Kemikal na komposisyon ng apoy. Magsimula sa agham. Saan nanggagaling ang lahat?

– isang sustained chain reaction na kinasasangkutan ng combustion, na isang exothermic reaction kung saan ang isang oxidizer, kadalasang oxygen, ay nag-oxidize ng gasolina, kadalasang carbon, na gumagawa ng mga produkto ng combustion tulad ng carbon dioxide, tubig, init at liwanag. Ang isang karaniwang halimbawa ay ang methane combustion:

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O

Ang init na nabuo sa pamamagitan ng pagkasunog ay maaaring gamitin upang paganahin ang mismong pagkasunog, at kapag ito ay sapat na at walang karagdagang enerhiya ang kinakailangan upang mapanatili ang pagkasunog, ang sunog ay magaganap. Upang matigil ang apoy, maaari mong alisin ang gasolina (patayin ang burner sa kalan), ang oxidizer (takpan ang apoy ng isang espesyal na materyal), ang init (wisik ang tubig sa apoy), o ang reaksyon mismo.

Ang pagkasunog ay, sa ilang mga paraan, ang kabaligtaran ng photosynthesis, isang endothermic na reaksyon kung saan pumapasok ang liwanag, tubig, at carbon dioxide upang makagawa ng carbon.

Nakatutukso na ipagpalagay na ang nasusunog na kahoy ay gumagamit ng carbon na matatagpuan sa selulusa. Gayunpaman, mukhang may mas kumplikadong nangyayari. Kung ang kahoy ay nalantad sa init, ito ay sumasailalim sa pyrolysis (kabaligtaran sa pagkasunog, na hindi nangangailangan ng oxygen), na ginagawa itong mas nasusunog na mga sangkap, tulad ng mga gas, at ang mga sangkap na ito ang nag-aapoy sa apoy.

Kung ang kahoy ay nasusunog nang matagal, ang apoy ay mawawala, ngunit ang nagbabaga ay magpapatuloy, at ang kahoy sa partikular ay patuloy na magliliwanag. Ang umuusok ay hindi kumpletong pagkasunog, na, sa kaibahan sa kumpletong pagkasunog, ay nagreresulta sa pagbuo ng carbon monoxide.

Ang mga pang-araw-araw na bagay ay patuloy na naglalabas ng init, karamihan sa mga ito ay nasa infrared range. Ang wavelength nito ay mas mahaba kaysa sa nakikitang liwanag, kaya hindi ito makikita nang walang mga espesyal na camera. Ang apoy ay sapat na maliwanag upang makagawa ng nakikitang liwanag, bagaman ito ay gumagawa din ng infrared radiation.

Ang isa pang mekanismo para sa paglitaw ng kulay sa apoy ay ang emission spectrum ng bagay na sinusunog. Hindi tulad ng blackbody radiation, ang radiation spectrum ay may mga discrete frequency. Nangyayari ito dahil sa ang katunayan na ang mga electron ay bumubuo ng mga photon sa ilang mga frequency, na lumilipat mula sa isang mataas na enerhiya na estado patungo sa isang mababang-enerhiya na estado. Maaaring gamitin ang mga frequency na ito upang matukoy ang mga elementong naroroon sa isang sample. Ang isang katulad na ideya (gamit ang spectrum ng pagsipsip) ay ginagamit upang matukoy ang komposisyon ng mga bituin. Ang emission spectrum ay responsable din para sa kulay ng mga paputok at may kulay na mga ilaw.

Ang hugis ng apoy sa Earth ay nakasalalay sa gravity. Kapag pinainit ng apoy ang nakapaligid na hangin, nangyayari ang convection: mainit na hangin, na naglalaman, bukod sa iba pang mga bagay, mainit na abo, tumataas, at lumulubog ang malamig na hangin (na naglalaman ng oxygen), na sumusuporta sa apoy at nagbibigay ng hugis sa apoy. Sa mababang gravity, tulad ng sa isang space station, hindi ito nangyayari. Ang apoy ay pinagagana ng diffusion ng oxygen, kaya ito ay nasusunog nang mas mabagal at sa anyo ng isang sphere (dahil ang pagkasunog ay nangyayari lamang kung saan ang apoy ay napupunta sa contact na may oxygen na naglalaman ng hangin. Walang oxygen na natitira sa loob ng globo).

Radiation ng itim na katawan

Ang radiation ng blackbody ay inilalarawan ng formula ni Planck, na nauugnay sa quantum mechanics. Sa kasaysayan, isa ito sa mga unang aplikasyon ng quantum mechanics. Ito ay maaaring hango sa quantum statistical mechanics gaya ng mga sumusunod.

Kinakalkula namin ang frequency distribution sa isang photon gas sa temperaturang T. Ang katotohanan na ito ay kasabay ng frequency distribution ng mga photon na ibinubuga ng isang ganap na itim na katawan ng parehong temperatura ay sumusunod sa batas ng radiation ng Kirchhoff. Ang ideya ay ang itim na katawan ay maaaring dalhin sa temperatura equilibrium kasama ang photon gas (dahil mayroon silang parehong temperatura). Ang photonic gas ay hinihigop ng itim na katawan, na naglalabas din ng mga photon, kaya para sa ekwilibriyo kinakailangan na para sa bawat dalas kung saan ang itim na katawan ay naglalabas ng radiation, dapat itong sumipsip nito sa parehong rate, na tinutukoy ng frequency distribution sa ang gas.

Sa statistical mechanics, ang posibilidad ng isang system ay nasa microstate s, kung ito ay nasa thermal equilibrium sa temperatura T, ay proporsyonal.

Kung saan ang E s ay ang enerhiya ng state s, at β = 1 / k B T, o thermodynamic beta (T ay temperatura, k B ay pare-pareho ng Boltzmann). Ito ang pamamahagi ng Boltzmann. Ang isang paliwanag para dito ay ibinigay sa post sa blog ni Terence Tao. Nangangahulugan ito na ang posibilidad ay pantay

P s = (1/Z(β)) * e - β E s

Kung saan ang Z(β) ay ang normalizing constant

Z(β) = ∑ s e - β E s

Upang ilarawan ang estado ng isang photon gas, kailangan mong malaman ang tungkol sa quantum behavior ng mga photon. Sa karaniwang electromagnetic field quantization, ang field ay maaaring tingnan bilang isang set ng quantum harmonic oscillations, bawat isa ay nag-o-oscillating sa iba't ibang angular na frequency ω. Ang mga energies ng eigenstates ng isang harmonic oscillator ay tinutukoy ng isang hindi negatibong integer n ∈ ℤ ≥ 0, na maaaring bigyang-kahulugan bilang ang bilang ng mga photon ng frequency ω. Eigenstate energies (hanggang sa isang pare-pareho):

Sa turn, hinuhulaan ng quantum normalizing constant na sa mga mababang frequency (na may kaugnayan sa temperatura) ang klasikal na sagot ay tinatayang tama, ngunit sa mataas na frequency ang average na enerhiya ay bumagsak nang exponentially, na ang pagbaba ay mas malaki sa mas mababang temperatura. Nangyayari ito dahil sa matataas na frequency at mababang temperatura, ang isang quantum harmonic oscillator ay gumugugol ng halos lahat ng oras nito sa ground state, at hindi madaling lumipat sa susunod na antas, na mas malamang na hindi mangyari. Sinasabi ng mga physicist na ang karamihan sa antas ng kalayaang ito (ang kalayaan ng isang oscillator na mag-oscillate sa isang tiyak na dalas) ay "nagyelo."

Densidad ng mga estado at formula ni Planck

Ngayon, alam kung ano ang mangyayari sa isang tiyak na dalas ω, ito ay kinakailangan upang sum sa lahat ng posibleng mga frequency. Ang bahaging ito ng mga kalkulasyon ay klasikal at walang quantum corrections ang kailangang gawin.

Ginagamit namin ang karaniwang pagpapasimple na ang photon gas ay nakapaloob sa isang volume na may isang gilid ng haba L na may pana-panahong mga kondisyon ng hangganan (iyon ay, sa katotohanan ito ay magiging isang flat torus T = ℝ 3 / L ℤ 3). Ang mga posibleng frequency ay inuri ayon sa mga solusyon sa electromagnetic wave equation para sa mga standing wave sa isang volume na may tinukoy na mga kondisyon ng hangganan, na, sa turn, ay tumutugma, hanggang sa isang kadahilanan, sa mga eigenvalues ​​ng Laplacian Δ. Mas tiyak, kung ang Δ υ = λ υ, kung saan ang υ(x) ay isang maayos na function T → ℝ, kung gayon ang katumbas na solusyon sa electromagnetic wave equation para sa isang standing wave ay magiging

υ(t, x) = e c √λ t υ(x)

At samakatuwid, dahil ang λ ay karaniwang negatibo, at samakatuwid ang √λ ay karaniwang haka-haka, ang katumbas na dalas ay magiging katumbas ng

ω = c √(-λ)

Ang dalas na ito ay nangyayari sa dim V λ beses, kung saan ang V λ ay ang λ eigenvalue ng Laplacian.

