Ateşin kimyasal bileşimi. Bilime başlayın. Her şey nereden geliyor?

- genellikle oksijen olan bir oksitleyicinin, genellikle karbon olan bir yakıtı oksitleyerek karbondioksit, su, ısı ve ışık gibi yanma ürünleri ürettiği ekzotermik bir reaksiyon olan yanmayı içeren sürekli bir zincirleme reaksiyon. Tipik bir örnek metan yanmasıdır:

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O

Yanma sonucu oluşan ısı, yanmanın kendisine güç sağlamak için kullanılabilir ve bu yeterli olduğunda ve yanmayı sürdürmek için ilave enerji gerekmediğinde yangın meydana gelir. Yangını durdurmak için yakıtı (ocaktaki brülörü kapatın), oksitleyiciyi (ateşi özel bir malzemeyle örtün), ısıyı (ateşin üzerine su serpin) veya reaksiyonun kendisini ortadan kaldırabilirsiniz.

Yanma, bazı açılardan fotosentezin tam tersidir; ışık, su ve karbon dioksitin karbon üretmek için girdiği endotermik bir reaksiyondur.

Yakılan odunun selülozda bulunan karbonu tükettiğini varsaymak cazip gelebilir. Ancak daha karmaşık bir şeylerin olduğu görülüyor. Ahşap ısıya maruz kalırsa, pirolize uğrar (oksijen gerektirmeyen yanmanın aksine), onu gazlar gibi daha yanıcı maddelere dönüştürür ve yangınlarda tutuşan da bu maddelerdir.

Odun yeterince uzun süre yanarsa alev kaybolacaktır ancak için için yanma devam edecek ve özellikle odun parlamaya devam edecektir. İçin için yanma, tam yanmanın aksine karbon monoksit oluşumuyla sonuçlanan eksik yanmadır.

Gündelik nesneler, çoğu kızılötesi aralıkta olmak üzere sürekli olarak ısı yayar. Dalga boyu görünür ışıktan daha uzun olduğundan özel kameralar olmadan görülemez. Yangın, kızılötesi radyasyon da üretmesine rağmen görünür ışık üretecek kadar parlaktır.

Yangında rengin ortaya çıkmasının bir diğer mekanizması da yanan nesnenin emisyon spektrumudur. Kara cisim radyasyonunun aksine, radyasyon spektrumu ayrı frekanslara sahiptir. Bunun nedeni, elektronların belirli frekanslarda fotonlar üretmesi ve yüksek enerji durumundan düşük enerji durumuna geçmesidir. Bu frekanslar bir numunede bulunan elemanları belirlemek için kullanılabilir. Yıldızların bileşimini belirlemek için benzer bir fikir (soğurma spektrumunu kullanarak) kullanılır. Emisyon spektrumu aynı zamanda havai fişeklerin ve renkli ışıkların renginden de sorumludur.

Dünyadaki bir alevin şekli yer çekimine bağlıdır. Bir yangın çevredeki havayı ısıttığında konveksiyon meydana gelir: diğer şeylerin yanı sıra sıcak kül içeren sıcak hava yükselir ve soğuk hava (oksijen içeren) alçalır, yangını destekler ve aleve şeklini verir. Uzay istasyonu gibi düşük yerçekiminde bu gerçekleşmez. Ateş, oksijenin difüzyonu ile beslendiği için daha yavaş ve küre şeklinde yanar (çünkü yanma yalnızca ateşin oksijen içeren hava ile temas ettiği yerde meydana gelir. Kürenin içinde oksijen kalmaz).

Siyah vücut radyasyonu

Kara cisim radyasyonu, Planck'ın kuantum mekaniğiyle ilgili formülüyle tanımlanır. Tarihsel olarak kuantum mekaniğinin ilk uygulamalarından biriydi. Kuantum istatistik mekaniğinden aşağıdaki şekilde türetilebilir.

T sıcaklığındaki bir foton gazının frekans dağılımını hesaplıyoruz. Bunun, aynı sıcaklıktaki tamamen siyah bir cisim tarafından yayılan fotonların frekans dağılımıyla çakışması, Kirchhoff'un radyasyon yasasından kaynaklanmaktadır. Buradaki fikir, siyah cismin foton gazıyla sıcaklık dengesine getirilebilmesidir (çünkü aynı sıcaklığa sahiptirler). Fotonik gaz, aynı zamanda foton da yayan siyah cisim tarafından emilir, bu nedenle denge için, siyah cismin radyasyon yaydığı her frekans için, onu aynı oranda absorbe etmesi gerekir; bu, frekans dağılımıyla belirlenir. gaz.

İstatistiksel mekanikte, T sıcaklığında termal dengede olan bir sistemin mikro durum s'de olma olasılığı orantılıdır.

Burada E s, s durumunun enerjisidir ve β = 1 / k B T veya termodinamik beta (T sıcaklıktır, k B Boltzmann sabitidir). Bu Boltzmann dağılımıdır. Bunun bir açıklaması Terence Tao'nun blog yazısında verilmiştir. Bu, olasılığın eşit olduğu anlamına gelir

P s = (1/Z(β)) * e - β E s

Z(β) normalleştirme sabitidir.

Z(β) = ∑ s e - β E s

Bir foton gazının durumunu tanımlamak için fotonların kuantum davranışı hakkında bir şeyler bilmeniz gerekir. Standart elektromanyetik alan kuantizasyonunda alan, her biri farklı açısal frekanslarda (ω) salınan bir dizi kuantum harmonik salınım olarak görülebilir. Harmonik bir osilatörün özdurumlarının enerjileri, negatif olmayan bir tamsayı n ∈ ℤ ≥ 0 ile gösterilir; bu, ω frekansındaki fotonların sayısı olarak yorumlanabilir. Öz durum enerjileri (bir sabite kadar):

Buna karşılık, kuantum normalleştirme sabiti, düşük frekanslarda (sıcaklığa göre) klasik cevabın yaklaşık olarak doğru olduğunu, ancak yüksek frekanslarda ortalama enerjinin üstel olarak düştüğünü ve düşük sıcaklıklarda düşüşün daha büyük olduğunu tahmin eder. Bunun nedeni, yüksek frekanslarda ve düşük sıcaklıklarda, bir kuantum harmonik osilatörün zamanının çoğunu temel durumda geçirmesi ve bir sonraki seviyeye o kadar kolay geçiş yapmamasıdır ki bu da katlanarak daha az olasıdır. Fizikçiler bu serbestlik derecesinin (bir osilatörün belirli bir frekansta salınma özgürlüğü) çoğunun "donmuş" olduğunu söylüyor.

Durumların yoğunluğu ve Planck formülü

Şimdi, belirli bir ω frekansında ne olduğunu bildiğimiz için, olası tüm frekansları toplamak gerekir. Hesaplamaların bu kısmı klasiktir ve herhangi bir kuantum düzeltmesi yapılmasına gerek yoktur.

Foton gazının, periyodik sınır koşullarıyla (yani gerçekte düz bir torus T = ℝ 3 / L ℤ 3 olacaktır) L uzunluğunda bir kenar uzunluğuna sahip bir hacim içinde yer aldığı şeklindeki standart basitleştirmeyi kullanıyoruz. Olası frekanslar, belirli sınır koşullarına sahip bir hacimdeki duran dalgalar için elektromanyetik dalga denkleminin çözümlerine göre sınıflandırılır; bu da, bir faktöre kadar Laplace Δ'nın özdeğerlerine karşılık gelir. Daha kesin olarak, eğer Δ υ = λ υ, burada υ(x) düzgün bir fonksiyon T → ℝ ise, o zaman duran dalga için elektromanyetik dalga denkleminin karşılık gelen çözümü şöyle olacaktır:

υ(t, x) = e c √λ t υ(x)

Ve bu nedenle, λ'nın genellikle negatif olduğu ve dolayısıyla √λ'nun genellikle sanal olduğu göz önüne alındığında, karşılık gelen frekans şuna eşit olacaktır:

ω = c √(-λ)

Bu frekans, dim V λ kez meydana gelir; burada V λ, Laplace'ın λ özdeğeridir.

