Vandenilio degimo reakcija deguonyje. Vandenilio degimo temperatūra: aprašymas ir reakcijos sąlygos, taikymas mašinose
Viena iš dabartinių problemų yra aplinkos tarša ir ribotai ekologiškos kilmės energijos ištekliai. Perspektyvus būdas išspręsti šias problemas yra naudoti vandenilį kaip energijos šaltinį. Straipsnyje apsvarstyti šio proceso vandenilio deginimo, temperatūros ir chemijos problemą.
Kas yra vandenilis?
Prieš apsvarstydami klausimą, kurio temperatūra yra vandenilio degimo, būtina prisiminti, kas yra ši medžiaga.
Vandenilis yra paprasčiausias cheminis elementas, sudarytas iš vieno protono ir vieno elektrono. Normaliomis sąlygomis (slėgis 1 atm., Temperatūra 0 o c) ji yra dujinėje būsenoje. Jo molekulė (H 2) sudaro 2 atomai šio cheminio elemento. Vandenilis yra trečiasis paplitimas mūsų planetoje ir pirmoje visatoje (apie 90% viso medžiagos).
Vandenilio dujos (H 2) nėra kvapas, skonis ir spalvos. Tai nėra toksiška, tačiau kai jo turinys atmosferos ore yra keletas procentų, tada asmuo gali būti uždusta dėl deguonies trūkumo.
Tai smalsu pažymėti, kad nors iš cheminio požiūrio, visi H 2 molekulė yra identiška, jų fizinės savybės yra šiek tiek kitokios. Taškas yra visų į elektronų sukimus (jie yra atsakingi už magnetinio momento išvaizdą), kuri gali būti lygiagrečiai ir anti-lygiagrečiai, tokia molekulė yra vadinama orto- ir parašodomo, atitinkamai.
Cheminės degimo reakcija
Atsižvelgiant į klausimą, vandenilio degimo temperatūra su deguonimi, mes pristatome cheminę reakciją, kurioje aprašomas šis procesas: 2H 2 + O 2 \u003d\u003e 2H 2 O. Tai yra, 3 molekulės (dvi vandenilis ir vienas deguonis) yra susiję su reakcija reakcija ir produktas yra dvi vandens molekulės. Ši reakcija apibūdina degimą nuo cheminio požiūrio, ir jis gali būti vertinamas pagal jį, kad po jo ištraukos jis išlieka tik švarų vandeniu, kuris neapima aplinkos, nes tai atsitinka, kai deginimas organinio kuro (benzino, alkoholio).
Kita vertus, ši reakcija yra egzoterminė, tai yra, be vandens, tai pabrėžia tam tikrą šilumos kiekį, kuris gali būti naudojamas vairuoti mašinas ir raketas, taip pat perkelti jį į kitus energijos šaltinius, pavyzdžiui, Elektra.
Vandenilio deginimo proceso mechanizmas
Ankstesnėje pastraipoje aprašytas cheminis atsakas yra žinomas bet kuriam viduriniam mokymui, tačiau tai yra labai apytikris proceso aprašymas, kuris įvyksta iš tikrųjų. Pažymėtina, kad iki praėjusio amžiaus vidurio žmonija nežinojo, kaip vyksta vandenilio deginimas ore, ir 1956 m. Nobelio chemijos premija buvo apdovanota už savo tyrimą.
Tiesą sakant, jei jūs žingsnis O2 ir H 2 molekulių, tada jokios reakcijos atsirasti. Abi molekulės yra pakankamai stabilios. Norint įvykti deginimui, susidaro vanduo, būtinas laisvųjų radikalų buvimas. Visų pirma, H, o atomai ir OH grupės. Žemiau yra realybėje esančių reakcijų seka, kai vandenilio deginimas:
- H + O 2 \u003d\u003e OH + O;
- Oh + h 2 \u003d\u003e h 2 o + h;
- O + H 2 \u003d OH + H.
Ką galima matyti iš šių reakcijų? Su vandenilio deginimu susidaro vanduo, taip, tiesa, bet tik atsitinka, kai dviejų OH atomų grupė atsiranda su H 2 molekule. Be to, visos reakcijos atsiranda su laisvųjų radikalų susidarymu, o tai reiškia, kad pradėtas degimo savęs pasiūlymo procesas.
Taigi, pagrindinis šio reakcijos pradžios taškas yra formuoti radikalus. Jie pasirodo, jei į deguonies vandenilio mišinį atneša deginimo rungtynes, arba jei šildysite šį mišinį virš tam tikros temperatūros.
