону - ціаністий водень.

Продукти неповного згоряння здатні горіти, коли їх концентрація в димі стає достатньою. Змішуючись з повітрям, вони утворюють вибухові суміші. Це слід враховувати при гасінні пожеж в закритих приміщеннях, де відбувалося тління. При відкриванні таких приміщень можливі вибухи.

У процесі горіння одночасно з утворенням продуктів згоряння відбувається виділення тепла. Кількість виділилися продуктів згоряння і тепла може бути розраховано.

продуктами згоряння називають газоподібні, рідкі та тверді речовини, що утворюються в результаті з'єднання горючої речовини з киснем в процесі горіння. Склад їх залежить від складу палаючого речовини і умов його горіння. В умовах пожежі найчастіше горять органічні речовини (деревина, тканини, бензин, гас, гума та ін.), До складу яких входять головним чином вуглець, водень, кисень і азот. При горінні їх в достатній кількості повітря і при високій температурі утворюються продукти повного згоряння: СО 2, Н 2 О, N 2. При горінні в недостатній кількості повітря або при низькій температурі крім продуктів повного згоряння утворюються продукти неповного згоряння: СО, С (сажа).

Відпрацьовані гази називають вологими , Якщо при розрахунку їх складу враховують вміст парів води, і сухими , Якщо вміст парів води не входить в розрахункові формули.

Рідше під час пожежі горять неорганічні речовини, такі як сірка, фосфор, натрій, калій, кальцій, алюміній, титан, магній і ін. Продуктами згоряння їх в більшості випадків є тверді речовини, наприклад Р 2 О 5, Na 2 O 2, CaO , MgO. Утворюються вони в дисперсному стані, тому піднімаються в повітря у вигляді щільного диму. Відпрацьовані гази алюмінію, титану та інших металів в процесі горіння знаходяться в розплавленому стані.

Дим являє собою дисперсну систему, що складається з дрібних твердих частинок, зважених в суміші продуктів згоряння з повітрям. Діаметр частинок диму коливається від 1 до 0,01 мкм. Обсяг диму, що утворюється при горінні одиниці маси (кг)

або обсягу (м 3) горючої речовини в теоретично необхідному об'ємі повітря (L = 1) наведено в табл. 1.2.

Таблиця 1.2

Обсяг диму при горінні горючих речовин

Найменування горючої речовини	Обсяг диму, м 3 / кг	Найменування горючого газу	Обсяг диму, м 3 / м 3
		ацетилен
Деревина (сосна) ( W = 20 %)
		Природний газ

У складі диму, що утворюється на пожежах при горінні органічних речовин, крім продуктів повного і неповного згоряння, містяться продукти термоокислительного розкладання горючих речовин. Утворюються вони при нагріванні ще не світяться горючих речовин, що знаходяться в середовищі повітря або диму, що містить кисень. Зазвичай це відбувається перед факелом полум'я або у верхніх частинах приміщень, де знаходяться нагріті продукти згоряння.

Склад продуктів термоокислительного розкладання залежить від природи горючих речовин, температури і умов контакту з окислювачем. Так, дослідження показують, що при термоокислювальну розкладанні горючих речовин, в молекулах яких містяться гідроксильні групи, завжди утворюється вода. Якщо в складі горючих речовин знаходяться вуглець, водень і кисень, продуктами термоокислительного розкладання найчастіше є вуглеводні, спирти, альдегіди, кетони і органічні кислоти. Якщо в складі горючих речовин, крім перерахованих елементів, є хлор або азот, то в димі знаходяться також хлористий і ціаністий водень, оксиди азоту та інші сполуки. Так, в димі при горінні капрону міститься ціаністий водень, при горінні лінолеуму «Релін» - сірководень, діоксид сірки, при горінні органічного скла - оксиди азоту. Продукти неповного згоряння і термоокислительного розкладання в більшості випадків є токсичними речовинами, тому гасіння пожеж в приміщеннях виробляють тільки в кисневих ізолюючих протигазах.

Вид формули для розрахунку обсягу продуктів повного згоряння при теоретично необхідній кількості повітря залежить від складу горючої речовини.

Горюча речовина - індивідуальна хімічна сполука.У цьому випадку розрахунок ведуть, виходячи з рівняння реакції горіння. Обсяг вологих продуктів згоряння одиниці маси (кг) горючої речовини при нормальних умовах розраховують за формулою

де - обсяг вологих продуктів згоряння, м 3 / кг; ,,, - число кіломолей діоксиду вуглецю, пари води, азоту і горючої речовини в рівнянням ванні реакції горіння; М- маса горючої речовини, чисельно рівна молекулярної масі, кг.