Periyodik sınır koşullarına sahip bir hacim kullanarak koşulları basitleştiriyoruz çünkü bu durumda Laplace'ın tüm özfonksiyonlarını yazmak çok kolaydır. Basitlik açısından karmaşık sayıları kullanırsak, bunlar şu şekilde tanımlanır:

υ k (x) = e ben k x

Burada k = (k 1, k 2, k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3, dalga vektörü. Laplace'ın karşılık gelen özdeğeri şöyle olacaktır:

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

Karşılık gelen frekans

Ve karşılık gelen enerji (bu frekansın bir fotonu)

E k = ℏ ω k = ℏ c |k|

Burada, kesin olarak konuşursak, ayrık olan olası frekanslar ω k üzerinden olasılık dağılımını sürekli bir olasılık dağılımıyla yaklaşık olarak hesaplıyoruz ve g(ω) durumlarının karşılık gelen yoğunluğunu hesaplıyoruz. Buradaki fikir, g(ω) dω'nin, ω ile ω + dω arasında değişen frekanslara sahip mevcut durumların sayısına karşılık gelmesi gerektiğidir. Daha sonra son normalleştirme sabitini elde etmek için durumların yoğunluğunu entegre ederiz.

Bu yaklaşım neden makul? Normalleştirme sabitinin tamamı aşağıdaki gibi açıklanabilir. Her k ∈ 2 π / L * ℤ 3 dalga numarası için, o dalga numarasına sahip fotonların sayısını tanımlayan bir n k ∈ ℤ ≥0 sayısı vardır. Toplam foton sayısı n = ∑ n k sonludur. Her foton enerjiye ℏ ω k = ℏ c |k| ekler, bu da şu anlama gelir:

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

Bu nedenle tüm k dalga sayıları için logaritması toplam olarak yazılır

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

Ve bu toplamı bir integralle tahmin etmek istiyoruz. Makul sıcaklıklar ve büyük hacimler için integralin k ile çok yavaş değiştiği, dolayısıyla bu yaklaşımın çok yakın olacağı ortaya çıktı. Yalnızca Bose-Einstein yoğunlaşmasının meydana geldiği ultra düşük sıcaklıklarda çalışmayı durdurur.

Durum yoğunluğu aşağıdaki şekilde hesaplanır. Dalga vektörleri, "faz uzayında" yaşayan tek biçimli kafes noktaları olarak temsil edilebilir; yani, faz uzayının belirli bir bölgesindeki dalga vektörlerinin sayısı, en azından kafes aralığı 2π/L ile karşılaştırıldığında büyük bölgeler için hacmiyle orantılıdır. . Temel olarak, faz uzayı bölgesindeki dalga vektörlerinin sayısı V/8π 3'e eşittir, burada V = L 3, bizim sınırlı hacmimizdir.

Geriye ω k = c |k| frekansına sahip tüm k dalga vektörleri için faz uzayı bölgesinin hacmini hesaplamak kalıyor. ω ile ω + dω aralığındadır. Bu, kalınlığı dω/c ve yarıçapı ω/c olan küresel bir kabuktur, yani hacmi

2πω 2 /c 3 dω

Bu nedenle bir fotonun durum yoğunluğu

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 c 3 dω

Aslında bu formül iki kat daha düşüktür: Belirli bir dalga sayısı için durum sayısını iki katına çıkaran fotonların polarizasyonunu (veya eşdeğer olarak fotonun dönüşünü) hesaba katmayı unuttuk. Doğru Yoğunluk:

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 c 3 dω

Durum yoğunluğunun hacim V'de doğrusal olması gerçeği yalnızca düz bir torusta işe yaramaz. Bu, Weyl yasasına göre Laplace'ın özdeğerlerinin bir özelliğidir. Bu, normalleştirme sabitinin logaritmasının olduğu anlamına gelir

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

β'ya göre türev foton gazının ortalama enerjisini verir

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

Ama bizim için önemli olan “enerji yoğunluğunu” veren integrandtır.

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

Frekansları ω ila ω + dω aralığında olan fotonlardan kaynaklanan foton gazı enerjisinin miktarını tanımlar. Nihai sonuç, Planck formülünün bir biçimidir, ancak onu fotonik gazlar yerine siyah cisimlere uygulanan bir formüle dönüştürmek biraz kurcalamayı gerektirir (birim hacim başına yoğunluğu elde etmek için V'ye bölmeniz ve birkaç işlem yapmanız gerekir). radyasyonun ölçüsünü almak için daha fazla şey).

Planck'ın formülünün iki sınırlaması var. βℏω → 0 olması durumunda payda βℏω'ya yönelir ve şunu elde ederiz:

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

Etiketler: Etiket ekleyin

giriiş

Konunun alaka düzeyi. Ateş olmadan Dünya'da yaşam mümkün değildir. Her gün ateş görüyoruz; soba, ateş, soba vb. Her yerde; evlerde ve okullarda, fabrikalarda ve fabrikalarda, uzay gemisi motorlarında. Şan Meydanı'nda Ebedi Alev yanıyor, kiliselerde mumlar hep yanıyor...

Bütün yaz televizyonlarda orman yangınları gösterildi. Bize hava sağlayan çok sayıda ağaç geri dönülemez bir şekilde yandı. İlginç kitaplar ve okul defterlerimiz haline gelebilirler. Hayvanlar öldü. Bütün köyler yakıldı, insanlar evsiz kaldı.

Bu yangın ilginç ve gizemli!

Çocuklar için yangınlar ve güvenlik önlemleri hakkında pek çok kitap yazılmıştır; bunlar arasında edebi eserler de bulunmaktadır (S. Mikhalkov'un "Stepa Amca", K. Chukovsky'nin "Karışıklık", S. Marshak'ın "Kedi Evi", vb.). Ancak hem ateşin özelliklerini hem de faydalarını ayrıntılı olarak anlatan bu tür kaynaklar nadirdir. Çalışmamız böyle bir boşluğu doldurma girişimidir.

Çalışmanın amacı: Ateşin insanlar için anlamının incelenmesi.

Görevler. Bu çalışmamızda ateşin özelliklerini inceleyip şu soruya cevap vereceğiz: Ateş nedir? İnsanların bu özellikleri nasıl kullandıklarını da anlıyoruz. Ateş insanlara nasıl ve neden yardım edebilir ve zarar verebilir? (Ek 1).

Referans literatürünü kullandık: bir sözlük, bir ansiklopedi, yetişkinler için bazı kitaplar ve internetten alınan bilgiler.

1. Ateş nedir? Yangının temel özellikleri

Çocuk ansiklopedisinde ateş ve yanmanın tanımı şu şekildedir: "Bu, maddelerden birinin havadaki oksijenle birleşecek kadar ısındığı kimyasal bir reaksiyondur." Rus dilinin açıklayıcı sözlüğünde şunu okuyoruz: "Ateş, yüksek sıcaklıkta parlak gazları yakıyor." Bu eserin yazarı bu bilgiyi okuduktan sonra hala ateşin ne olduğunu anlamadı ve ona ilkokul öğrencilerinin anlayabileceği bir tanım vermeye karar verdi. Bunu yapmak için ana özelliklerini tanımlamanız gerekir.

Yangının temel özelliklerini deneysel yöntemler (deneyler) ve gözlem kullanarak inceliyoruz. Hadi bazı deneyler yapalım.

Not. Tüm deneyler yetişkinlerin katılımıyla ve yardımıyla gerçekleştirildi ve güvenlik kurallarına uyuldu: yanmaz bir yüzey (cam tahta) kullanıldı ve bir sürahi su hazırlandı.