Reakcijos inicijavimas
Kaip pažymėta, tai galima padaryti dviem būdais:
- Naudojant kibirkštį, kuri turėtų suteikti tik 0,02 MJ šilumą. Tai labai maža energijos vertė, palyginimui, tarkim, kad panaši benzino mišinio vertė yra 0,24 MJ, o metanas - 0,29 MJ. Sumažėjus slėgiui, reakcijos inicijavimo energija auga. Taigi, 2 kPa, tai jau yra 0,56 MJ. Bet kuriuo atveju, tai yra labai mažos vertės, todėl vandenilio ir deguonies mišinys laikomas lengvai degi.
- Naudojant temperatūrą. Tai reiškia, kad deguonies-vandenilio mišinys gali būti tiesiog šildomas, o virš kai kurių temperatūros jis lieps. Kai taip atsitinka, priklauso nuo dujų slėgio ir procentinio santykio. Platus koncentracijos atmosferos slėgiu, savarankiška reakcija atsiranda esant aukštesnei kaip 773-850 K temperatūrai, ty virš 500-577 ° C. Tai yra gana didelės vertės, palyginti su benzino mišiniu, kuris prasideda savarankiškai propaguoti esant žemesnei nei 300 ° C temperatūrai.
Dujų kiekis degiu mišiniuose
Kalbėdamas apie vandenilio deginimo temperatūrą ore, reikia pažymėti, kad ne kiekvienas šių dujų mišinys prisijungs prie nagrinėjamo proceso. Jis eksperimentiškai nustatė, kad jei deguonies kiekis yra mažesnis nei 6% tūrio, arba jei vandenilio kiekis yra mažesnis nei 4% tūrio, tada jokios reakcijos bus. Nepaisant to, degių mišinio egzistavimo ribos yra pakankamai plačios. Oro, vandenilio procentas gali būti nuo 4,1% iki 74,8%. Atkreipkite dėmesį, kad viršutinė vertė tiesiog atitinka reikiamą mažiausią deguonį.
Jei yra laikomas gryno deguonies, tada čia ribos yra net platesnis: 4.1-94%.
Dujų slėgio mažinimas sukelia nustatytas ribas (apatinė riba pakyla, viršutinė yra nuleidžiama).
Taip pat svarbu suprasti, kad deginant vandenilį ore (deguonies) procese, reakcijos produktai, atsirandantys (vanduo), sukelia reagentų koncentraciją, kuri gali sukelti cheminio proceso nutraukimą.
Saugos deginimas
Tai yra svarbi degių mišinio savybė, nes ji leidžia jums nuspręsti, kad reakcija ramiai įvyksta, ir jis gali būti kontroliuojamas, arba procesas turi sprogstamąjį charakterį. Ką priklauso nuo deginimo greičio? Žinoma, dėl reagentų koncentracijos nuo slėgio, taip pat energijos "sėjamosios" dydį.
Deja, vandenilis plačiame koncentracijos intervale gali sprogti deginimui. Literatūroje pateikiami šie duomenys: 18,5-59% vandenilio į oro mišinį. Be to, šios ribos kraštuose didžiausias energijos kiekis vienam vieneto tūriui išleidžiamas kaip detonacijos rezultatas.
Pažymėtas degimo pobūdis yra didesnė problema, skirta naudoti šią reakciją kaip kontroliuojamą energijos šaltinį.
Degimo reakcijos temperatūra
Dabar kreipėmės tiesiai į atsakymą į klausimą, kurio mažiausia vandenilio degimo temperatūra. Jis yra 2321 arba 2048 ° C mišiniui su 19,6% H 2. Tai yra, vandenilio degimo temperatūra ore yra didesnė nei 2000 ° C (kitoms koncentracijoms jis gali pasiekti 2500 ° C), lyginant su benzino mišiniu, tai yra didžiulis skaičius (benzinui apie 800 ° C) . Jei deginate vandenilį gryname deguonyje, tada liepsnos temperatūra bus dar didesnė (iki 2800 ° C).
Tokia didelė liepsnos temperatūra yra dar viena problema naudojant šią reakciją kaip energijos šaltinį, nes nėra lydinių šiuo metu, kurie galėjo dirbti ilgą laiką tokios ekstremalios sąlygos.
Žinoma, ši problema išspręsta, jei naudojate gerai apgalvotą kameros aušinimo sistemą, kur atsiranda vandenilio deginimas.
