واکنش سوزاندن هیدروژن در اکسیژن. دمای احتراق هیدروژن: توصیف و شرایط واکنش، کاربرد در ماشین آلات

یکی از مشکلات فعلی آلودگی محیط زیست و منابع محدود انرژی منشاء ارگانیک است. راه امیدوار کننده برای حل این مشکلات، استفاده از هیدروژن به عنوان منبع انرژی است. در مقاله، مشکل سوزاندن هیدروژن، دما و شیمی را در نظر بگیرید.

هیدروژن چیست؟

قبل از بررسی مسئله که درجه حرارت احتراق هیدروژن، لازم است به یاد داشته باشید که این ماده چیست.

هیدروژن ساده ترین عنصر شیمیایی است که شامل تنها یک پروتون و یک الکترون است. در شرایط عادی (فشار 1 دستگاه خودپرداز، دما 0 درجه سانتیگراد) این در یک دولت گازدار وجود دارد. مولکول آن (H 2) توسط 2 اتم از این عنصر شیمیایی تشکیل شده است. هیدروژن شیوع سوم در عنصر در سیاره ما و 1 در جهان (حدود 90٪ از کل ماده) است.

گاز هیدروژن (H 2) بوی، طعم و رنگ نیست. با این حال، سمی نیست، زمانی که محتوای آن در هوا اتمسفر چند درصد است، پس از آن ممکن است فرد ممکن است به علت کمبود اکسیژن خفه شود.

کنجکاو است که توجه داشته باشید که اگر چه از نقطه نظر شیمیایی، تمام مولکول های H 2 یکسان است، خواص فیزیکی آنها تا حدودی متفاوت است. نکته همه در جهت چرخش الکترون ها است (آنها مسئول ظهور لحظه مغناطیسی هستند)، که می تواند موازی و ضد موازی باشد، چنین مولکول به ترتیب Ortho- و Parachododitoes نامیده می شود.

واکنش احتراق شیمیایی

با توجه به این سوال، دمای احتراق هیدروژن با اکسیژن، ما یک واکنش شیمیایی را ارائه می دهیم که این فرایند را توصیف می کند: 2H 2 + O 2 \u003d\u003e 2H 2 O. یعنی 3 مولکول (دو هیدروژن و یک اکسیژن) در واکنش دخیل هستند ، و محصول دو مولکول آب است. این واکنش از نقطه نظر شیمیایی احتراق را توصیف می کند و می توان با توجه به آن قضاوت کرد که پس از عبور آن تنها آب تمیز باقی می ماند، که محیط زیست را آلوده نمی کند، همانطور که احتراق سوخت آلی (بنزین، الکل) اتفاق می افتد.

از سوی دیگر، این واکنش Exothermic است، یعنی علاوه بر آب، برخی از مقدار گرما را نشان می دهد که می تواند برای رانندگی ماشین ها و موشک ها، و همچنین انتقال آن به سایر منابع انرژی، به عنوان مثال، برق

مکانیسم فرآیند سوزاندن هیدروژن

پاسخ شیمیایی توصیف شده در پاراگراف قبلی به هر دانش آموز دبیرستان شناخته شده است، اما این توصیف بسیار خشن از فرایندی است که در واقعیت رخ می دهد. لازم به ذکر است که تا اواسط قرن گذشته، بشریت نمی دانست که چگونه سوزاندن هیدروژن در هوا رخ می دهد، و در سال 1956، جایزه نوبل شیمی برای مطالعه آن اهدا شد.

در حقیقت، اگر شما مولکول های O 2 و H 2 گام بردارید، هیچ واکنشی رخ نخواهد داد. هر دو مولکول به اندازه کافی پایدار هستند. به منظور سوزاندن رخ داده، آب تشکیل می شود، وجود رادیکال های آزاد ضروری است. به طور خاص، H، O اتم ها و گروه های OH. در زیر یک توالی از واکنش هایی است که در حقیقت هنگام سوزاندن هیدروژن رخ می دهد:

• H + O 2 \u003d\u003e OH + O؛
• OH + H 2 \u003d\u003e H 2 O + H؛
• O + H 2 \u003d OH + H.

چه چیزی از این واکنش ها دیده می شود؟ با سوزاندن هیدروژن، آب تشکیل می شود، بله، درست است، اما تنها زمانی اتفاق می افتد که گروه دو اتم OH با مولکول H 2 اتفاق می افتد. علاوه بر این، تمام واکنش ها با تشکیل رادیکال های آزاد رخ می دهد، به این معنی که روند خودآموزی سوزاندن راه اندازی می شود.

بنابراین، نقطه اصلی در آغاز این واکنش، تشکیل رادیکال ها است. آنها ظاهر می شوند اگر شما یک بازی سوختگی را به مخلوط اکسیژن هیدروژن اضافه کنید، یا اگر این مخلوط را بیش از یک درجه حرارت مشخص کنید.