Deneylerin açıklaması:

Deney No. 1. Geceleri odadaki ışıklar kapatıldı. Hava karardı, hiçbir şey görünmüyordu. Bir mum yaktılar, nesnelerin ve insanların ana hatları görünür hale geldi.

Sonuç: 1 özellik: Ateş ışık yayar! (Bakınız: Ek, slayt 4)

Küçük bir mum alevi bile bir odayı aydınlatabilir. Bu yüzden elektrik kesintisi durumunda annemin stokunda her zaman mum bulunur.

2. Deney. Elinizi mum alevine çok dikkatli bir şekilde yaklaştırmaya çalışın. 20 cm'lik bir mesafede, aşağıda çok ısınır - yanma hissi nedeniyle elinizi indirmek imkansızdır.

Sonuç: Özellik 2: Ateş çok fazla ısı üretir! (Bakınız: Ek, slayt 5).

Deney No. 3. Yanan mumu bir cam kavanozla örtün. Birkaç saniye sonra alev söner. Aynı şey gaz ocağında da olur. Güvenilirlik için deneyi 3 kez tekrarladık. Sonuç her zaman aynıdır; alevin yanması durur.

Sonuç: 3. özellik: Ateşin yanabilmesi için havaya, daha doğrusu içerdiği oksijene ihtiyacı vardır. (Bakınız: Ek, slayt 6).

Böylece ateşin temel özelliklerini öğrendik ve şu soruyu zaten cevaplayabiliriz: Ateş nedir?

Yangın, oksijenin tüketildiği, ışık ve ısının açığa çıktığı bir süreçtir.

Ateşin özelliklerini incelemeye devam edelim.

1) Mum alevini gözlemleyin. Yukarı doğru bakan sakin bir alevin şekli bir koniye benzer. Bir mumun alevine yavaşça üflerseniz şekli değişir, hava akışından sapar. Hafifçe açık bir pencereye bir mum tuttuğunuzda da aynı şey olur.

Sonuç: Alevin şekli hava akışı kullanılarak değiştirilebilir. Bu özellik ateş yakarken kullanılır. (Bakınız: Ek, slayt 9,10,11).

2) Alevin rengini düşünün. Renk her yerde aynı değildir, alevin katmanları vardır: En alttaki katman mavimsi, sonra açık sarı bir katman, ondan sonra en üstteki kırmızımsı-turuncu katmandır. (Bakınız: Ek, slayt 13).

Ama her şey renkle ilgili değil.

Mutfaktaki gazın daima mavi, ahşabın ise daima sarı-turuncu yandığını fark ettik. Elektrik kablosuna bağlı ince bakır telin yandığını gözlemlediğimizde alevin yeşile döndüğünü gördük. (Bakınız: Ek, slayt 14, 17, 18, 19).

Sonuçlar: 1. Farklı maddeler ve malzemeler farklı alev renkleriyle yanar. Demek bu kadar güzel havai fişekleri bu şekilde elde ediyorsunuz! 2. Bu, bilinmeyen bir maddeyi alevin rengine göre belirleyebileceğiniz anlamına gelir, sadece onu ateşe vermeniz yeterlidir (yöntemlerden biri olarak).

Deney No. 5. Alev sıcaklığı. Aynı ince bakır teli alalım. Böyle bir telin alev boyunca tutan ucu alevin farklı yerlerine ve farklı yüksekliklerine yerleştirilerek alevin tel üzerindeki etkisini gözlemliyoruz. Gözlemler şunları ortaya koyuyor:

• Alevin alt kısmında tel parlamaz, yanmaz, sadece siyah bir kaplama ile kaplanmıştır.
• Orta kısımda tel kırmızı renkte parlıyor ve kırmızı renkte parlamaya başlıyor.
• Alevin en tepesinde tel yanar ve aleve yeşilimsi bir renk verir.

Bu, alevin farklı katmanlarındaki sıcaklığın farklı olduğu anlamına gelir. Bu, kişinin elini aleve yakın tutma deneyimiyle doğrulanır. Elinizi ancak 20 cm yukarıdan getirebileceğinizi hatırlıyoruz, parmağınızı alevin dibine getirdiğinizde ısı sadece 1 cm mesafede hissediliyor.

Sonuç: Alevin yalnızca rengi değil aynı zamanda sıcaklığı da farklı olan birkaç katmanı vardır. Alev en altta en soğuk, en üstte ise en sıcaktır. (Bakınız: Ek, slayt 20).

2. Ateşin anlamı: yararları ve zararları

Yapılan deneyler, kendi gözlemlerimiz ve okuduğumuz materyaller sonucunda insanların ateşi hayatlarında sürekli kullandıklarına ve bunun onlara çok büyük faydalar sağladığına ikna olduk.

1. Günlük yaşamda: mekanın ısıtılması, yemek pişirilmesi, su ısıtılması, aydınlatma için - elektrik çalışmıyorsa. Ateş aynı zamanda konfora da hizmet eder. Örneğin bir şömine veya kokulu mumlar.
2. Görünüşe göre yangının faydalı özellikleri birçok tesis ve fabrikada kullanılıyor. Ateş metali eritir ve daha sonra ona şekil verilir. Metal aynı zamanda metali kesmek veya tersine kaynak yapmak için de kullanılır. Bu nedenle örneğin çeşitli makine ve mekanizmaların yapımında kullanılır.

Ateş ayrıca şu amaçlarla da kullanılır:

• Cam ve toprak yapımı.
• Plastik, boya üretimi.
• İlaç yapmak.
• Atık geri dönüşümü.

Ve bu, ateşin “iyi” işlerinin tam listesi değil.

Sonuç: İnsanların gerçekten ateşe ihtiyacı var. Isıtır, besler ve aydınlatır. Modern insan ateşi sürekli kullanır. Ateşsiz bir hayat düşünmek imkansızdır.

Ancak ateş çok tehlikelidir! Her zaman kontrol edilmesi gerekiyor. Çok fazla zarar verme yeteneğine sahiptir. Yangınlardan bahsediyoruz. Yangın, bir ateşin insanın isteği dışında yanması ve her şeyi yok etmesidir.

Yangınlar devletimize ve halkımıza büyük zararlar vermektedir. Ateş, tüm canlılara düşman olan çok korkunç, acımasız bir olgudur. (Bakınız: Ek, slayt 26).

Ateş zararlıdır çünkü: insanlar yangınlardan ölür ve ciddi yanıklara maruz kalır, insanlar evlerini kaybeder, ormanlar yangınlardan kaybolur ve tüm sakinleri ölür: hayvanlar, kuşlar, yangın, bir insanın emeğiyle yarattığı her şeyi yok edebilir.

Bazı istatistikler. Dünyada her yıl yaklaşık 5 milyon yangının meydana geldiğini hayal edin! Yangında her saat başı bir kişi ölüyor, iki kişi yaralanıyor ya da yanıyor. Öldürülen her üç kişiden biri çocuk.

Nasıl ortaya çıkıyorlar? Yangının dikkatsiz kullanımı, güvenlik önlemlerine dürüst olmayan tutum nedeniyle.

Yangınlar ve yangının getirdiği sıkıntılar hakkında pek çok kitap yazılmıştır. Çocuklar dahil. Neden çocuklar için yangınlarla ilgili bu kadar çok kitap yazılıyor? Çünkü yangınların sıklıkla çocukların hatasından kaynaklandığını düşünüyoruz.

Tüm arkadaşlara şunu hatırlatmak isteriz:

Asla ateşle oynamayın!

Ateşi ancak yetişkinlerin huzurunda ve onların gözetimi altında yakabilirsiniz.

Yangın çıkan veya yangının başka şekilde kullanıldığı yerlerde söndürücü maddeler hazır bulundurulmalıdır.

Yangın gözetimsiz bırakılmamalıdır.

Yangına artık ihtiyaç duyulmadığında iyice söndürülmesi gerekir.