Pinasimple namin ang mga kundisyon gamit ang volume na may periodic boundary conditions dahil sa kasong ito napakadaling isulat ang lahat ng eigenfunctions ng Laplacian. Kung gumagamit tayo ng mga kumplikadong numero para sa pagiging simple, ang mga ito ay tinukoy bilang

υ k (x) = e i k x

Kung saan ang k = (k 1, k 2, k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3, wave vector. Ang katumbas na eigenvalue ng Laplacian ay magiging

λ k = - | k | 2 = - k 2 1 - k 2 2 - k 2 3

Ang kaukulang dalas ay magiging

At ang kaukulang enerhiya (isang photon ng dalas na ito)

E k = ℏ ω k = ℏ c |k|

Dito ay tinatantya namin ang pamamahagi ng probabilidad sa mga posibleng frequency ω k , na, sa mahigpit na pagsasalita, ay discrete, sa pamamagitan ng tuluy-tuloy na pamamahagi ng probabilidad, at kinakalkula ang kaukulang density ng mga estado g(ω). Ang ideya ay ang g(ω) dω ay dapat tumugma sa bilang ng mga available na estado na may mga frequency mula ω hanggang ω + dω. Pagkatapos ay isasama namin ang density ng mga estado upang makuha ang panghuling normalizing constant.

Bakit makatwiran ang pagtatantya na ito? Ang kumpletong normalizing constant ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod. Para sa bawat wave number k ∈ 2 π / L * ℤ 3 mayroong isang numero n k ∈ ℤ ≥0 na naglalarawan sa bilang ng mga photon na may wave number na iyon. Ang kabuuang bilang ng mga photon n = ∑ n k ay may hangganan. Ang bawat photon ay nagdaragdag ng ℏ ω k = ℏ c |k| sa enerhiya, na nangangahulugang

Z(β) = ∏ k Z ω k (β) = ∏ k 1 / (1 - e -βℏc|k|)

Para sa lahat ng mga wave number k, samakatuwid, ang logarithm nito ay isinulat bilang kabuuan

Log Z(β) = ∑ k log 1 / (1 - e -βℏc|k|)

At gusto naming tantiyahin ang kabuuan na ito sa pamamagitan ng isang integral. Lumalabas na para sa mga makatwirang temperatura at malalaking volume ang integrand ay nagbabago nang napakabagal sa k, kaya ang pagtatantya na ito ay magiging napakalapit. Ito ay tumitigil sa pagtatrabaho lamang sa napakababang temperatura, kung saan nangyayari ang Bose-Einstein condensate.

Ang density ng mga estado ay kinakalkula bilang mga sumusunod. Ang mga wave vector ay maaaring katawanin bilang magkatulad na mga punto ng sala-sala na naninirahan sa "phase space", iyon ay, ang bilang ng mga wave vector sa isang tiyak na rehiyon ng phase space ay proporsyonal sa dami nito, hindi bababa sa para sa mga rehiyon na malaki kumpara sa lattice pitch 2π/L . Sa esensya, ang bilang ng mga wave vector sa rehiyon ng phase space ay katumbas ng V/8π 3, kung saan ang V = L 3, ang aming limitadong volume.

Ito ay nananatiling kalkulahin ang volume ng rehiyon ng phase space para sa lahat ng wave vectors k na may mga frequency ω k = c |k| sa hanay mula ω hanggang ω + dω. Ito ay isang spherical shell na may kapal dω/c at radius ω/c, kaya ang volume nito

2πω 2 /c 3 dω

Samakatuwid, ang density ng mga estado para sa isang photon

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 c 3 dω

Sa katunayan, ang formula na ito ay dalawang beses na mas mababa: nakalimutan naming isaalang-alang ang polariseysyon ng mga photon (o, katumbas din, ang pag-ikot ng photon), na nagdodoble sa bilang ng mga estado para sa isang naibigay na wavenumber. Tamang Densidad:

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 c 3 dω

Ang katotohanan na ang density ng mga estado ay linear sa dami ng V ay gumagana hindi lamang sa isang flat torus. Ito ay pag-aari ng eigenvalues ​​ng Laplacian ayon sa batas ni Weyl. Nangangahulugan ito na ang logarithm ng normalizing constant

Log Z = V / π 2 c 3 ∫ ω 2 log 1 / (1 - e - βℏω) dω

Ang derivative na may paggalang sa β ay nagbibigay ng average na enerhiya ng photon gas

< E >= - ∂/∂β log Z = V / π 2 c 3 ∫ ℏω 3 / (e βℏω - 1) dω

Ngunit ang mahalaga para sa amin ay ang integrand, na nagbibigay ng "densidad ng enerhiya"

E(ω) dω = Vℏ / π 2 c 3 * ω 3 / (e βℏω - 1) dω

Inilalarawan ang dami ng photon gas energy na nagmumula sa mga photon na may mga frequency sa hanay na ω hanggang ω + dω. Ang resulta ay isang anyo ng formula ng Planck, bagama't nangangailangan ito ng kaunting kalikot upang gawin itong isang formula na naaangkop sa mga itim na katawan kaysa sa mga photonic na gas (kailangan mong hatiin sa V upang makuha ang density ng bawat unit volume, at gumawa ng ilang higit pang mga bagay upang makakuha ng sukat ng radiation).

Ang formula ni Planck ay may dalawang limitasyon. Sa kaso kapag βℏω → 0, ang denominator ay may posibilidad na βℏω, at nakukuha natin

E(ω) dω ≈ V / π 2 c 3 * ω 2 /β dω = V k B T ω 2 / π 2 c 3 dω

Mga Tag: Magdagdag ng mga tag

Panimula

Kaugnayan ng paksa. Kung walang apoy, imposible ang buhay sa Earth. Nakikita natin ang apoy araw-araw - isang kalan, isang apoy, isang kalan, atbp. Ito ay nasa lahat ng dako - sa mga tahanan at paaralan, sa mga pabrika at pabrika, sa mga makina ng sasakyang pangkalawakan. Ang Eternal Flame ay nagniningas sa Square of Glory, ang mga kandila ay palaging nasusunog sa mga simbahan...

Ang mga sunog sa kagubatan ay ipinakita sa TV sa buong tag-araw. Ang isang malaking bilang ng mga puno na nagbigay sa amin ng hangin ay nasunog na hindi na mababawi. Maaari silang maging mga kawili-wiling libro at mga notebook ng ating paaralan. Namatay ang mga hayop. Nasunog ang buong nayon, naiwan ang mga tao na walang tahanan.

Ang apoy na ito ay kawili-wili at mahiwaga!

Napakaraming libro ang isinulat para sa mga bata tungkol sa mga sunog at mga hakbang sa kaligtasan, kabilang ang mga akdang pampanitikan ("Uncle Steppe" ni S. Mikhalkov, "Confusion" ni K. Chukovsky, "Cat's House" ni S. Marshak, atbp.). Ngunit ang mga naturang mapagkukunan na naglalarawan nang detalyado sa parehong mga katangian ng apoy at mga benepisyo nito ay bihira. Ang aming gawain ay isang pagtatangka na punan ang gayong puwang.

Layunin ng gawain: Pag-aaral ng kahulugan ng apoy para sa mga tao.

Mga gawain. Sa gawaing ito pinag-aaralan natin ang mga katangian ng apoy at sinasagot ang tanong na: Ano ang apoy? Naiintindihan din namin kung paano ginagamit ng mga tao ang mga property na ito. Paano at bakit makakatulong at makapinsala sa mga tao ang apoy? (Annex 1).

Gumamit kami ng sangguniang literatura: isang diksyunaryo, isang encyclopedia, ilang mga libro para sa mga matatanda, at impormasyon mula sa Internet.

1. Ano ang apoy? Mga pangunahing katangian ng apoy

Ang encyclopedia ng mga bata ay may sumusunod na kahulugan ng apoy at pagkasunog: "ito ay isang kemikal na reaksyon kung saan ang isa sa mga sangkap ay umiinit nang husto anupat ito ay sumasama sa oxygen sa hangin." Sa paliwanag na diksyunaryo ng wikang Ruso mababasa natin: "Ang apoy ay nasusunog ang mga makinang na gas na may mataas na temperatura." Matapos basahin ang impormasyong ito, hindi pa rin naiintindihan ng may-akda ng gawaing ito kung ano ang apoy at nagpasya na bigyan ito ng kahulugan na mauunawaan ng mga mag-aaral sa elementarya. Upang gawin ito, kailangan mong kilalanin ang mga pangunahing katangian nito.

Pinag-aaralan namin ang mga pangunahing katangian ng apoy gamit ang mga eksperimentong pamamaraan (mga eksperimento) at pagmamasid. Gumawa tayo ng ilang mga eksperimento.

Tandaan. Ang lahat ng mga eksperimento ay isinagawa sa presensya at sa tulong ng mga may sapat na gulang, at ang mga panuntunan sa kaligtasan ay sinusunod: isang hindi nasusunog na ibabaw (glass board) ay ginamit at isang pitsel ng tubig ay inihanda.

Paglalarawan ng mga eksperimento:

Eksperimento No. 1. Sa gabi, nakapatay ang mga ilaw sa silid. Naging madilim, walang nakikita. Nagsindi sila ng kandila, nakita ang mga balangkas ng mga bagay at tao.