شروع واکنش

همانطور که اشاره شد، می توان آن را به دو روش انجام داد:

• با کمک یک جرقه که باید تنها 0.02 مگاوات گرم باشد. این یک مقدار انرژی بسیار کوچک است، برای مقایسه، بگذارید بگوییم ارزش مشابهی برای مخلوط بنزین 0.24 MJ و متان - 0.29 MJ است. با کاهش فشار، انرژی شروع واکنش در حال رشد است. بنابراین، در 2 kPa، آن را در حال حاضر 0.56 MJ است. در هر صورت، این مقادیر بسیار کوچک است، بنابراین مخلوط هیدروژن اکسیژن به راحتی قابل اشتعال است.
• با استفاده از درجه حرارت به عبارت دیگر، مخلوط اکسیژن هیدروژن می تواند به سادگی گرم شود، و بالاتر از برخی از درجه حرارت آن را شعله ور می شود. هنگامی که این اتفاق می افتد بستگی به فشار و نسبت درصد گازها دارد. در طیف گسترده ای از غلظت های فشار اتمسفر، واکنش خود سوزاندن در دمای بالاتر از 773-850 K رخ می دهد، یعنی بالاتر از 500-577 درجه سانتیگراد. این مقدار بسیار بالا در مقایسه با مخلوط بنزین است که شروع به کار می کند خودپنداره در دمای زیر 300 درجه سانتیگراد.

درصد گازها در یک مخلوط قابل احتراق

با صحبت کردن در مورد دمای سوزاندن هیدروژن در هوا، باید توجه داشت که هر مخلوطی از این گازها به فرایند مورد توجه نیست. به طور آزمایشی ثابت شده است که اگر مقدار اکسیژن کمتر از 6٪ از حجم باشد، یا اگر مقدار هیدروژن کمتر از 4٪ باشد، هیچ واکنشی نخواهد بود. با این وجود، محدودیت های وجود یک مخلوط قابل احتراق به اندازه کافی گسترده است. برای هوا، درصد هیدروژن می تواند از 4.1٪ تا 74.8٪ باشد. توجه داشته باشید که ارزش فوقانی فقط به حداقل اکسیژن مورد نیاز مربوط می شود.

اگر اکسیژن خالص در نظر گرفته شود، در اینجا محدودیت ها حتی گسترده تر هستند: 4.1-94٪.

کاهش فشار گازها منجر به کاهش محدودیت های مشخص شده می شود (افزایش مرز پایین تر، بالایی کاهش می یابد).

همچنین مهم است که درک کنیم که در فرآیند سوزاندن هیدروژن در هوا (اکسیژن)، محصولات واکنش ناشی از (آب) منجر به کاهش غلظت واکنش ها می شود که می تواند منجر به توقف فرآیند شیمیایی شود.

سوزش ایمنی

این یک ویژگی مهم از مخلوط قابل اشتعال است، زیرا به شما اجازه می دهد تا قضاوت کنید که واکنش به آرامی اتفاق می افتد و می توان آن را کنترل کرد یا این فرایند یک شخصیت انفجاری دارد. سرعت سوزاندن بستگی دارد؟ البته، بر غلظت واکنش ها، از فشار، و همچنین مقدار انرژی "بذر".

متأسفانه هیدروژن در یک فاصله غلظت گسترده ای قادر به سوزاندن انفجاری است. ارقام زیر در ادبیات داده می شود: هیدروژن 18.5-59٪ هیدروژن در مخلوط هوا. علاوه بر این، در لبه های این حد، بزرگترین مقدار انرژی در واحد حجم به عنوان یک نتیجه از انفجار منتشر می شود.

ماهیت مشخص شده احتراق نشان دهنده یک مشکل بزرگ برای استفاده از این واکنش به عنوان یک منبع انرژی کنترل شده است.

دمای واکنش احتراق

در حال حاضر ما به طور مستقیم به پاسخ به سوال که پایین ترین درجه حرارت احتراق هیدروژن نزدیک شده است. این 2321 تا یا 2048 درجه سانتیگراد برای مخلوط با 19.6٪ H 2 است. به این معنی، دمای احتراق هیدروژن در هوا بالاتر از 2000 درجه سانتیگراد است (برای غلظت های دیگر می تواند به 2500 درجه سانتیگراد برسد) و در مقایسه با مخلوط بنزین، این تعداد زیادی است (برای بنزین حدود 800 درجه سانتیگراد) . اگر هیدروژن را در اکسیژن خالص سوزانید، دمای شعله حتی بالاتر خواهد بود (تا 2800 درجه سانتیگراد).

چنین درجه حرارت بالا شعله نشان دهنده یک مشکل دیگر در استفاده از این واکنش به عنوان منبع انرژی است، زیرا هیچ آلیاژ در حال حاضر وجود ندارد، که می تواند برای مدت طولانی در چنین شرایط شدید کار کند.

البته، اگر با استفاده از یک سیستم خنک کننده دوربین به خوبی فکر می شود، این مشکل حل شده است، جایی که سوزش هیدروژن رخ می دهد.

تعداد گرما آزاد شده است

به عنوان بخشی از دمای احتراق هیدروژن، کنجکاو است که همچنین داده های مربوط به مقدار انرژی را که در طول این واکنش اختصاص داده شده، منجر شود. برای شرایط مختلف و ترکیبات مخلوط قابل احتراق، مقادیر از 119 mJ / kg به 141 mJ / kg به دست آمد. برای درک اینکه چقدر این است، ما یادآوری می کنیم که ارزش مشابهی برای مخلوط بنزین حدود 40 مگاوات / کیلوگرم است.

