Полум’я: будова, опис, схема, температура

Навчання 02 липня 2022 Перегляди: 66

У процесі горіння утворюється полум’я, будова якого обумовлена реагуючими речовинами. Його структура поділена на області залежно від температурних показників.

Визначення

Полум’ям називають гази в розпеченому вигляді, в яких присутні складові плазми або речовини в твердій дисперсній формі. У них здійснюються перетворення фізичного та хімічного типу, що супроводжуються світінням, виділенням теплової енергії та розігрівом.

Наявність же в газоподібному середовищі іонних і радикальних часточок характеризує його електричну провідність і особливу поведінку в електромагнітному полі.

Що таке язики полум «я

Зазвичай так називають процеси, пов’язані з горінням. Порівняно з повітрям, газова щільність менша, але високі температурні показники обумовлюють підняття газу. Так і утворюються язики полум’я, які бувають довгими і короткими. Часто відбувається і плавний перехід одних форм в інші.

Полум’я: будова і структура

Для визначення зовнішнього вигляду описуваного явища достатньо запалити газову пальник. Несвітне полум «я не можна назвати однорідним. Візуально можна виділити три його основні області. До речі, вивчення будови полум’я показує, що різні речовини горять з утворенням різного типу факела.

При горінні суміші з газу і повітря спочатку відбувається формування короткого факела, колір якого має блакитні і фіолетові відтінки. У ньому проглядається ядро — зелено-блакитне, що нагадує конус. Розгляньмо це полум’я. Будова його розділяється на три зони:

1. Виділяють підготовчу область, в якій відбувається нагрівання суміші з газу і повітря при виході з отвору пальника.
2. За нею йде зона, в якій відбувається горіння. Вона займає верхівку конуса.
3. Коли є нестача повітряного потоку, газ згорає не повністю. Виділяється вуглецю двовалентний оксид і водневі залишки. Їх догорання протікає в третій області, де є кисневий доступ.

Тепер окремо розглянемо різні процеси горіння.

Горіння свічки

Горіння свічки подібне до горіння сірника або запальнички. А будова полум’я свічки нагадує розпечений газовий потік, який витягується вгору за рахунок виштовхуючих сил. Процес починається з нагрівання фітіля, за яким слідує випаровування парафіна.

Найнижчу зону, що знаходиться всередині і прилеглу до нитки, називають першою областю. Вона володіє невеликим світінням синього кольору через велику кількість палива, але малого обсягу кисневої суміші. Тут здійснюється процес неповного згоряння речовин з виділенням чадного газу, який надалі окисляється.

Першу зону оточує світиться друга оболонка, що характеризує будову полум’я свічки. У неї надходить більший кисневий об’єм, що обумовлює продовження окислювальної реакції за участю паливних молекул. Температурні показники тут будуть вищими, ніж у темній зоні, але недостатні для кінцевого розкладання. Саме в перших двох областях при сильному нагріванні крапель несгорілого палива та вугільних частинок з’являється ефект, що світиться.

Друга зона оточена слабопомітною оболонкою з високими температурними значеннями. У неї заходить багато кисневих молекул, що сприяє повному догоранню паливних часточок. Після окислення речовин, у третій зоні ефект, що світиться, не спостерігається.

Схематичне зображення

Для наочності представляємо вашій увазі зображення горіння свічки. Схема полум’я включає:

1. Перша або темна область.
2. Другу світну зону.
3. Третю прозору оболонку.

Нитка свічки не піддається горінню, а тільки відбувається обвуглювання загнутого кінця.

Горіння спиртівки

Для хімічних експериментів часто використовують невеликі резервуари зі спиртом. Їх називають спиртівками. Фітіль пальника просочується залитим через отвір рідким паливом. Цьому сприяє тиск капілярний. При досягненні вільної верхівки фітіля, спирт починає випаровуватися. У пароподібному стані він підпалюється і горить при температурі не більше 900 ° C.

Полум’я спиртівки має звичайну форму, воно практично безбарвне, з невеликим відтінком блакитного. Його зони не так чітко видно, як у свічки.

Біля спиртової пальника, названої на честь вченого Бартеля, початок вогню розташовується над калильною сіткою пальника. Таке заглиблення полум’я призводить до зменшення внутрішнього темного конуса, а з отвору виходить середня ділянка, яка вважається найгарячішою.

Характеристика кольорів

Випромінювання різних кольорів полум’я, викликається електронними переходами. Їх ще називають тепловими. Так, в результаті горіння вуглеводневого компонента в повітряному середовищі, синє полум’я обумовлено виділенням з’єднання H-C. А при випромінюванні частинок C-C факел пофарбовується в оранжево-червоний колір.

Важко розглянути будову полум’я, хімія якого включає сполуки води, вуглекислого і чадного газу, зв’язок OH. Його мови практично безбарвні, оскільки вищевказані часточки при горінні виділяють випромінювання ультрафіолетового та інфрачервоного спектру.

Забарвлення полум’я взаємопов’язане з температурними показниками, з наявністю в ньому іонних частинок, які відносяться до певного емісійного або оптичного спектру. Так, горіння деяких елементів призводить до зміни кольору вогню в пальнику. Відмінності в фарбуванні факела пов’язані з розташуванням елементів у різних групах системи періодичної.

Вогонь на наявність випромінювань, що відносяться до видимого спектру, вивчають спектроскопом. При цьому було встановлено, що прості речовини із загальної підгрупи надають і подібне фарбування полум’я. Для наочності використовують горіння натрію в якості тесту на даний метал. При внесенні його в полум’я, язики стають яскраво-жовтими. На основі характеристик кольорів виділяють натрієву лінію в емісійному спектрі.