Приклад 1.2. Визначити обсяг сухих продуктів згоряння 1 кг ацетону при нормальних умовах. Складаємо рівняння реакції горіння ацетону в повітрі

Визначаємо обсяг сухих продуктів згоряння ацетону

Обсяг вологих продуктів згоряння 1 м 3 горючої речовини (газу) можна розрахувати за формулою

, (1.10)

де - обсяг вологих продуктів згоряння 1 м 3 горючого газу, м 3 / м 3; ,,, - число молей діоксиду вуглецю, пари води, азоту і горючої речовини (газу).

Горюча речовина - складна суміш хімічних сполук.Якщо відомий елементний склад складного горючої речовини, то склад і кількість продуктів згоряння 1 кг речовини можна визначити за рівнянням реакції горіння окремих елементів. Для цього складають рівняння реакції горіння вуглецю, водню, сірки і визначають обсяг продуктів згоряння, що припадає на 1 кг горючої речовини. Рівняння реакції горіння має вигляд

З + О2 + 3,76N 2 = СО 2 + 3,76N 2.

При згорянні 1 кг вуглецю виходить 22,4 / 12 = 1,86 м 3 СО 2 і 22,4 × 3,76 / 12 = 7,0 м 3 N 2.

Аналогічно визначають обсяг (в м 3) продуктів згоряння 1 кг сірки і водню. Отримані дані наведені нижче:

Вуглець ......... ..
Водень ......... ..
Сірка ...............

При горінні вуглецю, водню і сірки кисень надходить з повітря. Однак до складу горючої речовини може входити кисень, який також бере участь в горінні. У цьому випадку повітря на горіння речовини витрачається відповідно менше.

У складі горючої речовини можуть перебувати азот і волога, які в процесі горіння переходять в продукти згоряння. Для їх обліку необхідно знати обсяг 1 кг азоту і водяної пари при нормальних умовах.

Обсяг 1 кг азоту дорівнює 0,8 м 3, а парів води 1,24 м 3. В повітрі при 0 0 С і тиску 101 325 Па на 1 кг кисню доводиться 3,76 × 22,4 / 32 = 2,63 м 3 азоту.

На підставі наведених даних визначають склад і обсяг продуктів згоряння 1 кг горючої речовини.

Приклад 1.3. Визначити обсяг і склад вологих продуктів згоряння 1 кг кам'яного вугілля, що складається з 75,8% С, 3,8% Н, 2,8% О, 1,1%N, 2,5 % S, W = 3,8 %, A=11,0 %.

Обсяг продуктів згоряння буде наступний, м 3 (табл. 1.3).

Обсяг продуктів згоряння кам'яного вугілля

Склад продуктів згоряння
вуглець	1,86 × 0,758 = 1,4

водень		11,2 × 0,038 = 0,425
сірка
Азот в пальному речовині
Волога в пальному речовині		1,24 × 0,03 = 0,037
сума

Продовження табл. 1.3

Склад продуктів згоряння	N 2
вуглець	7 × 0,758 = 5,306
водень	21 × 0,038 = 0,798
сірка	2,63 × 0,025 = 0,658	0,7 × 0,025 = 0,017
Азот в пальному речовині	0,8 × 0,011 = 0,0088
Волога в пальному речовині
сума	6,7708 - 0,0736 = 6,6972

Із загального обсягу азоту віднімають обсяг азоту, який припадає на кисень у складі кам'яного вугілля 0,028× 2,63 = 0,0736 м 3. Підсумок табл. 1.3 вказує склад продуктів згоряння кам'яного вугілля. Обсяг вологих продуктів згоряння 1 кг кам'яного вугілля дорівнює

= 1,4 + 0,462 + 6,6972 + 0,017 = 8,576 м 3 / кг.

Горюча речовина - суміш газів.Кількість і склад продуктів згоряння для суміші газів визначають за рівнянням реакції горіння компонентів, складових суміш. Наприклад, горіння метану протікає по наступному рівнянню:

СН 4 + 2О 2 + 2 × 3,76N 2 = СО 2 + 2Н 2 О + 7,52N 2.

Відповідно до цього рівняння, при згорянні 1 м 3 метану виходить 1 м 3 діоксиду вуглецю, 2 м 3 пари води і 7,52 м 3 азоту. Аналогічно визначають обсяг (в м 3) відпрацьованих газів 1 м 3 різних газів:

Водень ...................
Окис вуглецю ……….
Сірководень .............
Метан .....................
Ацетилен ..................
Етилен .....................

На підставі наведених цифр визначають склад і кількість продуктів згоряння суміші газів.

Аналіз відпрацьованих газів, взятих на пожежах в різних приміщеннях, показує, що в них завжди міститься значна кількість кисню. Якщо пожежа виникає в приміщенні із закритими віконними і дверними отворами, то пожежа при наявності пального може тривати до тих пір, поки вміст кисню в суміші повітря з продуктами згоряння в приміщенні не знизиться до 14 - 16% (об.). Отже, на пожежах в закритих приміщеннях вміст кисню в продуктах згорання може бути в межах від 21 до 14% (об.). Склад продуктів згоряння під час пожеж в приміщеннях з відкритими прорізами (підвал, горище) показує, що зміст в них кисню може бути нижче 14% (об.):

У підвалах .........
На горищах .......