عملکرد انرژی مخلوط هیدروژن بسیار بالاتر از بنزین است، که به عنوان یک محصول بزرگ به عنوان سوخت برای موتورهای احتراق داخلی است. با این حال، و در اینجا خیلی ساده نیست. این همه چیز در مورد تراکم هیدروژن است، فشار اتمسفر خیلی کم است. بنابراین، 1 متر از این گاز تنها 90 گرم وزن دارد. اگر این 1 متر مکعب 3 ساعت را بسوزاند، حدود 10-11 مگاوات گرما در دسترس است، که در حال حاضر 4 برابر کمتر از هنگام سوزاندن 1 کیلوگرم بنزین (کمی بیش از 1 لیتر) است.

ارقام فوق نشان می دهد که برای استفاده از واکنش سوزاندن هیدروژن، لازم است یاد بگیریم که چگونه این گاز را در سیلندرهای فشار بالا ذخیره کنید، که مشکلات اضافی را در پرسش های تکنولوژیکی و از لحاظ امنیت ایجاد می کند.

استفاده از مخلوط قابل احتراق هیدروژن در تکنیک: مشکلات

بلافاصله لازم است بگوییم که در حال حاضر مخلوط قابل احتراق هیدروژن در برخی از مناطق فعالیت های انسانی مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال، به عنوان یک سوخت اضافی برای موشک های فضایی، به عنوان منابع برای تولید انرژی الکتریکی، و همچنین در مدل های آزمایشی اتومبیل های مدرن. با این حال، مقیاس این برنامه ناقص است، در مقایسه با کسانی که برای سوخت های آلی و به عنوان یک قاعده تجربی هستند. دلیل این امر نه تنها مشکلی در کنترل واکنش خود، بلکه همچنین در ذخیره سازی، حمل و نقل و تولید H 2 است.

هیدروژن بر روی زمین عملا در شکل خالص آن وجود ندارد، بنابراین باید از ترکیبات مختلف بدست آید. به عنوان مثال، خارج از آب. این یک روش نسبتا محبوب است که در حال حاضر با عبور از جریان الکتریکی از طریق H 2 O انجام می شود. کل مشکل این است که مصرف انرژی بیشتری از آن را مصرف می کند، می تواند با سوزاندن H 2 به دست آید.

یکی دیگر از مشکلات مهم حمل و نقل و ذخیره سازی هیدروژن است. واقعیت این است که این گاز، به علت اندازه های کوچک مولکول های آن، قادر به "از هر ظروف" است. علاوه بر این، سقوط به شبکه فلزی از آلیاژها، آن را باعث می شود آزار و اذیت آنها. بنابراین، موثرترین روش ذخیره سازی H 2 استفاده از اتم های کربن است که می تواند به طور جدی "گاز بی نظیر" مرتبط باشد.

بنابراین، استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت در مقیاس بیشتر یا کمتر امکان پذیر است تنها اگر آن را به عنوان "صرفه جویی" برق (به عنوان مثال، ترجمه باد و انرژی خورشیدی به هیدروژن با استفاده از الکترولیز آب)، و یا اگر شما یاد بگیرند استفاده می شود برای ارائه H 2 از فضا (جایی که بسیاری از آن وجود دارد) به زمین.

از لعنت تاریکی
بهتر است به نور حداقل
یک شمع کوچک
کنفوسیوس

در آغاز

اولین تلاش برای درک مکانیزم احتراق همراه با نام انگلیسی رابرت بویل، فرانسوی Antoine Laurent Lavauzier و روسی Mikhail Vasilyevich Lomonosov همراه است. معلوم شد که هنگام سوزاندن، این ماده "ناپدید می شود"، به عنوان یک بار باور نکردنی یک بار، و تبدیل به مواد دیگر، عمدتا گازی و بنابراین نامرئی است. Lavoisier در سال 1774 ابتدا نشان داد که وقتی احتراق از هوا حدود پنجم بخش آن است. در طول قرن نوزدهم، دانشمندان فرایندهای فیزیکی و شیمیایی را که همراه با احتراق بودند، مورد بررسی قرار دادند. نیاز به چنین کاری عمدتا توسط آتش سوزی و انفجار در معادن ایجاد شد.

اما تنها در سه ماهه آخر قرن بیستم، واکنش های شیمیایی پایه همراه با سوزش شناسایی شد، و تا به امروز بسیاری از نقاط تاریک در شیمی باقی مانده است. آنها توسط روش های مدرن ترین در بسیاری از آزمایشگاه ها مورد بررسی قرار می گیرند. این مطالعات چندین گل دارد. از یک طرف، لازم است فرایندهای احتراق را در کوره های HTP و سیلندرهای موتورهای احتراق داخلی، جلوگیری از سوزاندن انفجاری (انفجار) در هنگام فشرده سازی در سیلندر خودرو ترکیبی از مخلوط گاز، بهینه سازی کنیم. از سوی دیگر، لازم است مقدار مواد مضر تولید شده در طول فرآیند احتراق را کاهش دهیم و در عین حال - به دنبال ابزار موثرتر از خاموش شدن آتش سوزی.