Konklusyon: 1 ari-arian: Ang apoy ay naglalabas ng liwanag! (Tingnan ang: Appendix, slide 4)

Kahit na ang isang maliit na apoy ng kandila ay maaaring magpailaw sa isang silid. Kaya naman laging may mga kandila si nanay - kung sakaling mawalan ng kuryente.

Eksperimento Blg. 2. Maingat na subukang dalhin ang iyong kamay sa apoy ng kandila. Sa layo na 20 cm ito ay nagiging napakainit, sa ibaba - dahil sa nasusunog na pandamdam imposibleng ibaba ang iyong kamay.

Konklusyon: Property 2: Ang apoy ay gumagawa ng maraming init! (Tingnan ang: Appendix, slide 5).

Eksperimento Blg. 3. Takpan ang nasusunog na kandila gamit ang garapon na salamin. Pagkaraan ng ilang segundo, namatay ang apoy. Ang parehong bagay ay nangyayari sa isang gas burner. Para sa pagiging maaasahan, inulit namin ang eksperimento nang 3 beses. Ang resulta ay palaging pareho - ang apoy ay tumitigil sa pagsunog.

Konklusyon: 3rd property: para masunog ang apoy, kailangan nito ng hangin, o sa halip ang oxygen na nilalaman nito. (Tingnan ang: Appendix, slide 6).

Kaya, nalaman natin ang mga pangunahing katangian ng apoy at masasagot na natin ang tanong: ano ang apoy?

Ang apoy ay isang proseso kung saan ang oxygen ay natupok at ang liwanag at init ay inilalabas.

Ipagpatuloy natin ang pag-aaral ng mga katangian ng apoy.

1) Pagmasdan ang siga ng kandila. Ang hugis ng isang kalmadong apoy, nakatutok paitaas, ay mukhang isang kono. Kung dahan-dahan kang humihip sa apoy ng kandila, nagbabago ang hugis, lumilihis ito sa daloy ng hangin. Ang parehong bagay ay nangyayari kung humawak ka ng kandila sa isang bahagyang nakabukas na bintana.

Konklusyon: ang hugis ng apoy ay maaaring baguhin gamit ang daloy ng hangin. Ginagamit ang property na ito kapag nagsisindi ng apoy. (Tingnan ang: Appendix, mga slide 9,10,11).

2) Isaalang-alang ang kulay ng apoy. Ang kulay ay hindi pareho sa lahat ng dako, ang apoy ay may mga layer: ang pinakailalim na layer ay mala-bughaw, pagkatapos ay isang mapusyaw na dilaw na layer, pagkatapos ay ang pinakamataas na mapula-pula-orange. (Tingnan ang: Appendix, slide 13).

Ngunit ito ay hindi lahat tungkol sa kulay.

Napansin namin na ang gas sa kusina ay palaging nasusunog na asul, at ang kahoy ay palaging nasusunog na dilaw-kahel. Sa pagmamasid sa pagsunog ng manipis na tansong wire mula sa isang electrical cord, natuklasan namin na ang apoy ay naging berde. (Tingnan ang: Apendise, mga slide 14, 17, 18, 19).

Konklusyon: 1. Iba't ibang sangkap at materyales ang nasusunog na may iba't ibang kulay ng apoy. Kaya ito ay kung paano ka makakakuha ng napakagandang fireworks! 2. Nangangahulugan ito na maaari mong matukoy ang isang hindi kilalang sangkap sa pamamagitan ng kulay ng apoy, kailangan mo lamang itong sunugin (bilang isa sa mga pamamaraan).

Eksperimento No. 5. Temperatura ng apoy. Kunin natin ang parehong manipis na tansong kawad. Ang dulo ng naturang wire, na humahawak nito sa buong apoy, ay inilalagay sa iba't ibang lugar at sa iba't ibang taas sa apoy at nakikita natin ang epekto ng apoy sa wire. Ang mga obserbasyon ay nagpapakita ng mga sumusunod:

• Sa ibabang bahagi ng apoy ang wire ay hindi kumikinang, hindi nasusunog, ito ay natatakpan lamang ng isang itim na patong.
• Sa gitnang bahagi, ang kawad ay kumikinang na pula at nagsisimulang umilaw na pula.
• Sa pinakatuktok ng apoy, umiilaw ang wire, na nagbibigay sa apoy ng maberde na tint.

Nangangahulugan ito na ang temperatura sa iba't ibang mga layer ng apoy ay iba. Kinumpirma ito ng karanasan sa paglalagay ng kamay malapit sa apoy. Naaalala namin na maaari mo lamang dalhin ang iyong kamay 20 cm mula sa itaas. Kung dadalhin mo ang iyong daliri sa ilalim ng apoy, ang init ay nararamdaman lamang sa layo na 1 cm.

Konklusyon: ang apoy ay may ilang mga layer na naiiba hindi lamang sa kulay, kundi pati na rin sa temperatura. Ang apoy ay pinakamalamig sa ibaba at ang pinakamainit sa itaas. (Tingnan ang: Appendix, slide 20).

2. Ang kahulugan ng apoy: mga benepisyo at pinsala

Bilang resulta ng mga eksperimento na isinagawa, ang aming sariling mga obserbasyon, pati na rin mula sa materyal na aming nabasa, kami ay kumbinsido na ang mga tao ay patuloy na gumagamit ng apoy sa kanilang buhay, at ito ay nagdudulot sa kanila ng napakalaking benepisyo.

1. Sa pang-araw-araw na buhay: para sa pagpainit ng espasyo, pagluluto, pagpainit ng tubig, pag-iilaw - kung ang kuryente ay hindi gumagana. Ang apoy ay nagsisilbi rin para sa kaginhawahan. Halimbawa, isang fireplace o mga mabangong kandila.
2. Tulad ng lumalabas, ang mga kapaki-pakinabang na katangian ng apoy ay ginagamit sa maraming mga halaman at pabrika. Ang apoy ay natutunaw ang metal, pagkatapos ay binibigyan ito ng ilang hugis. Ginagamit din ang metal sa pagputol ng metal o, sa kabaligtaran, upang hinangin ito. Kaya, ito ay ginagamit, halimbawa, upang gumawa ng iba't ibang mga makina at mekanismo.

Ginagamit din ang apoy para sa:

• Paggawa ng salamin at earthenware.
• Produksyon ng mga plastik, pintura.
• Paggawa ng mga gamot.
• Pag-recycle ng basura.

At hindi ito ang buong listahan ng "mabuting" gawa ng apoy.

Konklusyon: Kailangan talaga ng mga tao ng apoy. Ito ay nagpapainit, nagpapakain at nag-iilaw. Ang modernong tao ay patuloy na gumagamit ng apoy. Imposibleng isipin ang buhay na walang apoy.

Ngunit ang apoy ay lubhang mapanganib! Ito ay palaging kailangang kontrolin. Siya ay may kakayahang gumawa ng maraming pinsala. Pinag-uusapan natin ang tungkol sa sunog. Ang apoy ay kapag ang apoy ay nagniningas nang walang pagnanais ng isang tao at sinisira ang lahat.

Ang mga sunog ay nagdudulot ng malaking pinsala sa ating estado at populasyon. Ang apoy ay isang napaka-kahila-hilakbot, malupit na kababalaghan, laban sa lahat ng nabubuhay na bagay. (Tingnan ang: Appendix, slide 26).

Ang apoy ay nakakapinsala dahil: ang mga tao ay namamatay mula sa apoy at nakakakuha ng matinding pagkasunog, ang mga tao ay nawalan ng kanilang mga tahanan, ang mga kagubatan ay nawala sa apoy at ang lahat ng kanilang mga naninirahan ay namatay: ang mga hayop, mga ibon, isang apoy ay maaaring sirain ang lahat ng bagay na nilikha ng isang tao sa kanyang paggawa.

Ilang istatistika. Isipin na lamang na halos 5 milyong sunog ang nangyayari sa mundo bawat taon! Bawat oras isang tao ang namamatay sa sunog, dalawa ang nasugatan o nasusunog. Bawat ikatlong taong napatay ay isang bata.

Paano sila bumangon? Dahil sa walang ingat na paghawak ng apoy, hindi tapat na saloobin sa mga hakbang sa kaligtasan.

Maraming mga libro ang naisulat tungkol sa mga sunog at mga kaguluhan na dulot ng apoy. Kasama ang mga bata. Bakit napakaraming libro ang isinulat tungkol sa sunog para sa mga bata? Naniniwala kami na dahil madalas mangyari ang sunog dahil sa kasalanan ng mga bata.

Nais naming paalalahanan ang lahat ng mga lalaki:

Huwag kailanman maglaro ng apoy!

Maaari ka lamang magsindi ng apoy sa presensya ng mga matatanda at sa ilalim ng kanilang pangangasiwa.

Sa mga lugar kung saan nagagawa ang apoy o kung saan ginagamit ang apoy, dapat na nasa kamay ang mga ahente ng pamatay.

Ang apoy ay hindi dapat pinabayaan.

Kapag hindi na kailangan ang apoy, dapat itong mapatay ng mabuti.