Išleistos šilumos skaičius
Kaip dalis vandenilio degimo temperatūros, ji yra smalsu, taip pat vadovauti duomenims apie energijos kiekį, kuris skiriamas per šią reakciją. Skirtingoms degių mišinio sąlygoms ir kompozicijoms vertės buvo gautos iš 119 MJ / kg iki 141 MJ / kg. Suprasti, kiek tai yra, mes pastebime, kad panaši benzino mišinio vertė yra apie 40 MJ / kg.
Vandenilio mišinio energijos derlius yra daug didesnis nei benzinui, kuris yra didžiulis pliusas jo naudojimas kaip kuras vidaus degimo varikliams. Tačiau ir čia nėra taip paprasta. Viskas apie vandenilio tankį yra per maža atmosferos slėgiui. Taigi, 1 m 3 šios dujos sveria tik 90 gramų. Jei jis nudegina šį 1 m 3 h 2, tada yra apie 10-11 mJ šilumos, kuris jau yra 4 kartus mažesnis nei deginant 1 kg benzino (šiek tiek daugiau nei 1 litrą).
Pirmiau minėti skaičiai rodo, kad naudoti vandenilio deginimo reakciją, būtina sužinoti, kaip laikyti šią dujas aukšto slėgio cilindruose, kurie sukuria papildomų sunkumų tiek technologinio klausimo ir saugumo požiūriu.
Vandenilio degimo mišinio naudojimas technikoje: problemos
Nedelsiant būtina pasakyti, kad šiuo metu vandenilio degimo mišinys jau naudojamas kai kuriose žmogaus veiklos srityse. Pavyzdžiui, kaip papildomas kuro kosmoso raketas, kaip šaltiniai generuoti elektros energiją, taip pat eksperimentiniuose moderniuose modeliuose. Tačiau šios paraiškos mastas yra menkas, palyginti su organinio kuro ir, kaip taisyklė, yra eksperimentiniai. Priežastis yra ne tik sunkumai kontroliuojant pačią reakciją, bet ir saugojimo, transportavimo ir gamybos H 2.
Vandenilis Žemėje praktiškai neegzistuoja jo grynoje formoje, todėl jis turi būti gaunamas iš įvairių junginių. Pavyzdžiui, iš vandens. Tai yra gana populiarus metodas, kuris yra atliekamas perduodant elektros srovę per H 2 O. Visa problema yra ta, kad ji sunaudoja daugiau energijos nei tada galima gauti deginant H 2.
Kita svarbi problema yra vandenilio transportavimas ir saugojimas. Faktas yra tas, kad ši dujos, dėl mažų savo molekulių dydžių, gali "išvykti" nuo bet kokių konteinerių. Be to, patenka į metalinį lydinių groteles, jis sukelia jų sprendimą. Todėl efektyviausias saugojimo metodas H 2 yra anglies atomų, kurie gali tvirtai susieti "silpnas" dujas, naudojimas.
Taigi, vandenilio naudojimas kaip kuro daugiau ar mažiau platų yra įmanoma tik tuo atveju, jei jis naudojamas kaip "taupymas" elektros energijos (pavyzdžiui, išversti vėjo ir saulės energiją į vandenilio, naudojant elektrolizės vandens), arba jei mokosi išmokti pristatyti H 2 iš vietos (kur yra daug jo) į žemę.
Nei prakeikti tamsą
geriau apšviesti bent jau
viena maža žvakė.
Konfucijus.
Pradžioje
Pirmieji bandymai suprasti degimo mechanizmą yra susijęs su angliškų Robert Boyl, prancūzų Antoine Laurent Lavauzier ir Rusijos Michailas Vasileich Lomonosovas. Paaiškėjo, kad deginant, cheminė medžiaga nėra "išnyksta", nes naiviai tikėjo vieną kartą ir virsta kitomis medžiagomis, daugiausia dujinėmis ir todėl nematoma. 1774 m. Lavoisier parodė, kad kai deginimas iš oro yra apie penktą jo dalį. XIX a. Mokslininkai tiria fizinius ir cheminius procesus, lydinčius degimą. Tokio darbo poreikį pirmiausia sukėlė gaisrai ir sprogimai kasyklose.