دو نوع شعله های آتش وجود دارد. عامل سوخت و اکسیداسیون (اغلب اکسیژن) می تواند به صورت اجباری یا به صورت خود به خود به منطقه سوزاندن آپدیوم فشار داده شود و در حال حاضر در شعله مخلوط شود. و ممکن است در پیشبرد مخلوط شود - چنین مخلوط ها قادر به سوزاندن یا حتی منفجر شدن در غیاب هوا، مانند، به عنوان مثال، پودر، مخلوط های آتش سوزی برای آتش بازی، سوخت های موشک. احتراق می تواند هر دو را با مشارکت اکسیژن وارد منطقه احتراق با هوا و با کمک اکسیژن در ماده اکسید کننده رخ دهد. یکی از این مواد - نمک Bertolet (کلور پتاسیم KCLO 3)؛ این ماده به راحتی اکسیژن را می دهد. عامل اکسید کننده قوی - اسید نیتریک HNO 3: در شکل خالص آن، بسیاری از مواد آلی را آتش می زند. نیترات، نمک اسید نیتریک (به عنوان مثال، به شکل کود - پتاس یا نیترات آمونیوم)، به راحتی قابل اشتعال در صورت مخلوط با مواد قابل احتراق قابل اشتعال است. یکی دیگر از اکسیدان های قدرتمند، نیتروکسید نیتروژن N 2 O 4 - جزء سوخت های موشک. اکسیژن می تواند چنین عوامل اکسیداسیون قوی مانند کلر را جایگزین کند، که در آن بسیاری از مواد سوزانده می شوند، یا فلوئور. فلوئور خالص یکی از قوی ترین اکسیدان ها است، آب در جت خود سوزانده می شود.

واکنش های زنجیره ای

پایه های تئوری احتراق و گسترش شعله در پایان 20 سالگی قرن گذشته گذاشته شد. در نتیجه این مطالعات، واکنش های زنجیره ای شاخه ای کشف شد. برای این کشف، فیزیکوشیمی خانگی نیکولای نیکولایویچ Semenov و پژوهشگر انگلیسی Syril Khinchelwood جایزه شیمی نوبل در سال 1956 اهدا شد. واکنش های زنجیره ای ساده تر، در سال 1913، شیمیدان آلمانی Max Bodenstein در مثال واکنش هیدروژن با کلر افتتاح شد. واکنش کل توسط یک معادله ساده H 2 + CL 2 \u003d 2HCl بیان می شود. در حقیقت، با مشارکت قطعات بسیار فعال مولکول ها - رادیکال های به اصطلاح آزاد می آید. تحت عمل نور در مناطق ماوراء بنفش و آبی طیف یا در دماهای بالا، مولکول کلر به اتم ها تجزیه می شود، که شروع به زنجیره ای از تغییرات طولانی مدت (گاهی اوقات تا یک میلیون واحد) می شود؛ هر یک از این تحولات، یک واکنش ابتدایی نامیده می شود:

CL + H 2 → HCL + H،
H + CL 2 → HCL + CL، و غیره

در هر مرحله (پیوند واکنش)، ناپدید شدن یک مرکز فعال (اتم هیدروژن یا کلر) اتفاق می افتد و در عین حال یک مرکز فعال جدید به نظر می رسد، که همچنان زنجیره ای را ادامه می دهد. زنجیرها شکسته می شوند زمانی که دو ذرات فعال یافت می شوند، به عنوان مثال CL + CL → CL 2. هر زنجیره ای به سرعت گسترش می یابد، بنابراین، اگر شما "ذرات فعال" اولیه را با سرعت بالا تولید می کنید، واکنش به سرعت به این نتیجه می رسد که می تواند منجر به انفجار شود.

N. N. Semenov و Khinchelwood دریافتند که واکنش احتراق فسفر و بخار هیدروژن متفاوت است: کوچکترین جرقه یا یک شعله باز می تواند باعث انفجار حتی در دمای اتاق شود. این واکنش ها شاخه های شاخه ای هستند: ذرات فعال در طول واکنش "ضرب"، یعنی، با ناپدید شدن یک ذره فعال، دو یا سه ظاهر می شود. به عنوان مثال، در مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن، که می تواند به آرامی ذخیره صدها سال، اگر هیچ تأثیری خارجی وجود نداشته باشد، ظاهر چنین دلیلی برای اتم های هیدروژن فعال توسط چنین فرآیند راه اندازی می شود:

H + O 2 → OH + O،
O + H 2 → OH + H.

بنابراین، برای یک دوره ناچیز، یک ذره فعال (Atom H) به سه (اتم هیدروژن و دو رادیکال هیدروکسیل آه) تبدیل می شود که در حال حاضر سه زنجیره را به جای یک اجرا می کنند. به عنوان یک نتیجه، تعداد زنجیرها بهمن رشد می کنند، که فورا منجر به انفجار مخلوطی از هیدروژن و اکسیژن می شود، زیرا بسیاری از انرژی حرارتی در این واکنش منتشر می شود. اتم های اکسیژن در شعله حضور دارند و با سوزاندن مواد دیگر. آنها می توانند در صورتی که بتوانند جریان هوای فشرده را در بالای شعله مشعل قرار دهند. در این مورد، بوی مشخصه ازن در هوا یافت می شود - اینها اتمهای اکسیژن "چوب" به مولکول های اکسیژن هستند تا مولکول های اوزون را تشکیل دهند: O + O 2 \u003d O 3، که از شعله ای با هوای سرد ساخته شده اند.