Konklusyon

Kaya, bilang resulta ng gawaing ginawa namin, nagbigay kami ng kahulugan ng apoy na naiintindihan ng mga bata: “Ang apoy ay isang proseso kung saan ang oxygen ay sinisipsip at ang liwanag at init ay inilalabas.”

Nalaman din nila: Ang apoy ay may isang tiyak na hugis, ilang mga layer na naiiba hindi lamang sa kulay, kundi pati na rin sa temperatura. Sa kasong ito, ang hugis ng apoy ay maaaring mabago gamit ang isang daloy ng hangin. Ang pag-alam sa mga katangiang ito ay nakakatulong sa mga tao na mas epektibong gumamit ng apoy.

Iba't ibang sangkap at materyales ang nasusunog na may iba't ibang kulay ng apoy. Nangangahulugan ito na maaari mong matukoy ang ilang sangkap sa pamamagitan ng kulay ng apoy, kailangan mo lamang itong sunugin (bilang isa sa mga pamamaraan).

Sa pangkalahatan, kailangan talaga ng mga tao ang apoy; ito ay nagpapainit, nagpapakain, at nag-iilaw. Ang modernong tao ay patuloy na gumagamit ng apoy. Imposibleng isipin ang buhay na walang apoy.

Ngunit ang apoy ay lubhang mapanganib! Dapat itong palaging pinangangasiwaan at hindi dapat iwanan nang walang pag-aalaga. Siya ay may kakayahang gumawa ng maraming pinsala. Ang apoy ay isang napaka-kahila-hilakbot, malupit na kababalaghan, laban sa lahat ng nabubuhay na bagay.

Siyempre, hindi namin ginalugad ang lahat tungkol sa kamangha-manghang kababalaghan tulad ng apoy. Samakatuwid, sa hinaharap posible na tuklasin ang mga sumusunod na katanungan: paano natutong magsindi ng apoy ang mga tao, ano ang mga unang pamamaraan? Anong mga sangkap ang hindi nasusunog at bakit? Paano gumawa ng mga trick sa sunog? Ang paksang "Apoy at Armas" ay kawili-wili din.

Ang mga resulta ng gawaing ito ay maaaring gamitin bilang pantulong na materyal sa mga klase tungkol sa mundo sa paligid natin (ang mundo sa paligid natin) sa kindergarten at elementarya. Para sa mga bata na interesado sa apoy, ang naturang materyal ay magiging kapaki-pakinabang, dahil ito ay visual at medyo simple.

Listahan ng mga mapagkukunan at literatura

1. John Farndon, Ian James, Ginny Johnson, Angela Royston, atbp. Encyclopedia "Mga Tanong at Sagot". Pagsasalin mula sa Ingles: E. Kulikova, D. Belenkaya at iba pa Atticus Publishing Group LLC, 2008. 255 p.
2. Kaydanova O.V (compiler) Apoy at Tao. Moscow, 1912. 98 p.
3. Ozhegov S.I. Diksyunaryo ng wikang Ruso: M.: Rus. lang., 1984. 797 p.
4. Safronov M.A., Vakurov A.D. Sunog sa kagubatan. Novosibirsk: agham, 1991. 130 p.
5. Mga mapagkukunan sa Internet:

Elemento ng apoy. http://salamand.ru/sootvetstviya-stixii-ognya

Mga istatistika ng Russia. http://www.statp.ru

Ang komposisyon ng apoy sa iba't ibang bahagi nito ay napaka heterogenous, dahil nakasalalay ito sa komposisyon ng pinaghalong gas at mga kondisyon ng pagsipsip ng hangin, ibig sabihin, sa daloy ng daloy ng pinaghalong at ang presyon ng nakapalibot na kapaligiran.
Para sa proseso ng hinang, ang komposisyon ng average na working zone ng apoy ay pinakamahalaga.
Ang kemikal na komposisyon ng apoy ay maaaring matukoy sa eksperimento - direkta sa pamamagitan ng pagsusuri ng kemikal ng mga napiling sample, o sa pamamagitan ng parang multo na pamamaraan. Mayroon ding mga tinatayang pamamaraan ng pagkalkula.
Ang direktang pagsusuri ng kemikal ng komposisyon ng apoy ay hindi maaaring mag-claim ng higit na katumpakan ng mga resulta, dahil kapag kumukuha ng mga sample mula sa iba't ibang mga zone ng apoy, maaaring magbago ang komposisyon ng gas sa panahon ng paglamig.
Ang pagtatasa ng kemikal ng mga produkto ng pagkasunog ng isang acetylene-oxygen na apoy ay karaniwang isinasagawa sa mga zone na matatagpuan sa ilang distansya mula sa panloob na core ng apoy. Tulad ng para sa komposisyon ng hindi matatag na mga intermediate na produkto ng pyrogenic decomposition ng acetylene sa panloob na core ng apoy, ang huli ay pinakatumpak na tinutukoy ng spectral analysis. Halimbawa, ang spectral analysis ng panloob na core ng apoy ay nagsiwalat ng spectrum ng isang hydrocarbon na may mga banda na ibinubuga ng isang molekula ng carbon. Ang spectral analysis ng panlabas na zone ng apoy ay nagpapakita rin ng pagkakaroon ng OH radical, atbp.
Ang mga pangunahing kaalaman sa pag-regulate ng komposisyon ng welding acetylene-oxygen flame ay binuo ni A.N. Shashkov, na nagtatag ng pangkalahatang mga prinsipyo para sa pagtukoy ng pinakamainam na komposisyon ng isang halo ng sunugin na gas at oxygen kapag hinang ang mga bakal.
Ang dating tinanggap na paghahati ng apoy sa neutral, pagbabawas at pag-oxidizing, tulad ng ipinakita ng mga pag-aaral ng A.N. Shashkov, ay walang batayan, dahil ang isang tunay na neutral na apoy sa isang naibigay na komposisyon, temperatura at presyon ay hindi nag-oxidize o nagde-deoxidize ng metal, na sabay-sabay na nasa equilibrium sa parehong metal mismo at sa mas mababang oksido nito. Ang isang neutral na apoy ng hinang, na may ratio ng halo ng gas na 1.1-1.2, ay masinsinang humahadlang sa oksihenasyon, at sa ilang mga kaso, halimbawa kapag hinang ang bakal, tanso at nikel, ibinabalik nito ang metal ng weld pool dahil sa pagkakaroon ng kinakailangang konsentrasyon ng carbon monoxide sa gitnang zone ng apoy at hydrogen - atomic at molekular.
Ang terminong "pagbabawas ng apoy" ay hindi rin batayan at hindi tama kapag pinag-uusapan ang tungkol sa isang apoy na may labis na acetylene, dahil ang naturang apoy ay hindi binabawasan ang metal ng weld pool, ngunit pina-carburize ito.
Mula sa equilibrium diagram ng H 2 at CO na may ferrous oxide at iron (Larawan 37 at 38) ay malinaw na ang mga pinaghalong komposisyon lamang na nasa mga linya ng equilibrium (linya ng diagram) ay neutral at, sa gayon, may magaspang na pagsasaayos ng welding flame, ang posibilidad na makakuha ng neutral na apoy ay bale-wala. Ang mas mababang limitasyon ng nilalaman ng oxygen sa isang halo ng gas ay tinutukoy mula sa kondisyon ng oksihenasyon ng lahat ng carbon sa CO.
Mula sa reaksyon ng pagkasunog ng acetylene sa oxygen, ang dami ng ratio ng oxygen sa acetylene ay dapat na 1, gayunpaman, isinasaalang-alang ang katotohanan na ang isang maliit na bahagi ng hydrogen ay nasusunog sa singaw ng tubig dahil sa oxygen ng nasusunog na halo, pati na rin ang dahil sa kontaminasyon ng oxygen, ang pinakamababang nilalaman ng oxygen sa halo ay dapat na higit pa at tumutugma sa 1.05-1.1.

Kapag may kakulangan ng oxygen, ang apoy ay may labis na libreng carbon, na nasusunog sa oxygen ng hangin at bumubuo ng isang karagdagang zone sa anyo ng isang mapuputing cone na nagbabalangkas sa core ng apoy, na may kakayahang mag-carburize ng metal sa panahon ng hinang.
Kaugnay ng hinang na mababang carbon na bakal, ang pinakamataas na limitasyon ng nilalaman ng oxygen sa isang normal na apoy ay itinakda mula sa kondisyon ng heterogenous equilibrium ng CO at H 2 na may iron oxide FeO.
Sa dami, ang itaas na limitasyon na ito ay nakasalalay sa maraming mga parameter, pangunahin sa temperatura ng weld pool at ang komposisyon ng nasusunog na gas.