Tačiau tik paskutiniame dvidešimtojo amžiaus ketvirtyje buvo nustatyti pagrindinės cheminės reakcijos, susijusios su deginimu, ir iki šios dienos daug tamsių dėmių liko chemijoje. Juos tiria moderniausi metodai daugelyje laboratorijų. Šie tyrimai turi keletą tikslų. Viena vertus, būtina optimizuoti degimo procesus HTP krosnyse ir vidaus degimo variklių cilindruose, užkirsti kelią sprogstamam degimui (detonacijai), kai suspaudžiate oro benzino mišinio automobilio cilindrą. Kita vertus, būtina sumažinti kenksmingų medžiagų, gautų degimo proceso metu, ir tuo pačiu metu - ieškoti veiksmingesnių gaisro gesinimo būdų.
Yra dviejų tipų liepsnos. Kuro ir oksidatoriaus agentas (dažniausiai deguonis) gali būti prievarta arba spontaniškai stumiama į degančią zoną apodium ir sumaišykite jau liepsnoje. Ir gali būti sumaišyti iš anksto - tokie mišiniai gali sudeginti arba net sprogti, nesant oro, pavyzdžiui,, pavyzdžiui, miltelių, pirotechnikos mišiniai fejerverkai, raketų kuras. Degimas gali atsirasti tiek su deguonies, patekus į degimo zoną su oru ir su deguonies pagalba, sudarytą oksidatoriaus medžiagoje. Viena iš šių medžiagų - Bertolet druskos (kalio chlorate kclo 3); Ši medžiaga lengvai suteikia deguoniui. Stiprus oksiduojantis agentas - azoto rūgštis HNO 3: savo grynoje formoje ji užsidega daug organinių medžiagų. Nitratai, azoto rūgščių druskos (pavyzdžiui, trąšų pavidalu - kalio arba amonio nitrato forma), yra lengvai degi, jei sumaišoma su degiomis medžiagomis. Kitas galingas oksidantas, nitroxide azoto n 2 o 4 - raketų kuro komponentas. Deguonis gali pakeisti tokius stiprius oksiduojančius agentus, pvz., Chlorą, kuriame daugelis medžiagų dega arba fluoras. Grynas fluoras yra vienas iš stipriausių oksidantų, vanduo degina jo purkštuku.
Grandinės reakcijos
Degimo teorijos ir liepsnos plitimo pamatai buvo nustatyti praėjusio šimtmečio 20s pabaigoje. Dėl šių tyrimų buvo atrasta šakų grandinės reakcija. Dėl šio atradimo, vidaus fizikinischemikas Nikolajus Nikolayevich Semenovas ir anglų tyrėjas Syril Khinchelwood buvo apdovanotas Nobelio chemijos premija 1956 m. 1913 m. Vandenilio reakcijos į vandenilio reakcijos pavyzdį atidarytas daugiau paprastų nepadengtų grandinės reakcijų. Bendra reakcija išreiškiama paprasta h 2 lygtis + Cl 2 \u003d 2HCl. Tiesą sakant, jis ateina su labai aktyvių fragmentų molekulių - vadinamųjų laisvųjų radikalų. Pagal šviesos veikimą ultravioletiniuose ir mėlynose spektro zonose arba esant aukštai temperatūrai, chloro molekulė dezintegruota į atomus, kurie prasideda ilgai (kartais iki milijono vienetų) transformacijų grandinės; Kiekviena iš šių transformacijų vadinama pagrindine reakcija:
Cl + H 2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl ir tt
Kiekviename etape (reakcijos nuoroda), vieno aktyvaus centro (atomo vandenilio ar chloro) išnykimas atsiranda ir tuo pačiu metu atsiranda naujas aktyvus centras, kuris tęsia grandinę. Grandinės yra sulaužytos, kai randamos dvi aktyvios dalelės, pavyzdžiui, Cl + Cl → Cl 2. Kiekviena grandinė labai greitai plinta, todėl, jei generuojate "pradines" aktyvių dalelių dideliu greičiu, reakcija bus taip greitai, kad gali sukelti sprogimą.
N. N. Semenovas ir Khinchelwood nustatė, kad fosforo ir vandenilio garų degimo reakcija yra kitokia: mažiausia kibirkštis arba atvira liepsna gali sukelti sprogimą net kambario temperatūroje. Šios reakcijos yra šakotos grandinės: aktyvios dalelės reakcijos metu "Padauginkite", tai yra su vienos aktyvios dalelės išnykimu, du ar trys rodomi. Pavyzdžiui, vandenilio ir deguonies mišinyje, kuris gali būti ramiai saugomas šimtus metų, jei nėra išorinių įtakų, tokio proceso metu pradedama tokio aktyvaus vandenilio atomų atsiradimo:
H + O 2 → OH + O,
O + H 2 → OH + H.