Çözüm

Böylece yaptığımız çalışma sonucunda çocukların anlayabileceği bir yangın tanımı vermiş olduk: “Yangın, oksijenin emildiği, ışık ve ısının açığa çıktığı bir süreçtir.”

Ayrıca şunu da öğrendiler: Alevin belirli bir şekli var; yalnızca renk açısından değil aynı zamanda sıcaklık açısından da farklılık gösteren birkaç katman. Bu durumda alevin şekli hava akışı kullanılarak değiştirilebilir. Bu özelliklerin bilinmesi insanların ateşi daha etkin kullanmalarına yardımcı olur.

Farklı madde ve malzemeler farklı alev renkleriyle yanar. Bu, bazı maddeleri alevin rengine göre belirleyebileceğiniz anlamına gelir, sadece onu ateşe vermeniz yeterlidir (yöntemlerden biri olarak).

Genel olarak insanların ateşe gerçekten ihtiyacı vardır; ısıtır, besler ve aydınlatır. Modern insan ateşi sürekli kullanır. Ateşsiz bir hayat düşünmek imkansızdır.

Ancak ateş çok tehlikelidir! Her zaman denetlenmeli ve gözetimsiz bırakılmamalıdır. Çok fazla zarar verme yeteneğine sahiptir. Ateş, tüm canlılara düşman olan çok korkunç, acımasız bir olgudur.

Elbette ateş gibi şaşırtıcı bir olguyla ilgili her şeyi keşfetmedik. Dolayısıyla gelecekte şu soruları araştırmak mümkün: İnsanlar ateş yakmayı nasıl öğrendiler, ilk yöntemler nelerdi? Hangi maddeler yanmaz ve neden? Ateş hileleri nasıl yapılır? “Ateş ve Silahlar” konusu da ilginç.

Bu çalışmanın sonuçları anaokulu ve ilkokulda çevremizdeki dünya (çevremizdeki dünya) ile ilgili derslerde yardımcı materyal olarak kullanılabilir. Ateşle ilgilenen çocuklar için bu tür materyaller görsel ve oldukça basit olduğundan faydalı olacaktır.

Kaynak ve literatür listesi

1. John Farndon, Ian James, Ginny Johnson, Angela Royston, vb. Ansiklopedi “Sorular ve Cevaplar”. İngilizceden çeviri: E. Kulikova, D. Belenkaya ve diğerleri, Atticus Publishing Group LLC, 2008. 255 s.
2. Kaydanova O.V (derleyici) Ateş ve İnsan. Moskova, 1912. 98 s.
3. Ozhegov S.I. Rus dili sözlüğü: M .: Rus. Lang., 1984. 797 s.
4. Safronov M.A., Vakurov A.D. Ormanda yangın. Novosibirsk: bilim, 1991. 130 s.
5. İnternet kaynakları:

Ateş unsuru. http://salamand.ru/sootvetstviya-stixii-ognya

Rus istatistikleri. http://www.statp.ru

Alevin çeşitli kısımlarındaki bileşimi çok heterojendir çünkü gaz karışımının bileşimine ve hava emme koşullarına, yani karışımın akış hızına ve çevredeki atmosferin basıncına bağlıdır.
Kaynak işlemi için alevin ortalama çalışma bölgesinin bileşimi büyük önem taşımaktadır.
Alevin kimyasal bileşimi deneysel olarak - doğrudan seçilen örneklerin kimyasal analiziyle veya spektral yöntemle belirlenebilir. Yaklaşık hesaplama yöntemleri de vardır.
Alevin bileşiminin doğrudan kimyasal analizi, sonuçların daha fazla doğruluğunu iddia edemez, çünkü alevin farklı bölgelerinden numuneler alınırken, soğutma sırasında gazın bileşimi değişebilir.
Asetilen-oksijen alevinin yanma ürünlerinin kimyasal analizi genellikle alevin iç çekirdeğinden belirli bir mesafede bulunan bölgelerde gerçekleştirilir. Alevin iç çekirdeğindeki asetilenin pirojenik ayrışmasının kararsız ara ürünlerinin bileşimine gelince, ikincisi en doğru şekilde spektral analizle belirlenir. Örneğin, alevin iç çekirdeğinin spektral analizi, bir karbon molekülü tarafından yayılan bantlara sahip bir hidrokarbon spektrumunu ortaya çıkardı. Alevin dış bölgesinin spektral analizi ayrıca OH radikalinin vb. varlığını da ortaya çıkarır.
Kaynak asetilen-oksijen alevinin bileşimini düzenlemenin temelleri A.N. Çeliklerin kaynaklanması sırasında yanıcı gaz ve oksijen karışımının optimal bileşimlerini belirlemek için genel prensipleri belirleyen Shashkov.
A.N.'nin çalışmalarının gösterdiği gibi, daha önce kabul edilen alevin nötr, indirgeyici ve oksitleyici olarak bölünmesi. Shashkov'un iddiası temelsizdir, çünkü belirli bir bileşimde, sıcaklıkta ve basınçta gerçekten nötr bir alev, hem metalin kendisi hem de alt oksidi ile aynı anda dengede olduğundan metali oksitlemez veya deoksidize etmez. Gaz karışım oranı 1,1-1,2 olan nötr bir kaynak alevi, oksidasyonu yoğun bir şekilde önler ve bazı durumlarda, örneğin demir, bakır ve nikel kaynağı yaparken, gerekli konsantrasyonun varlığı nedeniyle kaynak havuzunun metalini eski haline getirir. alevin orta bölgesindeki karbon monoksit ve hidrojen - atomik ve moleküler.
Aşırı asetilen içeren bir alevden bahsederken "indirgeme alevi" terimi de temelsiz ve yanlıştır, çünkü böyle bir alev kaynak havuzunun metalini azaltmaz, ancak onu karbonlaştırır.
H2 ve CO'nun demir oksit ve demir ile denge diyagramından (Şekil 37 ve 38), yalnızca denge çizgileri (diyagram çizgisi) üzerinde yer alan karışım bileşimlerinin nötr olduğu ve dolayısıyla kabaca ayarlanmasıyla açıkça görülmektedir. kaynak alevi ile nötr alev elde edilme olasılığı yok denecek kadar azdır. Bir gaz karışımındaki oksijen içeriğinin alt sınırı, tüm karbonun CO'ya oksidasyonu koşulundan belirlenir.
Asetilenin oksijen içindeki yanma reaksiyonundan, oksijenin asetilene hacim oranı 1 olmalıdır, ancak hidrojenin küçük bir kısmının yanıcı karışımın oksijeni nedeniyle su buharına yandığı ve ayrıca Oksijenin kirlenmesi nedeniyle karışımdaki minimum oksijen içeriği daha fazla olmalı ve 1,05-1,1'e karşılık gelmelidir.

Oksijen eksikliği olduğunda, alev, havadaki oksijende yanan ve alevin çekirdeğini çevreleyen beyazımsı bir koni şeklinde ek bir bölge oluşturan, metali karbonlaştırabilen fazla miktarda serbest karbona sahiptir. kaynak.
Düşük karbonlu çeliğin kaynağıyla ilgili olarak, normal bir alevdeki oksijen içeriğinin üst sınırı, CO ve H2'nin demir oksit FeO ile heterojen dengesi koşulundan belirlenir.
Kantitatif olarak bu üst sınır, başta kaynak havuzunun sıcaklığı ve yanıcı gazın bileşimi olmak üzere birçok parametreye bağlıdır.