احتمال انفجار مخلوطی از اکسیژن (یا هوا) با بسیاری از گازهای قابل احتراق - مونوکسید کربن هیدروژن، متان، استیلن بستگی به شرایط، عمدتا بر دمای، ترکیب و فشار مخلوط است. بنابراین، به عنوان یک نتیجه از نشت گاز خانگی در آشپزخانه (آن شامل متان است) محتوای آن در هوا بیش از 5٪، پس از آن مخلوط منفجر از شعله مسابقات یا فندک و حتی از یک جرقه کوچک که چسب سوئیچ هنگام احتراق نور. انفجار نخواهد بود اگر زنجیر سریعتر از آنها شکسته شود. به همین دلیل یک لامپ امن برای معدنچیان وجود داشت که هامفری دیوی شیمیدان انگلیسی در سال 1816 توسعه یافت، هیچ چیز در مورد شیمی شعله نبود. در این لامپ، آتش باز از فضای خارجی (که می تواند انفجاری) شبکه مکرر فلزی را از بین ببرد. در سطح فلز، ذرات فعال به طور موثر ناپدید می شوند، به مولکول های پایدار تبدیل می شوند و بنابراین نمی توانند به یک محیط خارجی نفوذ کنند.

مکانیسم کامل واکنش های زنجیره ای شاخه بسیار پیچیده است و ممکن است شامل بیش از صدها واکنش ابتدایی باشد. زنجیره شاخه ای شامل بسیاری از واکنش های اکسیداسیون و احتراق ترکیبات غیر آلی و آلی است. این نیز واکنش تقسیم هسته های عناصر سنگین مانند پلوتونیوم یا اورانیوم، تحت تاثیر نوترون ها، که آنالوگ های ذرات فعال در واکنش های شیمیایی است، نیز خواهد بود. نفوذ به هسته عنصر سنگین، نوترون ها باعث تقسیم آن، که همراه با انتشار انرژی بسیار زیاد است؛ در عین حال نوترون های جدید از هسته خارج می شوند که باعث تقسیم هسته های همسایه می شوند. فرآیندهای زنجیره شیمیایی شیمیایی و هسته ای توسط مدل های ریاضی مشابه توصیف می شود.

چه باید بکنم

برای سوزاندن سوزاندن، شما باید تعدادی از شرایط را انجام دهید. اول از همه، دمای ماده قابل احتراق باید مقدار محدودی از حد مجاز به نام دمای اشتعال را فراتر رود. معروف رومی برادبری "451 درجه فارنهایت" به دلیل این درجه حرارت (233 درجه سانتیگراد) نامگذاری شده است. این "دمای قابل اشتعال" است، که بالاتر از آن سوخت جامد، جفت های قابل احتراق یا محصولات تجزیه گاز را به میزان کافی برای سوزاندن پایدار خود برجسته می کند. تقریبا مشابه دمای التهاب و چوب کاج خشک.

دمای شعله بستگی به ماهیت مواد قابل احتراق و شرایط احتراق دارد. بنابراین، درجه حرارت در شعله متان در هوا به 1900 درجه سانتیگراد می رسد، و هنگام سوزاندن در اکسیژن - 2700 درجه سانتیگراد. هنگامی که احتراق در هیدروژن اکسیژن خالص (2800 درجه سانتیگراد) و استیلن (3000 درجه سانتیگراد) یک شعله گرم حتی بیشتر گرم می شود. جای تعجب نیست که شعله مشعل استیلن به راحتی تقریبا هر فلز را کاهش می دهد. درجه حرارت بالا، حدود 5000 درجه سانتی گراد (آن را در کتاب رکوردهای گینس ثابت شده است)، آن را به مایع جوش جوش در اکسیژن در اکسیژن - یک subnithide کربن C 4 N 2 (این ماده دارای ساختار dicyanoacetylene nc- C \u003d C-CN). و بر اساس برخی از اطلاعات، هنگام ترکیب آن در یک فضای اوزون، درجه حرارت می تواند به 5700 درجه سانتیگراد برسد. اگر این مایع به هوا برسد، آن را با یک شعله ی قرمز دودی با یک مرز سبز بنفش سوزاند. از سوی دیگر، شعله های آتش نیز شناخته شده اند. بنابراین، به عنوان مثال، آنها با فشار کم جفت های فسفر سوختگی می کنند. یک شعله نسبتا سرد با اکسیداسیون تحت شرایط خاصی از هیدروکربن های کربن و نور به دست می آید؛ به عنوان مثال، پروپان یک شعله سرد را تحت فشار و دمای کاهش دمای 260-320 درجه سانتیگراد می دهد.