Paano sumpain ang kadiliman
Mas maganda kung sindihan man lang
isang maliit na kandila.
Confucius

Sa simula

Ang mga unang pagtatangka upang maunawaan ang mekanismo ng pagkasunog ay nauugnay sa mga pangalan ng Englishman na si Robert Boyle, ang Frenchman na si Antoine Laurent Lavoisier at ang Russian na si Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Ito ay lumabas na sa panahon ng pagkasunog ang sangkap ay hindi "nawawala" kahit saan, tulad ng dating walang muwang na pinaniniwalaan, ngunit nagiging iba pang mga sangkap, karamihan ay puno ng gas at samakatuwid ay hindi nakikita. Si Lavoisier ang unang nagpakita noong 1774 na sa panahon ng pagkasunog, humigit-kumulang isang ikalimang bahagi nito ang nawala mula sa hangin. Noong ika-19 na siglo, detalyadong pinag-aralan ng mga siyentipiko ang mga prosesong pisikal at kemikal na kaakibat ng pagkasunog. Ang pangangailangan para sa naturang gawain ay pangunahing sanhi ng mga sunog at pagsabog sa mga minahan.

Ngunit sa huling quarter lamang ng ikadalawampu siglo ay natukoy ang pangunahing mga reaksiyong kemikal na kasama ng pagkasunog, at hanggang sa araw na ito maraming mga dark spot ang nananatili sa kimika ng apoy. Pinag-aaralan ang mga ito gamit ang pinakamodernong pamamaraan sa maraming laboratoryo. Ang mga pag-aaral na ito ay may ilang mga layunin. Sa isang banda, kinakailangan upang ma-optimize ang mga proseso ng pagkasunog sa mga hurno ng mga thermal power plant at sa mga cylinder ng mga panloob na combustion engine, upang maiwasan ang pagsabog (detonation) kapag ang air-gasoline mixture ay naka-compress sa isang silindro ng kotse. Sa kabilang banda, kinakailangan upang bawasan ang dami ng mga nakakapinsalang sangkap na nabuo sa panahon ng proseso ng pagkasunog, at sa parehong oras, upang maghanap ng mas epektibong paraan ng pag-apula ng apoy.

Mayroong dalawang uri ng apoy. Ang gasolina at oxidizer (madalas na oxygen) ay maaaring pilitin o kusang ibigay sa combustion zone nang hiwalay at ihalo sa apoy. O maaari silang ihalo nang maaga - ang mga naturang mixture ay maaaring magsunog o kahit na sumabog sa kawalan ng hangin, tulad ng pulbura, pyrotechnic mixtures para sa mga paputok, rocket fuel. Ang pagkasunog ay maaaring mangyari kapwa sa pakikilahok ng oxygen na pumapasok sa combustion zone na may hangin, at sa tulong ng oxygen na nakapaloob sa oxidizing substance. Isa sa mga sangkap na ito ay Berthollet salt (potassium chlorate KClO 3); ang sangkap na ito ay madaling nagbibigay ng oxygen. Ang isang malakas na ahente ng oxidizing ay nitric acid HNO 3: sa dalisay nitong anyo ay nag-aapoy ito ng maraming mga organikong sangkap. Ang mga nitrates, mga asing-gamot ng nitric acid (halimbawa, sa anyo ng pataba - potasa o ammonium nitrate), ay lubos na nasusunog kung hinaluan ng mga nasusunog na sangkap. Ang isa pang makapangyarihang oxidizer, ang nitrogen tetroxide N 2 O 4 ay isang bahagi ng rocket fuels. Ang oxygen ay maaari ding palitan ng malakas na oxidizing agent tulad ng chlorine, kung saan maraming substance ang nasusunog, o fluorine. Ang purong fluorine ay isa sa pinakamakapangyarihang ahente ng oxidizing; nasusunog ang tubig sa batis nito.

Mga chain reaction

Ang mga pundasyon ng teorya ng pagkasunog at pagpapalaganap ng apoy ay inilatag noong huling bahagi ng 20s ng huling siglo. Bilang resulta ng mga pag-aaral na ito, natuklasan ang mga branched chain reaction. Para sa pagtuklas na ito, ang Russian physical chemist na si Nikolai Nikolaevich Semenov at English researcher na si Cyril Hinshelwood ay ginawaran ng Nobel Prize sa Chemistry noong 1956. Ang mas simpleng unbranched chain reaction ay natuklasan noong 1913 ng German chemist na si Max Bodenstein gamit ang halimbawa ng reaksyon ng hydrogen na may chlorine. Ang pangkalahatang reaksyon ay ipinahayag ng simpleng equation H 2 + Cl 2 = 2HCl. Sa katunayan, ito ay nagsasangkot ng napakaaktibong mga fragment ng mga molekula - ang tinatawag na mga libreng radikal. Sa ilalim ng impluwensya ng liwanag sa ultraviolet at asul na mga rehiyon ng spectrum o sa mataas na temperatura, ang mga molekula ng chlorine ay naghiwa-hiwalay sa mga atomo, na nagsisimula ng isang mahabang (minsan hanggang isang milyong link) na chain ng mga pagbabago; Ang bawat isa sa mga pagbabagong ito ay tinatawag na elementarya na reaksyon:

Cl + H 2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl, atbp.

Sa bawat yugto (link ng reaksyon), nawawala ang isang aktibong sentro (hydrogen o chlorine atom) at sa parehong oras ay lilitaw ang isang bagong aktibong sentro, na nagpapatuloy sa kadena. Nasisira ang mga kadena kapag nagtagpo ang dalawang aktibong species, halimbawa Cl + Cl → Cl 2. Ang bawat kadena ay nagpapalaganap nang napakabilis, kaya kung ang "paunang" aktibong mga particle ay nabuo sa mataas na bilis, ang reaksyon ay magpapatuloy nang napakabilis na maaari itong humantong sa isang pagsabog.

Natuklasan nina N. N. Semenov at Hinshelwood na ang mga reaksyon ng pagkasunog ng phosphorus at hydrogen vapors ay nagpapatuloy sa iba't ibang paraan: ang pinakamaliit na spark o bukas na apoy ay maaaring magdulot ng pagsabog kahit na sa temperatura ng silid. Ang mga reaksyong ito ay mga branched chain reaction: ang mga aktibong particle ay "multiply" sa panahon ng reaksyon, iyon ay, kapag nawala ang isang aktibong particle, dalawa o tatlo ang lilitaw. Halimbawa, sa isang pinaghalong hydrogen at oxygen, na maaaring tahimik na maimbak sa loob ng daan-daang taon kung walang mga panlabas na impluwensya, ang paglitaw ng mga aktibong hydrogen atom para sa isang kadahilanan o iba pa ay nag-trigger ng sumusunod na proseso:

H + O 2 → OH + O,
O + H 2 → OH + H.

Kaya, sa isang hindi gaanong mahalagang yugto ng panahon, ang isang aktibong particle (H atom) ay nagiging tatlo (isang hydrogen atom at dalawang OH hydroxyl radical), na naglulunsad na ng tatlong chain sa halip na isa. Bilang resulta, ang bilang ng mga kadena ay lumalaki tulad ng isang avalanche, na agad na humahantong sa isang pagsabog ng pinaghalong hydrogen at oxygen, dahil maraming thermal energy ang inilabas sa reaksyong ito. Ang mga atomo ng oxygen ay naroroon sa apoy at sa pagkasunog ng iba pang mga sangkap. Maaari silang matukoy sa pamamagitan ng pagdidirekta ng isang stream ng naka-compress na hangin sa tuktok ng apoy ng burner. Kasabay nito, ang isang katangian ng amoy ng ozone ay makikita sa hangin - ito ay mga atomo ng oxygen na "dumikit" sa mga molekula ng oxygen upang bumuo ng mga molekula ng ozone: O + O 2 = O 3, na dinala sa apoy ng malamig na hangin .

Ang posibilidad ng pagsabog ng pinaghalong oxygen (o hangin) na may maraming nasusunog na gas - hydrogen, carbon monoxide, methane, acetylene - ay nakasalalay sa mga kondisyon, pangunahin sa temperatura, komposisyon at presyon ng pinaghalong. Kaya, kung, bilang resulta ng pagtagas ng gas ng sambahayan sa kusina (pangunahin itong binubuo ng methane), ang nilalaman nito sa hangin ay lumampas sa 5%, kung gayon ang halo ay sasabog mula sa apoy ng isang tugma o mas magaan, at kahit na mula sa isang maliit na spark na dumudulas sa switch kapag binuksan ang ilaw. Hindi magkakaroon ng pagsabog kung ang mga kadena ay masira nang mas mabilis kaysa sa maaari nilang sanga. Ito ang dahilan kung bakit ligtas ang lampara para sa mga minero, na binuo ng English chemist na si Humphry Davy noong 1816, nang walang nalalaman tungkol sa chemistry ng apoy. Sa lampara na ito, ang bukas na apoy ay nabakuran mula sa panlabas na kapaligiran (na maaaring sumasabog) na may makapal na metal mesh. Sa ibabaw ng metal, ang mga aktibong particle ay epektibong nawawala, nagiging matatag na mga molekula, at samakatuwid ay hindi maaaring tumagos sa panlabas na kapaligiran.