Для лужних металів характерна властивість швидкого збудження світлового випромінювання атомарних частинок. При внесенні важколетючих сполук таких елементів у вогонь пальника Бунзена відбувається його фарбування.

Спектроскопічне дослідження показує характерні лінії в області, видимій для ока людини. Швидкість збудження світлового випромінювання і проста спектральна будова тісно взаємопов’язані з високою електроположною характеристикою даних металів.

Характеристика

В основі класифікації полум’я лежать такі характеристики:

• стан агрегатний згораючих з’єднань. Вони бувають газоподібної, аеродисперсної, твердої та рідкої форми;
• тип випромінювання, яке може бути безбарвним, світиться і пофарбованим;
• розподільча швидкість. Існує швидке і повільне поширення;
• висота полум’я. Будова може бути короткою і довгою;
• характер пересування реагуючих сумішей. Виділяють пульсуюче, ламінарне, турбулентне переміщення;
• візуальне сприйняття. Речовини горять з виділенням коптячого, кольорового або прозорого полум’я;
• температурний показник. Полум’я може бути низькотемпеолог ним, холодним і високотемпВС.
• стан фази паливо — окисляючий реагент.

Займання відбувається в результаті дифузії або при попередньому перемішуванні активних компонентів.

Окислювальна і відновлювальна область

Процес окислення протікає в слабопомітній зоні. Вона найгарячіша і розташовується вгорі. У ній паливні частинки піддаються повному згорянню. А наявність у кисневого надлишку та пального нестачі призводить до інтенсивного процесу окислення. Цією особливістю слід користуватися при нагріванні предметів над пальником. Саме тому речовину занурюють у верхню частину полум’я. Таке горіння протікає набагато швидше.

Відновлювальні реакції проходять у центральній і нижній частині полум’я. Тут міститься великий запас горючих речовин і мала кількість O₂ молекул, що здійснюють горіння. При внесенні в ці області кисневмісних сполук здійснюється відщеплення O елемента.

Як приклад відновного полум’я використовують процес розщеплення заліза двовалентного сульфату. При потраплянні FeSO₄ в центральну частину факела пальника, відбувається спочатку його нагрівання, а потім розкладання на оксид тривалентного заліза, ангідрид і двоокис сірки. У даній реакції спостерігається відновлення S з зарядом від + 6 до + 4.

Зварювальне полум’я

Цей вид вогню утворюється в результаті згоряння суміші з газу або пари рідини з киснем чистого повітря.

Прикладом служить формування полум’я киснево-ацетиленового. У ньому виділяють:

• зону ядра;
• середню область відновлення;
• смолоскипну крайню зону.

Так горять багато газокислородних сумішей. Відмінності у співвідношенні ацетилену і окислювача призводять до різного типу полум’я. Воно може бути нормальної, навуглероживающей (ацетиленістої) і окислювальної будови.

Теоретично процес неповного згоряння ацетилену в чистому кисні можна охарактеризувати наступним рівнянням: HCCH + O₂ ^ H₂ + CO + CO (для реакції необхідна одна моль O₂₎.

Отриманий молекулярний водень і чадний газ реагують з повітряним киснем. Кінцевими продуктами є вода і оксид чотирьохвалентного вуглецю. Рівняння виглядає так: CO + CO + H₂ + 1½O₂ → CO₂ + CO₂ +H₂O. Для цієї реакції необхідно 1,5 моля кисню. При підсумовуванні O₂ виходить, що 2,5 моль витрачається на 1 моль HCCH. А оскільки на практиці важко знайти ідеально чистий кисень (часто він має невелике забруднення домішками), то співвідношення O₂ до HCCH буде 1,10 до 1,20.

Коли значення пропорції кисню до ацетилену менше 1,10, виникає навуглероживающее полум’я. Будова має збільшене ядро, обриси його стають розпливчастими. З такого вогню виділяється кіптява, внаслідок нестачі кисневих молекул.

Якщо ж співвідношення газів більше 1,20, то виходить окислювальне полум’я з кисневим надлишком. Зайві його молекули руйнують атоми заліза та інші компоненти сталевої пальника. У такому полум’ї ядерна частина стає короткою і має загострення.

Температурні показники

Кожна зона вогню свічки або пальники має свої значення, обумовлені надходженням кисневим молекул. Температура відкритого полум’я в різних його частинах коливається від 300 ° C до 1600 ° C.

Прикладом є полум’я дифузійне і ламінарне, утворене трьома оболонками. Конус його складається з темної ділянки з температурою до 360 ° C і недоліком окисливої речовини. Над ним розташовується зона світіння. Її температурний показник коливається від 550 до 850 ° C, що сприяє розкладанню термічного горючої суміші та її горінню.

Зовнішня область ледь помітна. У ній температура полум’я доходить до 1560 ° C, що обумовлено природними характеристиками паливних молекул і швидкістю надходження окисливої речовини. Тут горіння найбільш енергійне.

Речовини займаються за різних температурних умов. Так, металевий магній горить тільки при 2210 ° С. Для багатьох твердих речовин температура полум’я близько 350 ° С. Займання сірників і гасу можливе при 800 ° С, тоді як деревини — від 850 ° С до 950 ° С.

Сигарета горить полум’ям, температура якого варіюється від 690 до 790 ° С, а в пропан-бутановій суміші — від 790 ° С до 1960 ° С. Бензин займається при 1350 ° С. Полум’я горіння спирту має температуру не більше 900 ° С.