Karanlığa nasıl lanet okunur
En azından onu aydınlatmak daha iyi
bir küçük mum.
Konfüçyüs

Başta

Yanma mekanizmasını anlamaya yönelik ilk girişimler İngiliz Robert Boyle, Fransız Antoine Laurent Lavoisier ve Rus Mikhail Vasilyevich Lomonosov'un isimleriyle ilişkilidir. Yanma sırasında maddenin, bir zamanlar safça inanıldığı gibi hiçbir yerde "kaybolmadığı", ancak çoğunlukla gaz halindeki ve dolayısıyla görünmez olan diğer maddelere dönüştüğü ortaya çıktı. Lavoisier, 1774 yılında yanma sırasında yaklaşık beşte birinin havadan kaybolduğunu gösteren ilk kişi oldu. 19. yüzyılda bilim adamları yanmaya eşlik eden fiziksel ve kimyasal süreçleri ayrıntılı olarak incelediler. Bu tür çalışmalara duyulan ihtiyaç öncelikle madenlerdeki yangınlar ve patlamalardan kaynaklandı.

Ancak yanmaya eşlik eden ana kimyasal reaksiyonlar ancak yirminci yüzyılın son çeyreğinde belirlendi ve bugüne kadar alevin kimyasında pek çok karanlık nokta kaldı. Birçok laboratuvarda en modern yöntemler kullanılarak çalışılmaktadır. Bu çalışmaların birkaç amacı vardır. Bir yandan, hava-benzin karışımı bir araba silindirinde sıkıştırıldığında patlayıcı yanmayı (patlama) önlemek için termik santral fırınlarındaki ve içten yanmalı motorların silindirlerindeki yanma süreçlerini optimize etmek gerekir. Öte yandan yanma işlemi sırasında oluşan zararlı maddelerin miktarını azaltmak ve aynı zamanda yangını söndürmek için daha etkili yöntemler aramak gerekir.

İki tür alev vardır. Yakıt ve oksitleyici (çoğunlukla oksijen), yanma bölgesine ayrı ayrı zorla veya kendiliğinden verilebilir ve alevle karıştırılabilir. Veya önceden karıştırılabilirler - barut, havai fişek için piroteknik karışımlar, roket yakıtı gibi bu tür karışımlar havanın yokluğunda yanabilir ve hatta patlayabilir. Yanma, hem yanma bölgesine hava ile giren oksijenin katılımıyla hem de oksitleyici maddede bulunan oksijenin yardımıyla meydana gelebilir. Bu maddelerden biri Berthollet tuzudur (potasyum klorat KClO3); bu madde kolaylıkla oksijeni verir. Güçlü bir oksitleyici madde nitrik asit HNO 3'tür: saf haliyle birçok organik maddeyi tutuşturur. Nitratlar, nitrik asit tuzları (örneğin gübre - potasyum veya amonyum nitrat formunda), yanıcı maddelerle karıştırıldığında oldukça yanıcıdır. Bir başka güçlü oksitleyici olan nitrojen tetroksit N 2 O 4, roket yakıtlarının bir bileşenidir. Oksijen aynı zamanda birçok maddenin yandığı klor veya flor gibi güçlü oksitleyici maddelerle de değiştirilebilir. Saf flor en güçlü oksitleyici maddelerden biridir; su akışında yanar.

Zincir reaksiyonları

Yanma ve alev yayılımı teorisinin temelleri geçen yüzyılın 20'li yıllarının sonlarında atıldı. Bu çalışmalar sonucunda dallanmış zincir reaksiyonları keşfedildi. Bu keşif için Rus fizikokimyacı Nikolai Nikolaevich Semenov ve İngiliz araştırmacı Cyril Hinshelwood, 1956'da Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü. Daha basit dallanmamış zincir reaksiyonları, 1913 yılında Alman kimyager Max Bodenstein tarafından hidrojenin klor ile reaksiyonu örneğini kullanarak keşfedildi. Genel reaksiyon, H2 + Cl2 = 2HCl basit denklemiyle ifade edilir. Aslında, serbest radikaller olarak adlandırılan çok aktif molekül parçalarını içerir. Spektrumun ultraviyole ve mavi bölgelerindeki ışığın etkisi altında veya yüksek sıcaklıklarda, klor molekülleri atomlara ayrışır ve bu, uzun (bazen bir milyon bağlantıya kadar) bir dönüşüm zinciri başlatır; Bu dönüşümlerin her birine temel reaksiyon denir:

Cl + H 2 → HC1 + H,
H + Cl2 → HCl + Cl, vb.

Her aşamada (reaksiyon bağlantısı), bir aktif merkez (hidrojen veya klor atomu) kaybolur ve aynı zamanda zinciri devam ettiren yeni bir aktif merkez ortaya çıkar. İki aktif tür karşılaştığında zincirler kırılır, örneğin Cl + Cl → Cl 2. Her zincir çok hızlı yayılır, dolayısıyla "başlangıç" aktif parçacıklar yüksek hızda üretilirse reaksiyon o kadar hızlı ilerleyecektir ki patlamaya yol açabilir.

N. N. Semenov ve Hinshelwood, fosfor ve hidrojen buharlarının yanma reaksiyonlarının farklı ilerlediğini keşfetti: En ufak bir kıvılcım veya açık alev, oda sıcaklığında bile patlamaya neden olabilir. Bu reaksiyonlar dallanmış zincir reaksiyonlarıdır: reaksiyon sırasında aktif parçacıklar "çoğalır", yani bir aktif parçacık kaybolduğunda iki veya üç ortaya çıkar. Örneğin, herhangi bir dış etki olmadığı takdirde yüzlerce yıl sessizce saklanabilen bir hidrojen ve oksijen karışımında, aktif hidrojen atomlarının ortaya çıkması şu veya bu nedenle aşağıdaki süreci tetikler:

H + O 2 → OH + O,
O + H2 → OH + H.

Böylece, önemsiz bir zaman diliminde, bir aktif parçacık (H atomu), zaten bir yerine üç zincir başlatan üçe (bir hidrojen atomu ve iki OH hidroksil radikali) dönüşür. Sonuç olarak zincir sayısı çığ gibi büyür ve bu reaksiyonda çok fazla termal enerji açığa çıktığı için anında hidrojen ve oksijen karışımının patlamasına yol açar. Oksijen atomları alevlerde ve diğer maddelerin yanması sırasında bulunur. Brülör alevinin üst kısmına basınçlı hava akımı yönlendirerek tespit edilebilirler. Aynı zamanda, havada karakteristik bir ozon kokusu algılanacaktır - bunlar, ozon molekülleri oluşturmak için oksijen moleküllerine "yapışan" oksijen atomlarıdır: O + O 2 = O 3, alevden soğuk hava ile gerçekleştirilir. .

Oksijen (veya hava) ile birçok yanıcı gazın (hidrojen, karbon monoksit, metan, asetilen) karışımının patlama olasılığı, koşullara, esas olarak karışımın sıcaklığına, bileşimine ve basıncına bağlıdır. Dolayısıyla, mutfakta ev gazı sızıntısı sonucu (esas olarak metandan oluşur), havadaki içeriği% 5'i aşarsa, karışım bir kibrit veya çakmak alevinden ve hatta ışığı açarken anahtardan süzülen küçük bir kıvılcım. Zincirler dallanabileceğinden daha hızlı kırılırsa patlama olmayacaktır. İngiliz kimyager Humphry Davy'nin 1816'da alevin kimyası hakkında hiçbir şey bilmeden geliştirdiği madenciler için lambanın güvenli olmasının nedeni budur. Bu lambada, açık alev, kalın bir metal ağ ile dış atmosferden (patlayıcı olabilecek) çitle çevrilmişti. Metal yüzeyinde aktif parçacıklar etkili bir şekilde yok olup stabil moleküllere dönüşür ve bu nedenle dış ortama nüfuz edemez.