فقط در سه ماهه آخر قرن بیستم، مکانیزم فرآیندهای رخ داده در شعله بسیاری از مواد قابل احتراق را پاک کرد. این مکانیسم بسیار پیچیده است. مولکول های شروع معمولا بیش از حد بالا هستند تا به طور مستقیم به اکسیژن پاسخ دهند تا به محصولات واکنش تبدیل شوند. به عنوان مثال، سوزاندن اکتان، یکی از اجزای بنزین، توسط 2C 8 H 18 + 25O 2 \u003d 16 + 2 + 25O 2 \u003d O. بیان شده است، با این حال، تمام 8 اتم کربن و 18 اتم هیدروژن در اکتان مولکول نمی تواند به طور همزمان با 50 اتم اکسیژن ارتباط برقرار کند.: برای این، بسیاری از اوراق قرضه شیمیایی باید شکسته شود و بسیاری از موارد جدید. واکنش احتراق چند مرحله ای اتفاق می افتد به طوری که در هر مرحله تنها تعداد کمی از اوراق قرضه شیمیایی، و روند شامل تعدادی از واکنش های اولیه به طور مداوم رخ می دهد، ترکیبی از آن نیز به عنوان یک شعله نمایش داده می شود. دشوار است که واکنش های ابتدایی را در درجه اول مطالعه کنیم زیرا غلظت ذرات متوسط \u200b\u200bواکنشی در شعله بسیار کوچک است.

در داخل شعله های آتش

سنجش نوری از بخش های مختلف شعله با کمک لیزر، امکان ایجاد یک ترکیب کیفی و کمی از ذرات فعال موجود وجود دارد - قطعاتی از مولکول های قابل احتراق. معلوم شد که حتی در یک پیکربندی ساده واکنش احتراق هیدروژن در اکسیژن 2n 2 + O 2 \u003d 2n 2 O بیش از 20 واکنش ابتدایی شامل مولکول های O 2، H 2، O 3، H 2 O 2، H 2 O، ذرات فعال H، اوه، او، اما 2. در اینجا، به عنوان مثال، چی شیمیدان انگلیسی کنت بیلی درباره این واکنش در سال 1937 نوشت: "معادله واکنش هیدروژن با اکسیژن، اولین معادله ای است که اکثر مبتدیان برای مطالعه شیمی آشنا می شوند. این واکنش به نظر می رسد بسیار ساده است. اما حتی شیمیدانان حرفه ای تا حدودی قابل توجه هستند، دیدن یک کتاب در صد صفحه به نام "واکنش اکسیژن با هیدروژن"، منتشر شده توسط Hinshelwood و ویلیامسون در سال 1934. " این می تواند اضافه شود که در سال 1948، به طور قابل توجهی از لحاظ حجم انحصار A. B. Nalbandyan و V. V. Voevodsky به نام "مکانیسم اکسیداسیون و سوزاندن هیدروژن" منتشر شد.

روش های مدرن تحقیقات ما را قادر به مطالعه مراحل فردی از این فرآیند، اندازه گیری میزان که در آن ذرات فعال مختلف با یکدیگر واکنش نشان می دهند و با مولکول های پایدار در دمای مختلف واکنش نشان می دهند. دانستن مکانیسم مراحل فردی فرآیند، شما می توانید "جمع آوری" و کل فرآیند، یعنی شبیه سازی شعله. پیچیدگی چنین مدل سازی نه تنها در مطالعه کل مجموعه ای از واکنش های شیمیایی ابتدایی نه تنها، بلکه نیاز به توجه به فرایندهای انتشار ذرات، انتقال حرارت و جریانهای جابجایی در شعله دارد (این دومی است که با آن مناسب است بازی جذاب از زبانهای آتش سوزی سوزاندن).

جایی که همه چیز از آن گرفته شده است

سوخت اصلی صنعت مدرن، هیدروکربن ها، از ساده ترین، متان و پایان دادن به هیدروکربن های سنگین است که در روغن سوخت موجود است. شعله حتی ساده ترین هیدروکربن - متان ممکن است شامل یک صد واکنش ابتدایی باشد. در عین حال، همه آنها در جزئیات کافی مورد مطالعه قرار نگرفتند. به عنوان مثال، هنگامی که هیدروکربن های شدید سوزانده می شوند، کسانی که در پارافین قرار دارند، مولکول های آنها نمی توانند به منطقه سوختگی برسند، باقی مانده اند. حتی در رویکرد به شعله، آنها به علت درجه حرارت بالا به قطعات تقسیم می شوند. در عین حال، گروه هایی که شامل دو اتم کربن هستند معمولا از مولکول ها جدا می شوند، به عنوان مثال از 8 ساعت 18 → C 2 H 5 + C 6 H 13. ذرات فعال با تعداد عددي اتم های کربن می توانند اتم های هیدروژن را از بین ببرند، ترکیبات را با اتصالات دوگانه C \u003d C و سه گانه S≡C تشکیل دهند. مشخص شد که در شعله چنین ترکیبات ممکن است به واکنش هایی که قبلا به شیمیدان شناخته نشود وارد شوند، زیرا در خارج از شعله، آنها به عنوان مثال، با 2 ساعت 2 + O → CH 2 + CO، CH 2 + O 2 → CO 2 + N + N.