Taigi, nereikšmingam laikotarpiui, viena aktyvi dalelė (ATOM) konvertuojama į tris (vandenilio atomas ir du hidroksilo radikalai), kurie jau veikia tris grandines, o ne vieną. Kaip rezultatas, grandinių skaičius yra lavina panašus auginimas, kuris akimirksniu sukelia vandenilio ir deguonies mišinio sprogimą, nes daugelis šiluminės energijos išleidžiama šioje reakcijoje. Deguonies atomai yra liepsna ir kitų medžiagų deginimas. Jie gali būti rasti, jei nukreipti suslėgto oro srautą per degiklio liepsnos viršų. Šiuo atveju būdingas ozono kvapas bus rastas ore - tai yra deguonies atomai "Stick" į deguonies molekules, kad susidarytų ozono molekulės: O + O 2 \u003d O 3, kurie buvo pagaminti iš liepsnos su šaltu oru.
Iš deguonies (arba oro) mišinio su daugybe degiųjų dujų mišinio - vandenilio anglies monoksido, metano, acetilenas priklauso nuo sąlygų, daugiausia ant temperatūros, sudėties ir slėgio mišinio. Taigi, dėl buitinių dujų nuotėkio virtuvėje (jis susideda daugiausia metano) jo turinys ore bus viršyti 5%, tada mišinys sprogsta nuo rungtynių ar žiebtuvėlių liepsnos ir net iš mažos kibiro, kuris priklijuotas jungiklį, kai šviesos uždegimas. Sprogimas nebus, jei grandinės yra sugadintos greičiau nei jie turi laiko filialui. Štai kodėl buvo saugi lemputė kalnakasių, kad anglų chemikas Humphrey Davy sukūrė 1816, nieko nežino apie liepsnos chemiją. Šioje lempoje atvira ugnis buvo aptverta iš išorinės atmosferos (kuri gali būti sprogi) dažnas metalo tinklelis. Ant metalo paviršiaus aktyvios dalelės efektyviai išnyksta, virsta stabiliomis molekulėmis, todėl negali įsiskverbti į išorinę aplinką.
Visas filialų grandinės reakcijų mechanizmas yra labai sudėtingas ir gali būti daugiau nei šimtai pradinių reakcijų. Į šakotą grandinę apima daug neorganinių ir organinių junginių oksidacijos ir degimo reakcijų. Tai taip pat bus sunkiųjų elementų šerdų, pvz., Plutonio arba urano, reakcijos, pagal neutronų įtaką, kurios yra aktyvių dalelių analogai cheminėse reakcijose. Skverbiasi sunkiųjų elementų branduolys, neutronai sukelia savo padalijimą, kurį lydi labai didelė energija; Tuo pačiu metu nauji neutronai skrenda iš branduolio, kuris sukelia kaimyninių šerdies pasidalijimą. Cheminių ir branduolinių šakų grandinės procesus aprašo panašūs matematiniai modeliai.
Kas prasideda
Norėdami deginti deginimą, turite atlikti keletą sąlygų. Visų pirma, degiųjų medžiagų temperatūra turėtų viršyti tam tikrą ribinę vertę, vadinamą degumo temperatūra. Garsus romėnų ray Bradbury "451 laipsnių Fahrenheit" yra pavadintas dėl šios temperatūros (233 ° C) popieriaus užsidega. Tai yra "degi temperatūra", viršijančia kieto kuro atkreipia degių porų arba dujinių skilimo produktų sumą pakankamu jų tvariam degimui. Maždaug tas pats uždegimo temperatūros ir sausos pušies medienos.