Dallanmış zincir reaksiyonlarının tam mekanizması çok karmaşıktır ve yüzden fazla temel reaksiyonu içerebilir. İnorganik ve organik bileşiklerin birçok oksidasyon ve yanma reaksiyonu dallanmış zincir reaksiyonlarıdır. Aynısı, kimyasal reaksiyonlarda aktif parçacıkların analogları olarak hareket eden nötronların etkisi altında, örneğin plütonyum veya uranyum gibi ağır elementlerin çekirdeklerinin fisyonunun reaksiyonu olacaktır. Ağır bir elementin çekirdeğine nüfuz eden nötronlar, çok yüksek enerjinin salınmasıyla birlikte bölünmesine neden olur; Aynı zamanda çekirdekten yeni nötronlar yayılır ve bu da komşu çekirdeklerin bölünmesine neden olur. Kimyasal ve nükleer dallanmış zincir süreçleri benzer matematiksel modellerle açıklanmaktadır.

Başlamak için neye ihtiyacınız var?

Yanmanın başlaması için bir takım koşulların karşılanması gerekir. Öncelikle yanıcı maddenin sıcaklığının tutuşma sıcaklığı adı verilen belirli bir sınır değeri aşması gerekir. Ray Bradbury'nin ünlü romanı Fahrenheit 451, yaklaşık olarak bu sıcaklıkta (233°C) kağıdın alev alması nedeniyle bu adı almıştır. Bu, katı yakıtların kararlı yanmaları için yeterli miktarlarda yanıcı buharlar veya gaz halinde ayrışma ürünleri saldığı "ateşleme sıcaklığıdır". Kuru çam odununun tutuşma sıcaklığı yaklaşık olarak aynıdır.

Alev sıcaklığı yanıcı maddenin doğasına ve yanma koşullarına bağlıdır. Böylece metan alevinin havadaki sıcaklığı 1900°C'ye, oksijende yanarken ise 2700°C'ye ulaşır. Hidrojen (2800°C) ve asetilen (3000°C) saf oksijen içinde yandığında daha da sıcak bir alev üretilir. Asetilen meşalesinin alevinin neredeyse her metali kolayca kesmesine şaşmamak gerek. Yaklaşık 5000°C'lik en yüksek sıcaklık (Guinness Rekorlar Kitabı'na kaydedilmiştir), düşük kaynama noktalı bir sıvı - karbon alt nitrür C4N2 (bu madde disiyanoasetilen NC-C yapısına sahiptir) tarafından oksijende yakıldığında elde edilir. =C–CN). Ve bazı bilgilere göre ozon atmosferinde yandığında sıcaklık 5700°C'ye kadar ulaşabiliyor. Bu sıvı havada ateşe verilirse yeşil-mor kenarlı, kırmızı, dumanlı bir alevle yanacaktır. Öte yandan soğuk alevler de bilinmektedir. Örneğin fosfor buharları düşük basınçlarda yanar. Karbon disülfürün ve hafif hidrokarbonların belirli koşullar altında oksidasyonu sırasında da nispeten soğuk bir alev elde edilir; örneğin propan, azaltılmış basınçta ve 260–320°C arasındaki sıcaklıklarda soğuk bir alev üretir.

Pek çok yanıcı maddenin alevlerinde meydana gelen süreçlerin mekanizması ancak yirminci yüzyılın son çeyreğinde netleşmeye başladı. Bu mekanizma çok karmaşıktır. Orijinal moleküller genellikle oksijenle doğrudan reaksiyon ürünlerine reaksiyona giremeyecek kadar büyüktür. Örneğin benzinin bileşenlerinden biri olan oktanın yanması 2C 8 H 18 + 25 O 2 = 16 CO 2 + 18 H 2 O denklemiyle ifade edilir. Ancak bir molekülde 8 karbon atomunun ve 18 hidrojen atomunun tamamı bulunur. Oktan molekülü aynı anda 50 oksijen atomuyla birleşemez: Bunun gerçekleşmesi için birçok kimyasal bağın kırılması ve yenilerinin oluşması gerekir. Yanma reaksiyonu birçok aşamada meydana gelir; böylece her aşamada yalnızca az sayıda kimyasal bağ kırılır ve oluşturulur ve süreç, tamamı gözlemciye bir alev gibi görünen, ardışık olarak meydana gelen birçok temel reaksiyondan oluşur. Alevdeki reaktif ara parçacıkların konsantrasyonu son derece küçük olduğundan temel reaksiyonları incelemek zordur.

Alevin içinde

Alevin farklı alanlarının lazerler kullanılarak optik olarak incelenmesi, orada mevcut olan aktif parçacıkların - yanıcı bir maddenin molekül parçalarının - niteliksel ve niceliksel bileşimini oluşturmayı mümkün kıldı. Hidrojenin oksijen 2H2 + O2 = 2H2O'da yanmasının görünüşte basit reaksiyonunda bile, O2, H2, O3, H2O2 moleküllerinin katılımıyla 20'den fazla temel reaksiyonun meydana geldiği ortaya çıktı. , H 2 O, aktif parçacıklar N, O, OH, FAKAT 2. Örneğin, İngiliz kimyager Kenneth Bailey 1937'de bu reaksiyon hakkında şunları yazmıştı: “Hidrojenin oksijenle reaksiyonunun denklemi, kimyaya yeni başlayanların çoğunun aşina olduğu ilk denklemdir. Bu tepki onlara çok basit geliyor. Ancak profesyonel kimyagerler bile Hinshelwood ve Williamson tarafından 1934'te yayınlanan "Oksijenin Hidrojenle Tepkimesi" başlıklı yüz sayfalık bir kitap gördüklerinde biraz şaşırıyorlar. Buna, 1948'de A. B. Nalbandyan ve V. V. Voevodsky'nin "Hidrojen Oksidasyonu ve Yanma Mekanizması" başlıklı çok daha büyük bir monografinin yayınlandığını ekleyebiliriz.

Modern araştırma yöntemleri, bu tür süreçlerin bireysel aşamalarını incelemeyi ve çeşitli aktif parçacıkların birbirleriyle ve farklı sıcaklıklarda kararlı moleküllerle reaksiyona girme hızını ölçmeyi mümkün kılmıştır. Sürecin bireysel aşamalarının mekanizmasını bilerek, tüm süreci "bir araya getirmek", yani bir alevi simüle etmek mümkündür. Bu tür bir modellemenin karmaşıklığı, yalnızca temel kimyasal reaksiyonların tüm kompleksinin incelenmesinde değil, aynı zamanda alevdeki parçacık difüzyonu, ısı transferi ve konveksiyon akışlarının (büyüleyici olanı yaratan ikincisidir) süreçlerini hesaba katma ihtiyacında da yatmaktadır. yanan bir ateşin dillerinin oyunu).

Her şey nereden geliyor?

Modern endüstrinin ana yakıtı, en basit metandan, akaryakıtta bulunan ağır hidrokarbonlara kadar değişen hidrokarbonlardır. En basit hidrokarbon olan metanın alevi bile yüze kadar temel reaksiyon içerebilir. Ancak hepsi yeterince ayrıntılı olarak incelenmemiştir. Parafinde bulunanlar gibi ağır hidrokarbonlar yandığında molekülleri bozulmadan yanma bölgesine ulaşamaz. Aleve yaklaştıklarında bile yüksek sıcaklık nedeniyle parçalara ayrıldılar. Bu durumda, iki karbon atomu içeren gruplar genellikle moleküllerden ayrılır, örneğin C8H18 → C2H5 + C6H13. Tek sayıda karbon atomuna sahip aktif türler, hidrojen atomlarını soyutlayarak çift C=C ve üçlü C≡C bağlarına sahip bileşikler oluşturabilir. Alevde bu tür bileşiklerin, alevin dışında oluşmadıkları için kimyagerler tarafından daha önce bilinmeyen reaksiyonlara girebilecekleri keşfedildi, örneğin C2H2 + O → CH2 + CO, CH2 + O2 → C02 + H + N.

