في عملية الاحتراق ، يتم تكوين لهب ، ويرجع هيكله إلى المواد المتفاعلة. ينقسم هيكلها إلى مناطق حسب مؤشرات درجة الحرارة.
التعريف
تسمى اللهب بالغازات الساخنة ، حيث توجد مكونات أو مواد البلازما في صورة صلبة مشتتة. يقومون بإجراء تحولات من النوع الفيزيائي والكيميائي ، مصحوبة بتلألؤ وإطلاق للطاقة الحرارية والتدفئة.
وجود جزيئات أيونية وجذرية في وسط غازي يميز التوصيل الكهربائي والسلوك الخاص في المجال الكهرومغناطيسي.
ما هي النيران
عادة هذا هو اسم العمليات المرتبطة بالاحتراق. بالمقارنة مع الهواء ، تكون كثافة الغاز أقل ، لكن درجات الحرارة المرتفعة تؤدي إلى ارتفاع الغاز. هذه هي الطريقة التي تتشكل بها النيران ، وهي طويلة وقصيرة. غالبًا ما يكون هناك انتقال سلس من نموذج إلى آخر.
اللهب: الهيكل والبنية
لتحديد مظهر الظاهرة الموصوفة ، يكفي إشعال موقد غاز. لا يمكن تسمية اللهب الناتج غير المضيء متجانسًا. بصريا ، هناك ثلاثةمناطق رئيسية. بالمناسبة ، تظهر دراسة هيكل اللهب أن المواد المختلفة تحترق بتشكيل نوع مختلف من الشعلة.
عند احتراق خليط من الغاز والهواء ، يتم تشكيل شعلة قصيرة لأول مرة ، يكون لونها باللونين الأزرق والأرجواني. القلب مرئي فيه - أخضر - أزرق ، يشبه المخروط. ضع في اعتبارك هذا اللهب. ينقسم هيكلها إلى ثلاث مناطق:
- افصل منطقة التحضير التي يتم فيها تسخين خليط الغاز والهواء حيث يخرج من فتحة الموقد.
- يتبعها المنطقة التي يحدث فيها الاحتراق. تحتل قمة المخروط
- عندما يكون هناك نقص في تدفق الهواء ، لا يحترق الغاز تمامًا. يتم إطلاق أكسيد الكربون ثنائي التكافؤ وبقايا الهيدروجين. يتم حرقها في المنطقة الثالثة ، حيث يوجد وصول للأكسجين.
الآن دعونا نفكر في عمليات الاحتراق المختلفة بشكل منفصل.
شمعة تحترق
حرق الشمعة يشبه حرق عود ثقاب أو ولاعة. وهيكل لهب الشمعة يشبه تيار الغاز الساخن الذي يتم سحبه لأعلى بسبب قوى الطفو. تبدأ العملية بتسخين الفتيل ثم تبخر البارافين.
المنطقة الأدنى داخل الخيط والمجاورة له تسمى المنطقة الأولى. له توهج أزرق طفيف بسبب كمية الوقود الكبيرة ، لكن الحجم الصغير لمزيج الأكسجين. هنا ، تتم عملية الاحتراق غير الكامل للمواد مع إطلاق أول أكسيد الكربون ، والذي يتأكسد أكثر.
المنطقة الأولىمحاطة بقشرة ثانية مضيئة تميز هيكل لهب الشمعة. يدخله حجم أكبر من الأكسجين ، مما يؤدي إلى استمرار التفاعل التأكسدي بمشاركة جزيئات الوقود. ستكون مؤشرات درجة الحرارة هنا أعلى مما هي عليه في المنطقة المظلمة ، ولكنها غير كافية للتحلل النهائي. يظهر التأثير المضيء في أول منطقتين عندما يتم تسخين قطرات الوقود غير المحترق وجزيئات الفحم بشدة.
المنطقة الثانية محاطة بقشرة دقيقة ذات قيم درجات حرارة عالية. يدخله العديد من جزيئات الأكسجين ، مما يساهم في الاحتراق الكامل لجزيئات الوقود. بعد أكسدة المواد ، لا يلاحظ التأثير المضيء في المنطقة الثالثة.
تخطيطي
من أجل الوضوح ، نقدم انتباهكم إلى صورة شمعة مشتعلة. يتضمن نمط اللهب:
- المنطقة الأولى أو المظلمة.
- المنطقة المضيئة الثانية.
- الغلاف الشفاف الثالث.
لا يحترق خيط الشمعة ، ولكن يحدث تفحم الطرف المنحني فقط.
مصباح الروح المحترق
غالبًا ما تستخدم خزانات صغيرة من الكحول لإجراء التجارب الكيميائية. يطلق عليهم مصابيح الكحول. يتم تشريب فتيل الموقد بالوقود السائل الذي يتم سكبه من خلال الفتحة. يتم تسهيل ذلك عن طريق الضغط الشعري. عند الوصول إلى الجزء العلوي الحر من الفتيل ، يبدأ الكحول في التبخر. في حالة البخار ، يتم إشعال النار فيه ويحترق عند درجة حرارة لا تزيد عن 900 درجة مئوية.