Liepsnos temperatūra priklauso nuo degiųjų medžiagų pobūdžio ir degimo sąlygomis. Taigi metano liepsnos temperatūra pasiekia 1900 ° C, o degant deguonyje - 2700 ° C temperatūroje. Dar daugiau karšto liepsnos yra skiriamas deginant gryno deguonies vandeniliu (2800 ° C) ir acetilene (3000 ° C). Nenuostabu, kad acetileno degiklio liepsna lengvai supjaustė beveik bet kokį metalą. Aukšta temperatūra, apie 5000 ° C (jis yra pritvirtintas Gineso įrašų knygoje), jis suteikia šviesos virimo skysčio deguonyje deguonyje - anglies subniido C 4 N 2 (ši medžiaga turi dicianoacetileno NC struktūrą C \u003d C-CN). Ir pagal kai kurias informaciją, derinant jį ozono atmosferoje, temperatūra gali pasiekti 5700 ° C. Jei šis skystis užsidega į orą, jis nudegina raudona rūkyta liepsna su žalia violetine siena. Kita vertus, taip pat žinomos šaltos liepsnos. Taigi, pavyzdžiui, jie sudegina mažą fosforo porų spaudimą. Santykinai šalta liepsna gaunama oksidacija tam tikromis anglies ir šviesos angliavandenilių sąlygomis; Pavyzdžiui, propanas suteikia šalto liepsnos pagal sumažintą slėgį ir temperatūrą nuo 260-320 ° C.
Tik paskutinį dvidešimtojo amžiaus ketvirtį pradėjo išvalyti daugelio degiųjų medžiagų liepsnos procesų mechanizmą. Šis mechanizmas yra labai sudėtingas. Pradinės molekulės paprastai yra per didelės, kad būtų galima reaguoti į deguonį tiesiai, kad taptų reakcijos produktais. Pavyzdžiui, oktano deginimas, vienas iš benzino sudedamųjų dalių, išreiškiamas 2C 8 H 18 + 25O 2 \u003d 16 + 2 + 25O 2 \u003d O. Tačiau visi 8 anglies atomai ir 18 vandenilio atomų oktane Molekulė negali vienu metu prijungti su 50 deguonies atomų.: Nes daugelis cheminių obligacijų turėtų būti pažeista ir daug naujų. Degimo reakcija įvyksta kelių etapų, kad kiekviename etape tik nedidelis cheminių obligacijų skaičius, o procesas susideda iš nuosekliai atsirandančių pradinių reakcijų, kurios derinys taip pat yra liepsna. Sunku studijuoti elementarų reakcijas pirmiausia, nes reaktyvių tarpinių dalelių koncentracija liepsnoje yra labai maža.
Vidinės liepsnos
Skirtingų liepsnos skyrių optinis jutimas su lazeriais pagalba leido sukurti kokybinę ir kiekybinę aktyvių dalelių sudėtį - degių molekulių fragmentus. Paaiškėjo, kad netgi paprasta persekiojama vandenilio degimo reakcija deguonies 2 + o 2 \u003d 2n 2 o daugiau nei 20 pradinių reakcijų, susijusių su molekulių o 2, H2, O 3, H2 O 2, H 2 O, Aktyvios dalelės N, OH, jis, bet 2. Čia, pavyzdžiui, tai, ką parašė anglų chemikas Kenneth Bailey apie šią reakciją 1937: "vandenilio junginio su deguonimi lygtis yra pirmoji lygtis, su kuria labiausiai pradedantiesiems susipažinti su mokymosi chemija. Ši reakcija jiems labai paprasta. Tačiau net profesionalūs chemikai yra šiek tiek ryškūs, matydami knygą šimtai puslapių, vadinamų "deguonies reakcija su vandeniliu", paskelbė Hinshelwood ir Williamson 1934 m. " Tai gali būti pridedama, kad 1948 m., Buvo paskelbta 1948 m.
Šiuolaikiniai mokslinių tyrimų metodai leido studijuoti individualius tokių procesų etapus, matuoti įvairias aktyvios dalelės reaguoja tarpusavyje ir su stabiliomis molekuliais skirtingu temperatūromis. Žinant atskirų proceso etapų mechanizmą, galite "rinkti" ir visą procesą, tai yra, imituoti liepsną. Tokio modeliavimo sudėtingumas yra ne tik visos pagrindinės cheminės reakcijos komplekso tyrime, bet taip pat reikia atsižvelgti į dalelių, šilumos perdavimo ir konvekcijos srautų difuzijos procesus liepsnoje (jis yra pastaroji, kad atitiktų Įspūdingas žaidimas degančių laužo kalbų).