Ang kumpletong mekanismo ng mga branched chain reaction ay napakakumplikado at maaaring magsama ng higit sa isang daang elementarya na reaksyon. Maraming mga reaksyon ng oksihenasyon at pagkasunog ng mga inorganic at organic compound ay branched chain reaction. Ang parehong magiging reaksyon ng fission ng nuclei ng mabibigat na elemento, halimbawa plutonium o uranium, sa ilalim ng impluwensya ng mga neutron, na kumikilos bilang mga analogue ng mga aktibong particle sa mga kemikal na reaksyon. Ang pagtagos sa nucleus ng isang mabigat na elemento, ang mga neutron ay nagiging sanhi ng fission nito, na sinamahan ng pagpapalabas ng napakataas na enerhiya; Kasabay nito, ang mga bagong neutron ay ibinubuga mula sa nucleus, na nagiging sanhi ng fission ng kalapit na nuclei. Ang kemikal at nuclear branched chain na mga proseso ay inilalarawan ng mga katulad na modelo ng matematika.

Ano ang kailangan mo para makapagsimula?

Para magsimula ang pagkasunog, dapat matugunan ang ilang kundisyon. Una sa lahat, ang temperatura ng nasusunog na sangkap ay dapat lumampas sa isang tiyak na halaga ng limitasyon, na tinatawag na temperatura ng pag-aapoy. Ang sikat na nobelang Fahrenheit 451 ni Ray Bradbury ay pinangalanan dahil sa humigit-kumulang na temperaturang ito (233°C) ang papel ay nasusunog. Ito ang "temperatura ng pag-aapoy" sa itaas kung saan ang mga solidong gasolina ay naglalabas ng mga nasusunog na singaw o mga produktong decomposition ng gas sa dami na sapat para sa kanilang matatag na pagkasunog. Ang temperatura ng pag-aapoy ng dry pine wood ay humigit-kumulang pareho.

Ang temperatura ng apoy ay nakasalalay sa likas na katangian ng nasusunog na sangkap at ang mga kondisyon ng pagkasunog. Kaya, ang temperatura sa isang mitein na apoy sa hangin ay umabot sa 1900°C, at kapag nasusunog sa oxygen - 2700°C. Ang isang mas mainit na apoy ay nagagawa kapag ang hydrogen (2800°C) at acetylene (3000°C) ay sinusunog sa purong oxygen. Hindi nakakagulat na ang apoy ng isang acetylene torch ay madaling pumutol sa halos anumang metal. Ang pinakamataas na temperatura, mga 5000°C (ito ay naitala sa Guinness Book of Records), ay nakukuha kapag sinunog sa oxygen ng isang mababang kumukulo na likido - carbon subnitride C 4 N 2 (ang sangkap na ito ay may istraktura ng dicyanoacetylene NC–C =C–CN). At ayon sa ilang impormasyon, kapag nasusunog ito sa isang ozone na kapaligiran, ang temperatura ay maaaring umabot ng hanggang 5700°C. Kung ang likidong ito ay sunugin sa hangin, ito ay masusunog na may pula, mausok na apoy na may hangganan na berde-lila. Sa kabilang banda, kilala rin ang malamig na apoy. Halimbawa, ang mga singaw ng posporus ay nasusunog sa mababang presyon. Ang medyo malamig na apoy ay nakukuha din sa panahon ng oksihenasyon ng carbon disulfide at light hydrocarbons sa ilalim ng ilang mga kundisyon; halimbawa, ang propane ay gumagawa ng malamig na apoy sa pinababang presyon at mga temperatura sa pagitan ng 260–320°C.

Sa huling quarter lamang ng ikadalawampu siglo nagsimulang maging mas malinaw ang mekanismo ng mga prosesong nagaganap sa apoy ng maraming nasusunog na sangkap. Napakakomplikado ng mekanismong ito. Ang orihinal na mga molekula ay kadalasang napakalaki upang direktang tumugon sa oxygen sa mga produkto ng reaksyon. Halimbawa, ang pagkasunog ng octane, isa sa mga bahagi ng gasolina, ay ipinahayag ng equation na 2C 8 H 18 + 25 O 2 = 16 CO 2 + 18 H 2 O. Gayunpaman, lahat ng 8 carbon atoms at 18 hydrogen atoms sa isang Ang molekula ng oktano ay hindi maaaring sabay na pagsamahin sa 50 mga atomo ng oxygen: para mangyari ito, maraming mga bono ng kemikal ang dapat masira at maraming mga bago ang dapat mabuo. Ang reaksyon ng pagkasunog ay nangyayari sa maraming mga yugto - upang sa bawat yugto ay isang maliit na bilang lamang ng mga bono ng kemikal ang nasira at nabuo, at ang proseso ay binubuo ng maraming sunud-sunod na nagaganap na mga reaksyong elementarya, ang kabuuan nito ay lumilitaw sa nagmamasid bilang isang apoy. Mahirap pag-aralan ang mga elementarya na reaksyon lalo na dahil ang mga konsentrasyon ng mga reaktibong intermediate na particle sa apoy ay napakaliit.

Sa loob ng apoy

Ang optical probing ng iba't ibang lugar ng apoy gamit ang mga laser ay naging posible upang maitaguyod ang husay at dami ng komposisyon ng mga aktibong particle na naroroon - mga fragment ng mga molekula ng isang nasusunog na sangkap. Ito ay naka-out na kahit na sa tila simpleng reaksyon ng pagkasunog ng hydrogen sa oxygen 2H 2 + O 2 = 2H 2 O, higit sa 20 elementarya reaksyon ang nangyari sa pakikilahok ng mga molekula O 2, H 2, O 3, H 2 O 2 , H 2 O, aktibong mga particle N, O, OH, PERO 2. Narito, halimbawa, ang isinulat ng English chemist na si Kenneth Bailey tungkol sa reaksyong ito noong 1937: “Ang equation para sa reaksyon ng hydrogen sa oxygen ay ang unang equation na pamilyar sa karamihan ng mga nagsisimula sa chemistry. Ang reaksyong ito ay tila napakasimple para sa kanila. Ngunit maging ang mga propesyonal na chemist ay medyo namangha nang makita ang isang daang-pahinang aklat na pinamagatang “The Reaction of Oxygen with Hydrogen,” na inilathala ni Hinshelwood at Williamson noong 1934. Dito maaari nating idagdag na noong 1948 ang isang mas malaking monograp nina A. B. Nalbandyan at V. V. Voevodsky ay nai-publish na pinamagatang "The Mechanism of Hydrogen Oxidation and Combustion."

Ginawang posible ng mga modernong pamamaraan ng pananaliksik na pag-aralan ang mga indibidwal na yugto ng naturang mga proseso at sukatin ang bilis kung saan ang iba't ibang aktibong mga particle ay tumutugon sa isa't isa at may mga matatag na molekula sa iba't ibang temperatura. Alam ang mekanismo ng mga indibidwal na yugto ng proseso, posible na "magtipon" sa buong proseso, iyon ay, upang gayahin ang isang apoy. Ang pagiging kumplikado ng naturang pagmomolde ay namamalagi hindi lamang sa pag-aaral ng buong kumplikado ng elementarya na mga reaksiyong kemikal, kundi pati na rin sa pangangailangang isaalang-alang ang mga proseso ng pagsasabog ng butil, paglipat ng init at daloy ng kombeksyon sa apoy (ito ang huli na lumikha ng kamangha-manghang paglalaro ng mga dila ng nagniningas na apoy).

Saan nanggagaling ang lahat?

Ang pangunahing gasolina ng modernong industriya ay mga hydrocarbon, mula sa pinakasimpleng, mitein, hanggang sa mabibigat na hydrocarbon, na nakapaloob sa langis ng gasolina. Ang apoy ng kahit na ang pinakasimpleng hydrocarbon, methane, ay maaaring magsama ng hanggang isang daang elementarya na reaksyon. Gayunpaman, hindi lahat ng mga ito ay napag-aralan nang may sapat na detalye. Kapag nasusunog ang mabibigat na hydrocarbon, tulad ng mga matatagpuan sa paraffin, ang kanilang mga molekula ay hindi makakarating sa combustion zone nang hindi nananatiling buo. Kahit na sa paglapit sa apoy, dahil sa mataas na temperatura, nahati sila sa mga fragment. Sa kasong ito, ang mga pangkat na naglalaman ng dalawang carbon atom ay karaniwang nahahati sa mga molekula, halimbawa C 8 H 18 → C 2 H 5 + C 6 H 13. Ang mga aktibong species na may kakaibang bilang ng mga carbon atom ay maaaring mag-abstract ng mga atomo ng hydrogen, na bumubuo ng mga compound na may dobleng C=C at triple C≡C na mga bono. Natuklasan na sa isang apoy ang mga naturang compound ay maaaring pumasok sa mga reaksyon na hindi pa alam ng mga chemist, dahil hindi ito nangyayari sa labas ng apoy, halimbawa C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → CO 2 + H + N.

Ang unti-unting pagkawala ng hydrogen ng mga paunang molekula ay humahantong sa isang pagtaas sa proporsyon ng carbon sa kanila, hanggang sa mabuo ang mga particle C 2 H 2, C 2 H, C 2. Ang blue-blue flame zone ay dahil sa glow ng excited C 2 at CH particles sa zone na ito. Kung ang pag-access ng oxygen sa combustion zone ay limitado, kung gayon ang mga particle na ito ay hindi nag-oxidize, ngunit nakolekta sa mga pinagsama-sama - sila ay nag-polymerize ayon sa scheme C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H + C 4 H 2 → C 6 H 2 + N, atbp.