لهب المصباح شكل طبيعي ، يكاد يكون عديم اللون ، مع لون خفيفأزرق. مناطقها غير مرئية بوضوح مثل مناطق الشمعة.
في موقد الكحول ، الذي سمي على اسم العالم بارتل ، تقع بداية الحريق فوق الشبكة المتوهجة للموقد. يؤدي تعميق اللهب هذا إلى انخفاض المخروط المظلم الداخلي ، ويخرج القسم الأوسط من الفتحة التي تعتبر الأكثر سخونة.
خاصية اللون
انبعاثات ألوان اللهب المختلفة الناتجة عن التحولات الإلكترونية. ويطلق عليهم أيضًا اسم حراري. لذلك ، نتيجة لاحتراق مكون الهيدروكربون في الهواء ، يرجع اللهب الأزرق إلى إطلاق مركب HC. وعندما تنبعث جسيمات سي سي ، يتحول لون الشعلة إلى اللون البرتقالي والأحمر.
من الصعب رؤية هيكل اللهب ، حيث تشتمل كيمياءه على مركبات الماء وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون ، رابطة OH. ألسنتها عديمة اللون عمليًا ، لأن الجسيمات المذكورة أعلاه تصدر الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء عند الاحتراق.
لون اللهب مترابط مع مؤشرات درجة الحرارة ، مع وجود جزيئات أيونية فيه ، والتي تنتمي إلى انبعاث معين أو طيف ضوئي. وهكذا يؤدي احتراق بعض العناصر إلى تغيير لون النار في الموقد. ترتبط الاختلافات في تلوين الشعلة بترتيب العناصر في مجموعات مختلفة من النظام الدوري.
حريق لوجود الإشعاع المرتبط بالطيف المرئي ، دراسة المطياف. في الوقت نفسه ، وجد أن المواد البسيطة من المجموعة الفرعية العامة لها أيضًا لون مشابه للهب. من أجل الوضوح ، يتم استخدام احتراق الصوديوم كاختبار لهذا الغرضفلز. عندما تدخل في اللهب ، تتحول الألسنة إلى اللون الأصفر الفاتح. بناءً على خصائص اللون ، يتم عزل خط الصوديوم في طيف الانبعاث.
تتميز الفلزات القلوية بخاصية الإثارة السريعة للإشعاع الخفيف للجسيمات الذرية. عندما يتم إدخال مركبات منخفضة التطاير من هذه العناصر في نار موقد بنسن ، يتم تلوينها.
الفحص الطيفي يظهر خطوط مميزة في المنطقة المرئية للعين البشرية. ترتبط سرعة إثارة الإشعاع الخفيف والبنية الطيفية البسيطة ارتباطًا وثيقًا بالخاصية الكهربية العالية لهذه المعادن.
مميزة
يعتمد تصنيف اللهب على الخصائص التالية:
- الحالة الإجمالية للمركبات المحترقة. تأتي في أشكال غازية ، منتشرة في الهواء ، صلبة وسائلة ؛
- نوع من الإشعاع يمكن أن يكون عديم اللون ومضيئًا وملونًا ؛
- سرعة التوزيع. هناك انتشار سريع وبطيء
- ارتفاع اللهب. يمكن أن يكون الهيكل قصيرًا أو طويلًا ؛
- سمة حركة المخاليط المتفاعلة. تخصيص حركة نابضة ، رقائقية ، مضطربة ؛
- الإدراك البصري. المواد تحترق بلهب مدخن أو ملون أو شفاف ؛
- مؤشر درجة الحرارة. يمكن أن تكون درجة حرارة اللهب منخفضة وباردة وعالية.
- حالة وقود الطور - عامل مؤكسد.
يحدث الاشتعال نتيجة الانتشار أو الخلط المسبق للمكونات النشطة.
منطقة الأكسدة والاختزال
تحدث عملية الأكسدة في منطقة غير واضحة. هي الأكثر سخونة وتقع في الأعلى. في ذلك ، تخضع جزيئات الوقود للاحتراق الكامل. ويؤدي وجود الأكسجين الزائد ونقص الوقود إلى عملية أكسدة مكثفة. يجب استخدام هذه الميزة عند تسخين الأشياء فوق الموقد. هذا هو السبب في أن المادة مغمورة في الجزء العلوي من اللهب. يحدث هذا الاحتراق بشكل أسرع.
تحدث تفاعلات الاختزال في الأجزاء المركزية والسفلية من اللهب. يحتوي على كمية كبيرة من المواد القابلة للاحتراق وكمية صغيرة من جزيئات O2التي تقوم بعملية الاحتراق. عندما يتم إدخال المركبات المحتوية على الأكسجين في هذه المناطق ، ينقسم عنصر O.