از دست دادن تدریجی هیدروژن با مولکول های اولیه منجر به افزایش سهام کربن می شود، تا زمانی که ذرات C 2 H 2 تشکیل می شوند، با 2 ساعت، از 2. منطقه شعله آبی آبی به دلیل درخشش در این منطقه ذرات هیجان زده از 2 و CH است. اگر دسترسی به اکسیژن به منطقه سوختگی محدود باشد، این ذرات اکسید نشده اند، اما به جمع کننده ها مونتاژ می شوند - آنها با توجه به C 2 H + C 2 H 2 (C 4 H 2 + N، C 2 H پلیمریزاسیون می شوند + C 4 H 2 → C 6 2 + N، و غیره

در نتیجه، ذرات سوئد تقریبا به طور انحصاری از اتم های کربن تشکیل شده اند. آنها شکل توپ های کوچک با قطر تا 0.1 میکرومتر دارند که حاوی حدود یک میلیون اتم کربن است. چنین ذرات در دمای بالا یک شعله زرد درخشان را به ارمغان می آورد. در بالای شعله شمع، این ذرات سوزانده می شوند، بنابراین شمع سیگار نمی کشد. اگر بیشتر چسبندگی این ذرات آئروسل رخ می دهد، ذرات بزرگتر از دود تشکیل می شود. در نتیجه، شعله (به عنوان مثال، سوزاندن لاستیک) دود سیاه را می دهد. چنین دود به نظر می رسد اگر سهم کربن در سوخت اولیه نسبت به هیدروژن افزایش یابد. یک مثال سیب زمینی سرخ شده است - مخلوطی از هیدروکربن های ترکیب C 10 H 16 (C N H 2N-4)، بنزن C 6 ساعت 6 (C N H 2N-6)، دیگر مایعات قابل احتراق با ضرر هیدروژن - همه هنگامی که آنها smoothie را می سوزاند. Kohsovy و شعله درخشان درخشان به هوا سوزاندن استیلن C 2 H 2 (C n H 2N-2)؛ هنگامی که این شعله در فانوس های استیلن نصب شده بر روی دوچرخه ها و اتومبیل ها در لامپ های معدن استفاده شد. برعکس: هیدروکربن ها با محتوای بالا هیدروژن - متان CH 4، اتان C 2 H 6، پروپان با 3 ساعته 8، بوتان C 4 H 10 (فرمول عمومی C N H 2N + 2) - با دسترسی به هوای کافی با تقریبا یک شعله بی رنگ مخلوط پروپان و بوتان به شکل مایع تحت فشار کم در فندک، و همچنین در سیلندر است که توسط Dackets و گردشگران استفاده می شود؛ همان سیلندرها در اتومبیل های عملیاتی گاز نصب می شوند. این نسبتا اخیرا دریافت که مولکول های کروی متشکل از 60 اتم کربن اغلب در دوش قرار دارند؛ آنها فولرین ها نامیده می شدند و کشف این شکل کربن جدید با اعطای جایزه در سال 1996 جایزه نوبل شیمی بود.

هیدروژن حدود 140 mJ / kg (بالا) یا 120 mJ / kg (پایین تر) است که چندین بار بیشتر از گرمای خاصی از احتراق سوخت های هیدروکربن (برای متان - حدود 50 mJ / kg) است.

گاز سخت شدن خودپرداز در فشار اتمسفر و دمای 510 درجه سانتیگراد است. در دمای اتاق در غیاب منابع احتراق (جرقه، شعله باز)، گاز تند می تواند به مدت طولانی به طور نامحدود ذخیره شود، اما قادر به منفجر شدن از ضعیف ترین منبع است، زیرا این امر برای شروع انفجار کافی است جرقه با انرژی 17 microdzhules. با توجه به این واقعیت که هیدروژن توانایی نفوذ به دیوارهای عروق را دارد که به عنوان مثال ذخیره می شود، به عنوان مثال، از طریق دیوارهای فلزی سیلندر گاز پخش می شود و هیچ بویایی ندارد، در هنگام کار با آن باید باشد بسیار مراقب باشید

به دست آوردن

منحنی رابطه بین فشار بحرانی و درجه حرارت که در آن خود احتراق مخلوط رخ می دهد، دارای شکل مشخصی از شکل Z شکل است، همانطور که در شکل نشان داده شده است. شاخه های پایین تر، متوسط \u200b\u200bو بالایی از این منحنی با توجه به محدودیت های اول، دوم و سوم احتراق نامیده می شوند. اگر تنها دو محدودیت اول در نظر گرفته شود، منحنی شکل شبه جزیره را دارد و به طور سنتی این رقم شبه جزیره التهاب نامیده می شود.

نظریه پیچیده

در دهه 1960، مهندس آمریکایی ویلیام، مهندس آمریکایی (ویلیام رودز) ادعا کرد که "فرم جدید" آب تجاری شده توسط یوول براون، فیزیکدان بلغاری مهاجرت به استرالیا را باز کرد. "گاز براون"، یعنی ترکیبی از اکسیژن و هیدروژن، که در دستگاه الکترولیز آب به دست آمده، قادر به تمیز کردن زباله های رادیواکتیو، سوختگی به عنوان سوخت، آرامش عضلات و تحریک دانه های خرد شده اعلام شد. پس از آن، فیزیکدان ایتالیایی Rujsero Santilli (EN: Ruggero Santilli) فرضیه ای را مطرح می کند که نشان می دهد وجود یک نوع جدید از آب به شکل "گاز HHO"، یعنی ساختار شیمیایی فرم (H × H - o)، جایی که "×" نشان دهنده یک اتصال منیزیم فرضی است، و "-" - پیوند معمولی کووالانتی. مقاله سانتلی، منتشر شده در مجله مجله معتبر مجله مجله بین المللی انرژی هیدروژن، موجب انتقاد سخت خود را از همکارانش که اتهامات سانتلی نامیده می شود، اما برخی از دانشمندان دیگر توسط سانتلی پشتیبانی می شوند.