Ang resulta ay mga particle ng soot na binubuo halos ng mga carbon atoms. Ang mga ito ay hugis ng maliliit na bola, hanggang sa 0.1 micrometers ang diameter, na naglalaman ng humigit-kumulang isang milyong carbon atoms. Ang ganitong mga particle sa mataas na temperatura ay gumagawa ng isang mahusay na maliwanag na dilaw na apoy. Sa tuktok ng apoy ng kandila, nasusunog ang mga particle na ito, kaya hindi umuusok ang kandila. Kung ang karagdagang pagdirikit ng mga particle ng aerosol na ito ay nangyayari, ang mas malalaking mga particle ng soot ay nabuo. Bilang resulta, ang apoy (halimbawa, nasusunog na goma) ay gumagawa ng itim na usok. Ang ganitong usok ay lilitaw kung ang proporsyon ng carbon na may kaugnayan sa hydrogen sa orihinal na gasolina ay nadagdagan. Ang isang halimbawa ay turpentine - isang pinaghalong hydrocarbons na may komposisyon C 10 H 16 (C n H 2n–4), benzene C 6 H 6 (C n H 2n–6), at iba pang nasusunog na likido na may kakulangan ng hydrogen - lahat sa kanila ay naninigarilyo kapag nasunog. Ang isang mausok at maliwanag na nagliliwanag na apoy ay ginawa ng acetylene C 2 H 2 (C n H 2n–2) na nasusunog sa hangin; Noong unang panahon, ang gayong apoy ay ginamit sa mga parol ng acetylene na naka-mount sa mga bisikleta at kotse, at sa mga lampara ng mga minero. At vice versa: hydrocarbons na may mataas na hydrogen content - methane CH 4, ethane C 2 H 6, propane C 3 H 8, butane C 4 H 10 (pangkalahatang formula C n H 2n + 2) - burn na may sapat na air access na may isang halos walang kulay na apoy. Ang isang halo ng propane at butane sa anyo ng isang likido sa ilalim ng mababang presyon ay matatagpuan sa mga lighter, pati na rin sa mga cylinder na ginagamit ng mga residente ng tag-init at mga turista; ang parehong mga cylinder ay naka-install sa mga kotse na pinapagana ng gas. Kamakailan lamang, natuklasan na ang soot ay kadalasang naglalaman ng mga spherical molecule na binubuo ng 60 carbon atoms; tinawag silang fullerenes, at ang pagtuklas ng bagong anyo ng carbon ay minarkahan ng parangal ng Nobel Prize sa Chemistry noong 1996.

Sa panahon ng proseso ng pagkasunog, isang apoy ang nabuo, ang istraktura nito ay tinutukoy ng mga tumutugon na sangkap. Ang istraktura nito ay nahahati sa mga lugar depende sa mga tagapagpahiwatig ng temperatura.

Kahulugan

Ang apoy ay tumutukoy sa mga gas sa mainit na anyo, kung saan ang mga bahagi o sangkap ng plasma ay naroroon sa solid dispersed form. Ang mga pagbabagong-anyo ng mga uri ng pisikal at kemikal ay isinasagawa sa kanila, na sinamahan ng glow, pagpapalabas ng thermal energy at pag-init.

Ang pagkakaroon ng mga ionic at radical na particle sa isang gaseous medium ay nagpapakilala sa electrical conductivity nito at espesyal na pag-uugali sa isang electromagnetic field.

Ano ang mga apoy

Ito ang karaniwang pangalan na ibinibigay sa mga prosesong nauugnay sa pagkasunog. Kung ikukumpara sa hangin, mas mababa ang density ng gas, ngunit ang mataas na temperatura ay nagiging sanhi ng pagtaas ng gas. Ito ay kung paano nabuo ang mga apoy, na maaaring mahaba o maikli. Kadalasan mayroong isang maayos na paglipat mula sa isang anyo patungo sa isa pa.

Apoy: istraktura at istraktura

Upang matukoy ang hitsura ng inilarawan na kababalaghan, sapat na upang sindihan ito. Ang hindi maliwanag na apoy na lumilitaw ay hindi matatawag na homogenous. Sa paningin, tatlong pangunahing lugar ang maaaring makilala. Sa pamamagitan ng paraan, ang pag-aaral ng istraktura ng isang apoy ay nagpapakita na ang iba't ibang mga sangkap ay nasusunog sa pagbuo ng iba't ibang uri ng sulo.

Kapag ang pinaghalong gas at hangin ay nasusunog, isang maikling tanglaw ang unang nabuo, ang kulay nito ay may mga kulay asul at violet. Ang core ay makikita sa loob nito - berde-asul, nakapagpapaalaala ng isang kono. Isaalang-alang natin ang apoy na ito. Ang istraktura nito ay nahahati sa tatlong mga zone:

1. Ang isang lugar ng paghahanda ay natukoy kung saan ang pinaghalong gas at hangin ay pinainit habang ito ay lumabas sa pagbubukas ng burner.
2. Sinusundan ito ng zone kung saan nangyayari ang pagkasunog. Sinasakop nito ang tuktok ng kono.
3. Kapag walang sapat na daloy ng hangin, ang gas ay hindi ganap na nasusunog. Ang carbon divalent oxide at hydrogen residues ay inilabas. Ang kanilang pagkasunog ay nagaganap sa ikatlong rehiyon, kung saan mayroong access sa oxygen.

Ngayon ay hiwalay nating isasaalang-alang ang iba't ibang mga proseso ng pagkasunog.

Nagniningas na kandila

Ang pagsunog ng kandila ay katulad ng pagsunog ng posporo o lighter. At ang istraktura ng apoy ng kandila ay kahawig ng isang mainit na stream ng gas, na hinila paitaas dahil sa mga puwersa ng buoyancy. Ang proseso ay nagsisimula sa pag-init ng mitsa, na sinusundan ng pagsingaw ng waks.

Ang pinakamababang zone, na matatagpuan sa loob at katabi ng thread, ay tinatawag na unang rehiyon. Ito ay may bahagyang glow dahil sa isang malaking halaga ng gasolina, ngunit isang maliit na dami ng oxygen mixture. Dito, ang proseso ng hindi kumpletong pagkasunog ng mga sangkap ay nangyayari, na naglalabas na pagkatapos ay na-oxidized.

Ang unang zone ay napapalibutan ng isang makinang na pangalawang shell, na nagpapakilala sa istraktura ng apoy ng kandila. Ang isang mas malaking dami ng oxygen ay pumapasok dito, na nagiging sanhi ng pagpapatuloy ng reaksyon ng oksihenasyon sa pakikilahok ng mga molekula ng gasolina. Ang mga temperatura dito ay magiging mas mataas kaysa sa madilim na lugar, ngunit hindi sapat para sa huling pagkabulok. Nasa unang dalawang lugar na kapag ang mga patak ng hindi nasusunog na gasolina at mga particle ng karbon ay malakas na pinainit, lumilitaw ang isang maliwanag na epekto.

Ang pangalawang zone ay napapalibutan ng isang mababang-visibility na shell na may mataas na mga halaga ng temperatura. Maraming mga molekula ng oxygen ang pumapasok dito, na nag-aambag sa kumpletong pagkasunog ng mga particle ng gasolina. Matapos ang oksihenasyon ng mga sangkap, ang maliwanag na epekto ay hindi sinusunod sa ikatlong zone.

Ilustrasyon ng eskematiko

Para sa kalinawan, ipinakita namin sa iyong pansin ang isang imahe ng isang nasusunog na kandila. Kasama sa flame circuit ang:

1. Ang una o madilim na lugar.
2. Pangalawang maliwanag na zone.
3. Ang ikatlong transparent na shell.

Ang sinulid ng kandila ay hindi nasusunog, ngunit ang charring lamang ng baluktot na dulo ay nangyayari.

Nasusunog na lampara ng alkohol

Para sa mga eksperimento sa kemikal, kadalasang ginagamit ang maliliit na tangke ng alkohol. Ang mga ito ay tinatawag na mga lampara ng alkohol. Ang mitsa ng burner ay nababad sa likidong gasolina na ibinuhos sa butas. Ito ay pinadali ng presyon ng capillary. Kapag ang libreng tuktok ng mitsa ay naabot, ang alkohol ay nagsisimulang sumingaw. Sa estado ng singaw, ito ay nag-aapoy at nasusunog sa temperatura na hindi hihigit sa 900 °C.

Ang apoy ng isang lampara ng alkohol ay may normal na hugis, halos walang kulay, na may bahagyang kulay ng asul. Ang mga zone nito ay hindi malinaw na nakikita gaya ng sa isang kandila.

Pinangalanan pagkatapos ng scientist na si Barthel, ang simula ng apoy ay matatagpuan sa itaas ng burner grid. Ang paglalim ng apoy na ito ay humahantong sa pagbaba sa panloob na madilim na kono, at ang gitnang seksyon, na itinuturing na pinakamainit, ay lumabas mula sa butas.