Приклад 1.4. Визначити коефіцієнт надлишку повітря при пожежі в приміщенні, якщо у взятому на аналізі димі містилося 19% (об.) О2. Коефіцієнт надлишку повітря знаходимо, користуючись формулою (1.8).

.

Після вивчення питання про продуктах згоряння вирішите самостійну задачу.

Завдання 1.3.Визначити обсяг вологих продуктів згоряння 1 м 3 доменного газу, що складається з 10,5% СО 2, 28% СО, 0,3% СН 4, 2,7% Н 2 і 58,5% N 2.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

відповідь: V n.c= 1,604 м 3 / м 3.

Горіння деревини являє собою окислення складових частин її до вуглекислого газу CO 2 і води Н2О

Для здійснення цього процесу необхідна достатня кількість окислювача (кисню) і нагрівання деревини до певної температури.

При нагріванні без доступу кисню відбувається термічний розклад деревини (піроліз), в результаті чого утворюються вугілля, гази, вода і летючі органічні речовини.

Відповідно до теорії, розвинутої Г. Ф. Кнорре і іншими вченими, горіння деревини можна представити таким чином.

На початку нагрівання з деревини випаровується волога. Надалі відбувається термічний розклад складових частин її. Складові частини деревини в значній мірі окислені, тому вони розпадаються при невисокій температурі. Освіта летючих речовин, досягає максимуму (до 85% до ваги починається близько 160 ° і сухої деревини) при 300 °.

Продукти первинного розпаду деревини в результаті складних окислювальних і відновних процесів переходять, в газоподібний стан, в якому вони можуть легко перемішуватися з молекулами кисню, утворюючи горючу суміш, займисту при певних умовах (надлишок кисню, досить висока температура). Залежно від якісного стану деревина запалюється при 250-350 °.

Газифіковані продукти горять у зовнішній кромці полум'я, всередині ж полум'я летючі продукти піролізу деревини перетворюються в газоподібний стан.

Світіння полум'я викликається розпеченими частками вуглецю, згорають в СО 2 в зовнішньому його кромці при надлишку кисню. Навпаки, при нестачі кисню, коли температура порівняно невелика, полум'я має червонуватий колір, при цьому за рахунок незгорілих частинок вуглецю виділяється значна кількість кіптяви.

Чим більше подача кисню, тим вище температура, більше і яскравіше полум'я.

Зовнішній вигляд полум'я також залежить від складу деревини і в першу чергу від змісту вуглеводнів і смол. Найбільше смол в соснових деревах, і березі, при горінні яких утворюється густе, яскраве полум'я. Полум'я осики, летючі речовини якої містять більше окису вуглецю і менше вуглеводнів, невелика, прозоро, має синюватий відтінок. При горінні вільхи, що містить мало смол, також утворюється більш короткий і прозоре полум'я.

Послідовність термічного розкладання тирси при утворенні коптильного диму можна умовно представити наступними етапами.

На першому етапі чергова «свіжа» частка деревної тирси під впливом гарячої суміші парів і газів і теплового випромінюваннясусідніх палаючих частинок прогрівається до 150-160 °. У цей період в основному випаровується волога, помітного зменшення обсягу частки не спостерігається.

У наступні етапи температура частинки також підвищується, внаслідок чого відбувається термічний розклад органічної маси деревної частки і займання частини газифікованих продуктів піролізу з виділенням тепла; частина ж летючих речовин разом з деякою кількістю незгорілого вуглецю (сажі) захоплюється конвекційними струмами вгору, утворюючи дим. В кінці процесу розкладання деревини і виділення летких з'єднань помітно зменшуються розміри частки.

Вугілля (твердий вуглець), що утворився в процесі термічного розкладання деревної тирси, нагрівається теплом, виділеним при окисленні частини летючих з'єднань і починає реагувати з вуглекислотою і киснем:

C + CO 2 → 2CO

2CO + O 2 → 2CO 2

При цьому утворюється невелика, напівпрозоре синювате полум'я горіння окису вуглецю.

Обсяг частки продовжує скорочуватися; на заключному етапіутворюється зола. Під дією тепла, що виділяється починає прогріватися наступна «свіжа» частка деревної тирси.

Механізм і хімізм згоряння деревини у вигляді полін дров, трісок або купи тирси однаковий. Є відмінності в кількісної та якісної сторони процесу власне горіння, т. Е. Окислення органічних сполук киснем при використанні дров або тирси.