Başlangıçtaki moleküller tarafından kademeli olarak hidrojen kaybı, C2H2, C2H, C2 parçacıkları oluşana kadar içlerindeki karbon oranında bir artışa yol açar. Mavi-mavi alev bölgesi, bu bölgedeki uyarılmış C2 ve CH parçacıklarının parıltısından kaynaklanmaktadır. Oksijenin yanma bölgesine erişimi sınırlıysa, bu parçacıklar oksitlenmez, ancak agregatlar halinde toplanır - C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H şemasına göre polimerleşirler. + C 4 H 2 → C 6 H 2 + N, vb.

Sonuç olarak neredeyse tamamen karbon atomlarından oluşan kurum parçacıkları ortaya çıkar. Yaklaşık bir milyon karbon atomu içeren, çapı 0,1 mikrometreye kadar olan küçük toplar şeklindedirler. Bu tür parçacıklar yüksek sıcaklıklarda iyi parlak sarı bir alev üretir. Mum alevinin üst kısmında bu parçacıklar yanar, dolayısıyla mum duman çıkarmaz. Bu aerosol parçacıklarının daha fazla yapışması durumunda daha büyük kurum parçacıkları oluşur. Sonuç olarak alev (örneğin yanan lastik) siyah duman üretir. Bu tür duman, orijinal yakıttaki hidrojene göre karbon oranı arttığında ortaya çıkar. Bir örnek terebentindir - C10H16 (CnH2n–4), benzen C6H6 (CnH2n–6) bileşimine sahip hidrokarbonların ve hidrojen eksikliği olan diğer yanıcı sıvıların bir karışımı - hepsi Bunlardan bazıları yandığında duman çıkarıyor. Asetilen C 2 H 2'nin (C n H 2n–2) havada yanmasıyla dumanlı ve parlak bir alev üretilir; Bir zamanlar bisiklet ve arabalara monte edilen asetilen fenerlerde ve madenci lambalarında böyle bir alev kullanılıyordu. Ve bunun tersi de geçerlidir: yüksek hidrojen içeriğine sahip hidrokarbonlar - metan CH4, etan C2H6, propan C3H8, bütan C4H10 (genel formül CnH2n + 2) - yeterli hava erişimiyle yanar. neredeyse renksiz alev. Çakmakların yanı sıra yaz sakinleri ve turistler tarafından kullanılan silindirlerde düşük basınç altında sıvı formundaki propan ve bütan karışımı bulunur; aynı silindirler gazla çalışan arabalara da takılıdır. Daha yakın zamanlarda kurumun çoğunlukla 60 karbon atomundan oluşan küresel moleküller içerdiği keşfedildi; bunlara fullerenler adı verildi ve karbonun bu yeni formunun keşfi, 1996'da Nobel Kimya Ödülü'nün verilmesiyle damgasını vurdu.

Yanma işlemi sırasında yapısı reaksiyona giren maddeler tarafından belirlenen bir alev oluşur. Yapısı sıcaklık göstergelerine bağlı olarak alanlara ayrılmıştır.

Tanım

Alev, plazma bileşenlerinin veya maddelerinin katı halde dağılmış formda bulunduğu sıcak formdaki gazları ifade eder. İçlerinde fiziksel ve kimyasal türdeki dönüşümler parıltı, termal enerji salınımı ve ısınma ile birlikte gerçekleştirilir.

Gazlı bir ortamda iyonik ve radikal parçacıkların varlığı, elektriksel iletkenliğini ve elektromanyetik alandaki özel davranışını karakterize eder.

Alevler nelerdir

Bu genellikle yanmayla ilgili işlemlere verilen addır. Havayla karşılaştırıldığında gaz yoğunluğu daha düşüktür ancak yüksek sıcaklıklar gazın yükselmesine neden olur. Uzun veya kısa olabilen alevler bu şekilde oluşur. Çoğu zaman bir formdan diğerine yumuşak bir geçiş olur.

Alev: yapı ve yapı

Tanımlanan olgunun görünümünü belirlemek için onu yakmak yeterlidir, ortaya çıkan parlak olmayan aleve homojen denemez. Görsel olarak üç ana alan ayırt edilebilir. Bu arada, bir alevin yapısını incelemek, farklı meşale türlerinin oluşumuyla farklı maddelerin yandığını gösteriyor.

Gaz ve hava karışımı yandığında ilk olarak rengi mavi ve mor tonlarında olan kısa bir meşale oluşur. İçinde çekirdek görülüyor - yeşil-mavi, bir koniyi anımsatıyor. Bu alevi ele alalım. Yapısı üç bölgeye ayrılmıştır:

1. Brülör açıklığından çıkarken gaz ve hava karışımının ısıtıldığı bir hazırlık alanı tanımlanır.
2. Bunu yanmanın meydana geldiği bölge takip etmektedir. Koninin üst kısmını kaplar.
3. Yetersiz hava akışı olduğunda gaz tamamen yanmaz. Karbon divalent oksit ve hidrojen kalıntıları açığa çıkar. Yanmaları oksijen erişiminin olduğu üçüncü bölgede gerçekleşir.

Şimdi farklı yanma süreçlerini ayrı ayrı ele alacağız.

Yanan mum

Mum yakmak kibrit veya çakmak yakmaya benzer. Ve mum alevinin yapısı, kaldırma kuvvetleri nedeniyle yukarı doğru çekilen sıcak bir gaz akışını andırıyor. İşlem fitilin ısıtılmasıyla başlar, ardından balmumunun buharlaştırılmasıyla devam eder.

İpliğin içinde ve bitişiğinde bulunan en alt bölgeye birinci bölge adı verilir. Çok miktarda yakıt nedeniyle hafif bir parıltıya sahiptir, ancak az miktarda oksijen karışımı vardır. Burada, maddelerin eksik yanma süreci meydana gelir ve daha sonra oksitlenir.

Birinci bölge, mum alevinin yapısını karakterize eden, parlak ikinci bir kabuk ile çevrelenmiştir. Yakıt moleküllerinin katılımıyla oksidasyon reaksiyonunun devam etmesine neden olan daha büyük miktarda oksijen girer. Buradaki sıcaklıklar karanlık bölgeye göre daha yüksek olacak ancak nihai ayrışma için yeterli olmayacak. Yanmamış yakıt damlacıkları ve kömür parçacıkları güçlü bir şekilde ısıtıldığında, ışık efektinin ortaya çıktığı ilk iki alandadır.

İkinci bölge ise yüksek sıcaklık değerlerine sahip, görünürlüğü düşük bir kabuk ile çevrelenmiştir. Yakıt parçacıklarının tamamen yanmasına katkıda bulunan birçok oksijen molekülü girer. Maddelerin oksidasyonu sonrasında üçüncü bölgede ışık etkisi görülmez.

Şematik illüstrasyon

Netlik sağlamak için yanan bir mumun görüntüsünü dikkatinize sunuyoruz. Alev devresi şunları içerir:

1. İlk veya karanlık alan.
2. İkinci aydınlık bölge.
3. Üçüncü şeffaf kabuk.

Mum ipliği yanmaz, ancak yalnızca bükülmüş uçta kömürleşme meydana gelir.

Yanan alkol lambası

Kimyasal deneyler için genellikle küçük alkol tankları kullanılır. Bunlara alkol lambaları denir. Brülör fitili, delikten dökülen sıvı yakıtla ıslatılır. Bu kılcal basınç ile kolaylaştırılır. Fitilin serbest tepesine ulaşıldığında alkol buharlaşmaya başlar. Buhar halinde tutuşur ve 900 °C'yi aşmayan bir sıcaklıkta yanar.

Alkol lambasının alevi normal bir şekle sahiptir, hafif bir mavi tonuyla neredeyse renksizdir. Bölgeleri bir mumunki kadar net görülemez.

Adını bilim adamı Barthel'den alan yangının başlangıcı, brülör ızgarasının üzerinde yer alıyor. Alevin bu derinleşmesi içteki koyu koninin azalmasına neden olur ve delikten en sıcak kabul edilen orta bölüm ortaya çıkar.