Katangian ng kulay

Ang iba't ibang radiation ay sanhi ng mga electronic transition. Tinatawag din silang thermal. Kaya, bilang isang resulta ng pagkasunog ng isang bahagi ng hydrocarbon sa hangin, ang isang asul na apoy ay sanhi ng paglabas ng isang H-C compound. At kapag ang mga particle ng C-C ay naglalabas, ang tanglaw ay nagiging orange-red.

Mahirap isaalang-alang ang istraktura ng isang apoy, ang kimika nito ay kinabibilangan ng mga compound ng tubig, carbon dioxide at carbon monoxide, at ang OH bond. Ang mga dila nito ay halos walang kulay, dahil ang mga particle sa itaas, kapag sinunog, ay naglalabas ng radiation sa ultraviolet at infrared spectrum.

Ang kulay ng apoy ay magkakaugnay sa mga tagapagpahiwatig ng temperatura, na may pagkakaroon ng mga ionic na particle sa loob nito, na nabibilang sa isang tiyak na paglabas o optical spectrum. Kaya, ang pagkasunog ng ilang mga elemento ay humahantong sa isang pagbabago sa kulay ng apoy sa burner. Ang mga pagkakaiba sa kulay ng tanglaw ay nauugnay sa pag-aayos ng mga elemento sa iba't ibang grupo ng periodic system.

Sinusuri ang apoy gamit ang isang spectroscope para sa pagkakaroon ng radiation sa nakikitang spectrum. Kasabay nito, natagpuan na ang mga simpleng sangkap mula sa pangkalahatang subgroup ay nagdudulot din ng katulad na kulay ng apoy. Para sa kalinawan, ang sodium combustion ay ginagamit bilang isang pagsubok para sa metal na ito. Kapag dinala sa apoy, ang mga dila ay nagiging maliwanag na dilaw. Batay sa mga katangian ng kulay, ang linya ng sodium ay kinilala sa spectrum ng paglabas.

Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pag-aari ng mabilis na paggulo ng liwanag na radiation mula sa mga atomic na particle. Kapag ang mga non-volatile compound ng naturang mga elemento ay ipinapasok sa apoy ng isang Bunsen burner, ito ay nagiging kulay.

Ang spectroscopic examination ay nagpapakita ng mga katangiang linya sa lugar na nakikita ng mata ng tao. Ang bilis ng paggulo ng light radiation at ang simpleng spectral na istraktura ay malapit na nauugnay sa mataas na electropositive na katangian ng mga metal na ito.

Katangian

Ang pag-uuri ng apoy ay batay sa mga sumusunod na katangian:

• pinagsama-samang estado ng mga nasusunog na compound. Dumating sila sa gaseous, airborne, solid at likidong anyo;
• uri ng radiation, na maaaring walang kulay, maliwanag at may kulay;
• bilis ng pamamahagi. May mabilis at mabagal na pagkalat;
• taas ng apoy. Ang istraktura ay maaaring maikli o mahaba;
• likas na katangian ng paggalaw ng mga tumutugon na halo. May mga pulsating, laminar, magulong paggalaw;
• visual na pagdama. Nasusunog ang mga sangkap sa paglabas ng mausok, kulay o transparent na apoy;
• tagapagpahiwatig ng temperatura. Ang apoy ay maaaring mababa ang temperatura, malamig at mataas na temperatura.
• estado ng gasolina - oxidizing reagent phase.

Ang pagkasunog ay nangyayari bilang resulta ng pagsasabog o paunang paghahalo ng mga aktibong sangkap.

Oxidative at reduction na rehiyon

Ang proseso ng oksihenasyon ay nangyayari sa isang halos hindi kapansin-pansing zone. Ito ang pinakamainit at matatagpuan sa tuktok. Sa loob nito, ang mga particle ng gasolina ay sumasailalim sa kumpletong pagkasunog. At ang pagkakaroon ng labis na oxygen at kakulangan sa sunugin ay humahantong sa isang matinding proseso ng oksihenasyon. Ang tampok na ito ay dapat gamitin kapag nagpainit ng mga bagay sa ibabaw ng burner. Iyon ang dahilan kung bakit ang sangkap ay nahuhulog sa itaas na bahagi ng apoy. Ang pagkasunog na ito ay nagpapatuloy nang mas mabilis.

Ang mga reaksyon ng pagbabawas ay nagaganap sa gitna at ibabang bahagi ng apoy. Naglalaman ito ng malaking supply ng mga nasusunog na sangkap at isang maliit na halaga ng mga molekula ng O 2 na nagsasagawa ng pagkasunog. Kapag ipinakilala sa mga lugar na ito, ang O elemento ay inalis.

Bilang isang halimbawa ng pagbabawas ng apoy, ang proseso ng paghahati ng ferrous sulfate ay ginagamit. Kapag ang FeSO 4 ay pumasok sa gitnang bahagi ng burner torch, umiinit muna ito at pagkatapos ay nabubulok sa ferric oxide, anhydride at sulfur dioxide. Sa reaksyong ito, ang pagbawas ng S na may singil na +6 hanggang +4 ay sinusunod.

Hinang apoy

Ang ganitong uri ng apoy ay nabuo bilang resulta ng pagkasunog ng pinaghalong gas o likidong singaw na may oxygen mula sa malinis na hangin.

Ang isang halimbawa ay ang pagbuo ng isang apoy ng oxyacetylene. Ito ay nakikilala:

• core zone;
• gitnang lugar ng pagbawi;
• flare extreme zone.

Ito ay kung gaano karaming gas-oxygen mixtures ang nasusunog. Ang mga pagkakaiba sa ratio ng acetylene sa oxidizer ay nagreresulta sa iba't ibang uri ng apoy. Maaari itong maging normal, carburizing (acetylenic) at oxidizing na istraktura.

Sa teorya, ang proseso ng hindi kumpletong pagkasunog ng acetylene sa purong oxygen ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng sumusunod na equation: HCCH + O 2 → H 2 + CO + CO (isang mole ng O 2 ay kinakailangan para sa reaksyon).

Ang resultang molecular hydrogen at carbon monoxide ay tumutugon sa air oxygen. Ang mga huling produkto ay tubig at tetravalent carbon oxide. Ang equation ay ganito: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 +H 2 O. Ang reaksyong ito ay nangangailangan ng 1.5 moles ng oxygen. Kung susumahin ang O 2, lumalabas na 2.5 moles ang ginagastos sa bawat 1 mole ng HCCH. At dahil sa pagsasagawa, mahirap makahanap ng perpektong purong oxygen (kadalasan ay bahagyang kontaminado ng mga impurities), ang ratio ng O 2 hanggang HCCH ay magiging 1.10 hanggang 1.20.

Kapag ang oxygen sa acetylene ratio ay mas mababa sa 1.10, isang carburizing flame ang nangyayari. Ang istraktura nito ay may pinalaki na core, ang mga balangkas nito ay nagiging malabo. Ang soot ay inilabas mula sa naturang apoy dahil sa kakulangan ng mga molekula ng oxygen.

Kung ang ratio ng gas ay mas malaki kaysa sa 1.20, kung gayon ang isang oxidizing flame na may labis na oxygen ay nakuha. Ang mga sobrang molekula nito ay sumisira sa mga atomo ng bakal at iba pang bahagi ng steel burner. Sa gayong apoy, ang bahaging nuklear ay nagiging maikli at may mga puntos.

Mga tagapagpahiwatig ng temperatura

Ang bawat fire zone ng isang kandila o burner ay may sariling mga halaga, na tinutukoy ng supply ng mga molekula ng oxygen. Ang temperatura ng bukas na apoy sa iba't ibang bahagi nito ay mula 300 °C hanggang 1600 °C.

Ang isang halimbawa ay isang diffusion at laminar flame, na nabuo ng tatlong shell. Ang kono nito ay binubuo ng isang madilim na lugar na may temperatura na hanggang 360 °C at isang kakulangan ng mga oxidizing substance. Sa itaas nito ay isang glow zone. Ang temperatura nito ay mula 550 hanggang 850 °C, na nagtataguyod ng thermal decomposition ng combustible mixture at ang combustion nito.

Ang panlabas na lugar ay halos hindi napapansin. Sa loob nito, ang temperatura ng apoy ay umabot sa 1560 °C, na dahil sa mga likas na katangian ng mga molecule ng gasolina at ang bilis ng pagpasok ng oxidizing substance. Ito ay kung saan ang combustion ay pinaka-energetic.

Ang mga sangkap ay nag-aapoy sa ilalim ng iba't ibang mga kondisyon ng temperatura. Kaya, ang magnesium metal ay nasusunog lamang sa 2210 °C. Para sa maraming solido ang temperatura ng apoy ay nasa paligid ng 350°C. Ang mga posporo at kerosene ay maaaring mag-apoy sa 800 °C, habang ang kahoy ay maaaring mag-apoy mula 850 °C hanggang 950 °C.

Ang sigarilyo ay nasusunog na may apoy na ang temperatura ay nag-iiba mula 690 hanggang 790 °C, at sa isang pinaghalong propane-butane - mula 790 °C hanggang 1960 °C. Ang gasolina ay nagniningas sa 1350 °C. Ang apoy ng pagkasunog ng alkohol ay may temperatura na hindi hihigit sa 900 °C.