Kur viskas yra paimta iš
Pagrindinis šiuolaikinės pramonės kuras yra angliavandeniliai, svyruoja nuo paprasčiausio, metano ir baigiant sunkiųjų angliavandeniliais, kurie yra mazute. Liepsna net paprasčiausias angliavandenilių - metanas gali apimti iki šimto pradinių reakcijų. Tuo pačiu metu, ne visi iš jų studijavo pakankamai išsamiai. Pavyzdžiui, kai dega sunkūs angliavandeniliai, jie yra parafino, jų molekulės negali pasiekti deginimo zonos, likusi sveikoji skaičius. Net ir požiūrį į liepsną, jie yra suskirstyti į fragmentus dėl aukštos temperatūros. Tuo pačiu metu grupės, kuriose yra du anglies atomai, paprastai yra skiedžiamos iš molekulių, pavyzdžiui, nuo 8 val. 18 → C2 H 5 + C6H 13. Aktyvios dalelės su nelyginiu anglies atomų skaičiumi gali pašalinti vandenilio atomus, formuojančius junginius su dvigubu C \u003d C ir trigumu S≡C jungtimis. Buvo nustatyta, kad liepsnoje tokie junginiai gali patekti į reakcijas, kurios anksčiau nebuvo žinomos chemikams, nes už liepsnos jie nėra, pavyzdžiui, su 2 H 2 + O → CH2 + CO, CH2 + O 2 → CO 2 + N + N + N.
Laipsniškas vandenilio praradimas su pradinėmis molekulėmis padidina anglies akcijų padidėjimą, kol susidaro dalelės C2H2, su 2 val. Nuo 2. Mėlynos mėlynos liepsnos zona yra dėl šios susijaudintų dalelių švytėjimo nuo 2 iki CH. Jei deguonies prieiga į degančią zoną yra ribota, šios dalelės nėra oksiduojamos, bet yra surinktos į agregatus - jie yra polimerizuoti pagal C2H + C2H2 (C 4H H 2 + N, C2H, C2H + C 4H 2 → C 6 2 + N ir tt
Dėl to susidaro suodžių dalelės, sudarytos beveik išimtinai iš anglies atomų. Jie turi mažų kamuoliukų formą, kurių skersmuo yra iki 0,1 mikrometro, kuriame yra maždaug milijono anglies atomų. Tokios dalelės aukštoje temperatūroje suteikia gerai šviesią geltoną liepsną. Žvakės liepsnos viršuje šios dalelės sudeginamos, todėl žvakė nerūkoma. Jei įvyksta tolesnis šių aerozolio dalelių prilipimas, susidaro didesnės suodžių dalelės. Kaip rezultatas, liepsna (pavyzdžiui, deginant gumos) suteikia juodų dūmų. Tokie dūmai atsiranda, jei anglies dalis yra pakelta į pradinį kurą, palyginti su vandeniliu. Pavyzdys yra terpentinas - kompozicijos angliavandenilių mišinys C 10 H 16 (C N H 2N-4), benzenas C6 H 6 (C N H 2N-6), kiti degi skysčiai su vandenilio trūkumu - viskas kai jie degina kokteilį. Kohsovy ir ryškiai šviesos liepsna suteikia oro deginimo acetileną C2H2 (C N H 2N-2); Kai ši liepsna buvo naudojama acetileno žibintai, sumontuoti ant dviračių ir automobilių į kasybos lempas. Priešingai: angliavandeniliai su dideliu vandenilio kiekiu - metanas CH4, ETHAN C2H 6, propanas su 3 val. bespalvis liepsna. Propano ir butano mišinys skysčio pavidalu esant žemui slėgiui yra žiebtuvėliuose, taip pat cilindruose, kurias naudoja baldai ir turistai; Tie patys cilindrai yra įrengiami dujų eksploatavimo automobiliuose. Tai buvo palyginti neseniai nustatyta, kad sferinės molekulės, susidedančios iš 60 anglies atomų, dažnai yra suodžių; Jie buvo vadinami "Fullerenes", ir šios naujos anglies formos atradimas buvo pažymėtas apdovanotas 1996 m. Nobelio chemijos premijos metu.
Vandenilis yra maždaug 140 MJ / kg (viršutinė) arba 120 MJ / kg (mažesnė), kuri yra kelis kartus didesnis už specifinę angliavandenilių degalų degimo šilumą (metanui - apie 50 MJ / kg).
Grindų dujos yra savęs pasiūlymas atmosferos slėgiui ir 510 ° C temperatūroje. Kambario temperatūroje nesant uždegimo šaltinių (kibirkštinio, atviros liepsnos), raižyti dujos gali būti laikomos neribotam ilgą laiką, tačiau jis gali sprogti nuo silpniausio šaltinio, nes pakanka sprogimo inicijavimui kibirkštis su energija 17 mikrodzhules. Atsižvelgiant į tai, kad vandenilis turi galimybę įsiskverbti į laivų, kuriose ji yra saugoma, pavyzdžiui, paskleisti per dujų cilindro metalines sienas ir neturi jokio kvapo, dirbant su juo, turėtų būti labai atsargūs.