Renk özelliği

Elektronik geçişler çeşitli radyasyonlara neden olur. Bunlara termal de denir. Böylece havada bir hidrokarbon bileşeninin yanması sonucu, bir H-C bileşiğinin açığa çıkmasıyla mavi bir alev oluşur. Ve C-C parçacıkları yayıldığında meşale turuncu-kırmızıya döner.

Kimyası su, karbon dioksit ve karbon monoksit bileşiklerini ve OH bağını içeren bir alevin yapısını dikkate almak zordur. Yukarıdaki parçacıklar yandığında ultraviyole ve kızılötesi spektrumda radyasyon yaydığı için dilleri pratik olarak renksizdir.

Alevin rengi, içinde belirli bir emisyona veya optik spektruma ait olan iyonik parçacıkların varlığıyla birlikte sıcaklık göstergeleriyle bağlantılıdır. Böylece belirli elementlerin yanması, brülördeki yangının renginin değişmesine neden olur. Meşalenin rengindeki farklılıklar, periyodik sistemin farklı gruplarındaki elemanların düzenlenmesi ile ilişkilidir.

Yangın, görünür spektrumda radyasyonun varlığı açısından bir spektroskopla incelenir. Aynı zamanda genel alt grupta yer alan basit maddelerin de alevde benzer bir renklenmeye neden olduğu tespit edildi. Netlik sağlamak amacıyla, bu metal için bir test olarak sodyumun yanması kullanılır. Aleve getirildiğinde diller parlak sarıya döner. Renk özelliklerine bağlı olarak emisyon spektrumunda sodyum çizgisi tanımlanır.

Işık radyasyonunun atomik parçacıklardan hızlı uyarılma özelliği ile karakterize edilir. Bu tür elementlerin uçucu olmayan bileşikleri Bunsen bekinin ateşine verildiğinde renkli hale gelir.

Spektroskopik inceleme, insan gözünün görebildiği alanda karakteristik çizgileri gösterir. Işık radyasyonunun uyarılma hızı ve basit spektral yapısı, bu metallerin yüksek elektropozitif özellikleriyle yakından ilişkilidir.

karakteristik

Alev sınıflandırması aşağıdaki özelliklere dayanmaktadır:

• yanan bileşiklerin toplam durumu. Gaz halinde, havada, katı ve sıvı formlarda gelirler;
• renksiz, parlak ve renkli olabilen radyasyon türü;
• dağıtım hızı. Hızlı ve yavaş yayılım var;
• alev yüksekliği. Yapı kısa ya da uzun olabilir;
• reaksiyona giren karışımların hareketinin doğası. Titreşimli, laminer, türbülanslı hareketler var;
• görsel algı. Maddeler dumanlı, renkli veya şeffaf bir alevin çıkmasıyla yanar;
• sıcaklık göstergesi. Alev düşük sıcaklıkta, soğukta ve yüksek sıcaklıkta olabilir.
• yakıtın durumu - oksitleyici reaktif fazı.

Yanma, aktif bileşenlerin difüzyonu veya önceden karıştırılması sonucu meydana gelir.

Oksidatif ve redüksiyon bölgesi

Oksidasyon süreci zar zor fark edilen bir bölgede meydana gelir. En sıcak olanıdır ve en üstte bulunur. İçinde yakıt parçacıkları tam yanmaya uğrar. Oksijen fazlalığı ve yanıcı madde eksikliğinin varlığı yoğun bir oksidasyon sürecine yol açar. Brülör üzerinde nesneler ısıtılırken bu özellik kullanılmalıdır. Bu nedenle madde alevin üst kısmına batırılır. Bu yanma çok daha hızlı gerçekleşir.

Alevin orta ve alt kısımlarında indirgeme reaksiyonları gerçekleşir. Çok miktarda yanıcı madde ve yanmayı gerçekleştiren az miktarda O2 molekülü içerir. Bu alanlara uygulandığında O elementi ortadan kalkar.

İndirgeyici alev örneği olarak demir sülfatın parçalanması işlemi kullanılır. FeSO 4, brülör torçunun orta kısmına girdiğinde önce ısınır ve daha sonra ferrik oksit, anhidrit ve kükürt dioksite ayrışır. Bu reaksiyonda S'nin +6'dan +4'e kadar yük ile indirgenmesi gözlenir.

Kaynak alevi

Bu tür yangın, temiz havadaki oksijen ile gaz veya sıvı buhar karışımının yanması sonucu oluşur.

Bir örnek, bir oksiasetilen alevinin oluşmasıdır. Şunları ayırt eder:

• çekirdek bölge;
• orta iyileşme alanı;
• aşırı parlama bölgesi.

Bu, kaç tane gaz-oksijen karışımının yandığıdır. Asetilenin oksitleyiciye oranındaki farklılıklar, farklı alev türlerinin ortaya çıkmasına neden olur. Normal, karbürleyici (asetilenik) ve oksitleyici yapıda olabilir.

Teorik olarak, asetilenin saf oksijende eksik yanma süreci aşağıdaki denklemle karakterize edilebilir: HCCH + O2 → H2 + CO + CO (reaksiyon için bir mol O2 gereklidir).

Ortaya çıkan moleküler hidrojen ve karbon monoksit, havadaki oksijenle reaksiyona girer. Nihai ürünler su ve dört değerlikli karbon oksittir. Denklem şuna benzer: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. Bu reaksiyon 1,5 mol oksijen gerektirir. O2'yi toplarken, 1 mol HCCH başına 2,5 mol harcandığı ortaya çıkıyor. Ve pratikte ideal olarak saf oksijeni bulmak zor olduğundan (çoğunlukla yabancı maddelerle hafifçe kirlenmiştir), O2'nin HCCH'ye oranı 1,10 ila 1,20 olacaktır.

Oksijenin asetilene oranı 1,10'dan az olduğunda karbürleme alevi oluşur. Yapısı genişlemiş bir çekirdeğe sahip, ana hatları bulanıklaşıyor. Oksijen moleküllerinin eksikliği nedeniyle böyle bir yangından kurum salınır.

Gaz oranı 1,20'den büyükse, fazla oksijen içeren bir oksitleyici alev elde edilir. Fazla molekülleri demir atomlarını ve çelik yakıcının diğer bileşenlerini yok eder. Böyle bir alevde nükleer kısım kısalır ve noktaları olur.

Sıcaklık göstergeleri

Bir mumun veya yakıcının her bir yanma bölgesinin, oksijen moleküllerinin tedarikiyle belirlenen kendi değerleri vardır. Açık alevin farklı kısımlarındaki sıcaklığı 300°C ila 1600°C arasında değişir.

Bir örnek, üç kabuktan oluşan difüzyon ve laminer alevdir. Konisi, sıcaklığı 360 °C'ye kadar çıkan ve oksitleyici madde içermeyen karanlık bir alandan oluşur. Üstünde bir parıltı bölgesi var. Sıcaklığı 550 ila 850 °C arasında değişir, bu da yanıcı karışımın termal ayrışmasını ve yanmasını destekler.

Dış alan neredeyse hiç fark edilmiyor. İçinde, yakıt moleküllerinin doğal özelliklerinden ve oksitleyici maddenin giriş hızından dolayı alev sıcaklığı 1560 ° C'ye ulaşır. Yanmanın en enerjik olduğu yer burasıdır.

Maddeler farklı sıcaklık koşulları altında tutuşur. Böylece magnezyum metali yalnızca 2210 °C'de yanar. Birçok katı için alev sıcaklığı 350°C civarındadır. Kibrit ve gazyağı 800°C'de tutuşabilirken, ahşap 850°C'den 950°C'ye kadar tutuşabilir.

Sigara, sıcaklığı 690 ila 790 °C arasında değişen bir alevle ve propan-bütan karışımında - 790 °C ila 1960 °C arasında değişen bir alevle yanar. Benzin 1350 °C'de tutuşur. Alkol yanma alevinin sıcaklığı 900 °C'yi aşmaz.