Тут ми стикаємося з поняттями так званого повного і неповного горіння. При повному горінні летючі, паро- і газоподібні речовини повністю окислюються (або згорають) до вуглекислого газу і водяної пари.

Прикладом повного горіння може служити реакція окислення одного з компонентів коптильного диму - метилового спирту СН 3 ОН:

СН 3 ОН + O 2 → CO 2 + 2H 2 O

Аналогічно можуть протікати реакції, окислення і інших органічних сполук, що виникають при термічному розкладанні деревини.

В результаті повного горіння утворюється парогазова суміш, яка складається з вуглекислого газу і водяної пари, не містить коптильних компонентів і не представляє цінності для копчення.

Щоб отримати дим, придатний для коптильного виробництва, необхідно створити умови неповного горіння деревини. Для цього, наприклад, зверху на дрова поміщають шар зволожених тирси, в результаті чого зона і інтенсивність горіння значно зменшуються. При неповному горінні летючі органічні речовини окислюються лише частково, а дим насичується коптильними компонентами.

Глибина окислення продуктів піролізу деревини залежить від кількості кисню, а також від температури горіння і швидкості відводу летючих речовин із зони горіння.

При нестачі кисню окислювання летючих речовин, на приклад метилового спирту, протікає за наступною реакції:

2СН 3 ОН + O 2 → 2C + 4H 2 O

Незгорілі частинки вуглецю, вийшовши із зони полум'я, швидко охолоджуються і утворюють разом з іншими, не окисленими до кінця продуктами розкладання деревини дим. Частина їх осідає на стінках коптильних камер у вигляді кіптяви (сажі). При недостатньо хорошою ізоляції коптильних камер на стінках їх осідають також сконденсовані пароподібні летючі речовини диму (смола, дьоготь).

При більш глибокому, але також неповному окисленні горючих речовин утворюється окис вуглецю:

СН 3 ОН + O 2 → CO + 2H 2 O

Таким чином, кількість кисню - один з найбільш істотних факторів, що впливають на хімічний складдиму, зокрема на зміну змісту в ньому метилового спирту, формальдегіду і мурашиної кислоти. Так, при обмеженому доступі повітря в зону горіння з метилового спирту утворюється мурашиний альдегід:

СН 3 ОН + O 2 → CH 2 O + 4H 2 O

При надходженні більшої кількості повітря, а, отже, і кисню утворився формальдегід окислюється до мурашиної кислоти:

2СН 2 О + O 2 → 2CHOOH

При надлишку повітря мурашина кислота повністю окислюється до вуглекислого газу і води:

2СНOOH + O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

При горінні інших продуктів піролізу в залежності від ступеня окислення аналогічно утворюються органічні речовини, що впливають на склад диму.

Від кількості кисню, що надходить в згоряє шар, залежить також температура горіння. У звичайних умовах деревина у вигляді полін не може згоряти без полум'я, а, отже, без виділення тепла. В цьому випадку окислюється значно більшу кількість речовин, що утворюються з органічної маси деревини, ніж при згорянні (тлінні) тирси. Тому значна частина летючих речовин при спалюванні дров не використовується для копчення, а коптильний дим за складом поступається диму, отриманого при повільному згорянні тирси. При засипці палаючих дров вологою тирсою збільшується кількість диму, але і в цьому випадку дрова витрачаються неекономічно.

Температурний режим природного згоряння (тління) тирси значно м'якше порівняно з згорянням дров. При горінні вугілля, що залишився після виділення летючих речовин, утворюється невелика полум'я. Отримане тепло витрачається головним чином на нагрівання сусідніх шарів тирси, які піддаються термічному розкладанню без доступу кисню, так як повітря відтісняється парами і газами палаючого шару.

Від згоряння протікає повільно. Значна частина продуктів термічного розкладання, що не окислюється в полум'я, тому конвекційними потоками відводиться порівняно багато летючих речовин.

Прикладом неповного згоряння тирси може служити спалювання їх при нефорсірованних нижньої подачі повітря. В цьому випадку згоряє повністю тільки нижній шартирси. Гарячі гази і пари витісняють повітря і нагрівають верхні шари тирси, що призводить до сухій перегонці деревини, в результаті якої утворюються вугілля, гази, вода і органічні сполуки. При рівномірному надходженні свіжих тирси зверху горить тільки нижній шар вугілля, що утворюється в результаті сухої перегонки вишележащего шару. При цьому виходить дим більш насичений летючими органічними сполуками.

Кращим способом отримання диму, багатого коптильними компонентами, є утворення його в димогенераторах, що працюють на тирсі з підігрівом коптильної середовища газом, глухим паром або електрикою, і у фрикційних димогенераторах. В цьому випадку виходить дим з підвищеним вмістом летких органічних сполук, що обумовлено низькими температурами освіти диму і незначним окисленням первинних продуктів розпаду деревини.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту і натисніть Ctrl + Enter.