يتم استخدام عملية تقسيم كبريتات الحديدوز كمثال على اللهب المختزل. عندما يدخل FeSO4في الجزء المركزي من لهب الموقد ، فإنه يسخن أولاً ثم يتحلل إلى أكسيد الحديديك ، أنهيدريد وثاني أكسيد الكبريت. في هذا التفاعل ، لوحظ اختزال S بشحنة من +6 إلى +4.
لهب اللحام
يتكون هذا النوع من النار نتيجة احتراق خليط من الغاز أو البخار السائل مع الأكسجين في الهواء النظيف.
مثال على ذلك هو تشكيل لهب أوكسي أسيتيلين. يبرز:
- المنطقة الأساسية ؛
- منطقة انتعاش متوسطة
- منطقة نهاية مضيئة.
الكثير يحترقمخاليط الغاز والأكسجين. تؤدي الاختلافات في نسبة الأسيتيلين والمؤكسد إلى نوع مختلف من اللهب. يمكن أن يكون طبيعيا ، كربنة (أسيتيلينك) وهيكل مؤكسد.
نظريًا ، يمكن وصف عملية الاحتراق غير الكامل للأسيتيلين في الأكسجين النقي بالمعادلة التالية: HCCH + O2→ H2 + CO + CO (يتطلب التفاعل مولًا واحدًا من O2).
يتفاعل الهيدروجين الجزيئي وأول أكسيد الكربون الناتج مع أكسجين الهواء. المنتجات النهائية هي الماء وأول أكسيد الكربون رباعي التكافؤ. تبدو المعادلة كما يلي: CO + CO + H2+ 1½O2→ CO2+ CO 2+ H2O. يتطلب هذا التفاعل 1.5 مول من الأكسجين. عند تلخيص O2، اتضح أن 2.5 مول يتم إنفاقه على 1 مول من HCCH. وبما أنه من الصعب عمليًا العثور على أكسجين نقي تمامًا (غالبًا ما يكون به تلوث طفيف بالشوائب) ، فإن نسبة O2إلى HCCH ستكون 1.10 إلى 1.20.
عندما تكون نسبة الأكسجين إلى الأسيتيلين أقل من 1.10 ، يحدث لهب كربنة. هيكلها له قلب موسع ، وتصبح الخطوط العريضة ضبابية. ينبعث السخام من مثل هذه النار ، بسبب نقص جزيئات الأكسجين.
إذا كانت نسبة الغازات أكبر من 1 ، 20 ، عندها يتم الحصول على لهب مؤكسد به كمية زائدة من الأكسجين. تدمر جزيئاته الزائدة ذرات الحديد والمكونات الأخرى للموقد الفولاذي. في مثل هذا اللهب يصبح الجزء النووي قصيرًا ومدببًا.
قراءات درجة الحرارة
لكل منطقة نار شمعة أو موقدقيمها بسبب إمداد جزيئات الأكسجين. تتراوح درجة حرارة اللهب المكشوف في أجزائه المختلفة من 300 درجة مئوية إلى 1600 درجة مئوية.
مثال على ذلك هو اللهب المنتشر والصفحي ، والذي يتكون من ثلاث قذائف. يتكون مخروطها من منطقة مظلمة تصل درجة حرارتها إلى 360 درجة مئوية مع نقص في عامل مؤكسد. وفوقها توجد منطقة توهج. يتراوح مؤشر درجة حرارته من 550 إلى 850 درجة مئوية ، مما يساهم في تحلل الخليط الحراري القابل للاحتراق واحتراقه.
المنطقة الخارجية بالكاد مرئية. في ذلك ، تصل درجة حرارة اللهب إلى 1560 درجة مئوية ، وهذا يرجع إلى الخصائص الطبيعية لجزيئات الوقود وسرعة دخول العامل المؤكسد. هذا هو المكان الذي يكون فيه الحرق أكثر نشاطًا.
المواد تشتعل تحت ظروف درجات حرارة مختلفة. لذلك ، يحترق المغنيسيوم المعدني فقط عند 2210 درجة مئوية. بالنسبة للعديد من المواد الصلبة ، تبلغ درجة حرارة اللهب حوالي 350 درجة مئوية. يمكن أن تشتعل أعواد الثقاب والكيروسين عند 800 درجة مئوية ، بينما يمكن أن يشتعل الخشب من 850 درجة مئوية إلى 950 درجة مئوية.
تحترق السيجارة بلهب تتراوح درجة حرارته من 690 إلى 790 درجة مئوية ، وفي خليط البروبان والبيوتان من 790 درجة مئوية إلى 1960 درجة مئوية. يشتعل البنزين عند درجة حرارة 1350 درجة مئوية. درجة حرارة شعلة احتراق الكحول لا تزيد عن 900 درجة مئوية