یادداشت

1. ، از جانب. 85،196
2. ، از جانب. 311.
3. Konnov A. عدم وجود باقی مانده در مکانیسم جنبشی احتراق هیدروژن // احتراق و شعله. - Elsevier، 2008. - جلد. 152، شماره 4 - ص. 507-528. - DOI: 10.1016 / j.comBUSTFLAME.2007.10.024.
4. Shimizu K.، Hibi A.، Koshi M.، Morii Y.، Tsuboi N. به روز شده مکانیسم جنبشی برای احتراق هیدروژن فشار بالا // مجله نیروی دریایی و قدرت. - موسسه آمریکایی Aeronautics و فضانوردان، 2011. - جلد. 27، № 2. - ص. 383-395. - DOI: 10.2514 / 1.48553.
5. Burke M. P.، Chaos M.، Ju Y.، خشک کن F. L.، Klippenstein S. J. مدل سینتیکی H 2 / O 2 تسلیم شده برای احتراق فشار بالا // مجله بین المللی سینتیک شیمیایی. - Wiley Periamicals، 2012. - جلد. 44، № 7. - ص 444-474. - DOI: 10.1002 / KIN0603.
6. ، از جانب. 35
7. توپ، فیلیپ. زباله های هسته ای توجه ستاره (انگلیسی) // طبیعت: مجله. - 2006. - ISSN 1744-7933. - DOI: 10.1038 / news060731-13.
8. Ruggero Maria Santilli. یک فرم گاز جدید و قابل اشتعال از آب // مجله بین المللی انرژی هیدروژن: مجله. - 2006. - جلد 31، نه نه . - ص. 1113-1128. - DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2005.11.006.
9. J. M. Calo.

پروتون - زنجیره پروتون ارائه شده در شکل. 14. تحت هر فلش، یا جریان جریان جریان این واکنش در شرایط خورشید، یا نیمه عمر T 1/2 هسته داده شده است. محاسبات با استفاده از فرمول ها (8) - (13) برای برابری جرم کلی هیدروژن و هلیوم انجام شد که تراکم متوسط \u200b\u200bماده را تعامل می کند ρ \u003d 150 g / cm 3 و درجه حرارت
T \u003d 1.5 · 10 7 K. برای هر واکنش، انتشار انرژی (واکنش انرژی Q) داده می شود.
اولین واکنش در زنجیره، تعامل دو هسته هیدروژن با تشکیل Deuteron، Positron و Neutrino است. این واکنش به عنوان یک نتیجه از تعامل ضعیف رخ می دهد و در سرعت کل زنجیره PP تعیین می شود (T \u003d 5.8 · 10 9 سال). در مرحله دوم، به عنوان یک نتیجه از تعامل Deuteron تشکیل شده با هیدروژن، تشکیل 3 او ایزوتوپ با انتشار انتشار رخ می دهد. بعد می توان یکی از دو فرصت را اجرا کرد. با احتمال 69٪، واکنش رخ می دهد:

دادن یک جریان نوترینو با انرژی بالا برای ثبت نام. انرژی کامل (کل واکنش انرژی Q)، به عنوان یک نتیجه از سنتز ایزوتوپ 4 او 4 پروتون، 24.7 MeV - برای زنجیره PPI، PPIII و 25.7 MEV برای زنجیره PPII منتشر شده است. پوزیترون ها در طول سنتز تشکیل شده اند، کاهش می یابد، افزایش انرژی برای تمام زنجیره ها به 26.7 MeV.

در برگه 8 مقادیر ضریب S IJ را در E \u003d 0 برای برخی از واکنش های چرخه PP و عدم قطعیت برآورد مقادیر ضرایب مربوطه نشان می دهد.

جدول 8

ارزش مقادیر ضریب S IJ در واکنش های چرخه PP

		مقادیر S IJ، MEV · MB
p + P → D + E + + ν
3 او + 3 او → 4 HE + 2P
3 او + 4 او → 7 برابر + γ
7 + P → 8 B + γ

مقادیر IJ و عدم قطعیت آنها نشان داده شده در جدول به شما این امکان را می دهد که ایده پیچیدگی محاسبه واکنش های هسته ای را در ستاره ها و دقت به دست آورید.
چرخه هیدروژن همچنین می تواند با واکنش آغاز شود:

در ستاره ها با بسیاری از بیشتر از خورشید، PP - زنجیره منبع اصلی انرژی نیست.
ماده ستاره های نسل دوم، همراه با هیدروژن و هلیوم، حاوی عناصر سنگین تر است که باعث واکنش های احتراق هیدروژن و هلیوم می شود و به ویژه نیتروژن، کربن، اکسیژن، نئون و دیگران می شود. این عناصر نقش کاتالیزورهای واکنش هیدروژن را بازی می کنند.
هنگامی که درجه حرارت در مرکز ستاره نزدیک به 20 میلیون است، زنجیره ای از واکنش های هسته ای در ستاره ها آغاز می شود، در طی آن هسته کربن یک سری تحولات متوالی را تجربه می کند و هلیوم از هیدروژن تشکیل شده است. این زنجیره ای از واکنش ها CNO چرخه نامیده می شود.