Gauti
Kritinio slėgio ir temperatūros santykių kreivė, kurioje įvyksta mišinio užsidegimas, turi būdingą Z formos formą, kaip parodyta paveikslėlyje. Žemutinė, vidutinė ir viršutinė šios kreivės šakos yra vadinamos pagal pirmąją, antrą ir trečią uždegimo ribą. Jei svarstomos tik pirmosios dvi ribos, kreivė turi pusiasalio formą, o tradiciškai šis skaičius vadinamas uždegimo pusiasaliu.
Sudėtinga teorija
1960-aisiais Amerikos inžinierius William Roads (William Rhodes) tariamai atidarė "naują formą" komerciniu būdu "Yull Brown", bulgarų fizikas emigravo į Australiją. "Brown dujos", ty iš tiesų, deguonies ir vandenilio mišinys, gaunamas vandens elektrolizės aparate, buvo deklaruojamas gali valyti radioaktyviąsias atliekas, deginti kaip kurą, atsipalaiduoti raumenis ir stimuliuoja sėklų GER. Vėliau Italijos fizikas Rujsero Santilli (EN: Ruggero Santilli) pateikė hipotezę, kuri teigia, kad "HHO dujos" forma yra nauja vandens forma, ty cheminė forma (H × H - O), kur "×" reiškia hipotetinį magnio prijungimą ir "-" - įprastą kovalentinę obligaciją. Santili straipsnis, paskelbtas autoritetingame teisėjo žurnalo tarptautiniame vandenilio energijos leidinyje, sukėlė savo sunkų kritiką iš kolegų, kurie pavadino Santili įtarimus, tačiau kai kurie kiti mokslininkai palaikė Santilli.
Pastabos
- , nuo. 85,196.
- , nuo. 311.
- Konnovas A. A. Likusios neviršijos vandenilio degimo kinetiniame mechanizme // degimo ir liepsnos. - Elsevier, 2008. - Vol. 152, Nr. 4. - P. 507-528. - DOI: 10.10.016 / j.Combustframe.2007.10.024.
- Shimizu K., Hibi A., Koshi M., Morii Y., Tsuboi N. Atnaujintas kinetinis mechanizmas aukšto slėgio vandenilio degimo // leidinyje varomoji ir galia. - Amerikos aeronautikos ir astronautikos institutas, 2011. - Vol. 27, № 2. - P. 383-395. - DOI: 10.2514 / 1.48553.
- Burke M. P., Chaos M., Ju Y., džiovintuvas F. L., Klippenstein S. J. Aukšto slėgio degimo H 2 / O 2 kinetinis modelis // tarptautinis chemijos kinetikos žurnalas. - Wiley periodiniai leidiniai, 2012 m. - Vol. 44, № 7. - P. 444-474. - DOI: 10.1002 / kin.20603.
- , nuo. 35.
- Ball, Philipas. Branduolinės atliekos gauna žvaigždės dėmesį (anglų kalba) // Gamta: žurnalas. - 2006 m. - ISSN 1744-7933. - DOI: 10.1038 / News060731-13.
- Ruggero Maria Santilli. Nauja dujinė ir degiųjų vandens forma // Tarptautinis vandenilio energijos žurnalas: žurnalas. - 2006 m. - Vol. 31, NO. Devyni. - P. 1113-1128. - DOI: 10.1016 / J.IJHYDENENE.2005.11.006.
- J. M. Calo.
T \u003d 1,5 · 10 7 K. Kiekvienai reakcijai skiriama energijos išleidimas (reakcijos energija Q).
Pirmoji reakcija grandinėje yra dviejų vandenilio branduolių sąveika su Deuteron, pozition ir neutrino formavimu. Ši reakcija atsiranda dėl silpnos sąveikos ir nustatoma visos PP grandinės greičiu (t \u003d 5,8 · 10 9 metų). Antrajame etape, kaip suformuoto Deuteron su vandeniliu sąveiką, 3 jis susidaro su emisija - atsiranda. Toliau galima įgyvendinti vieną iš dviejų galimybių. Su tikimybe yra 69%, reakcija įvyksta:
suteikti registruoti didelės energijos neutrinų srautą. Užbaigti energiją (bendra reakcijos energija Q), išleista pagal Izototopo 4-4 protonų sintezę, yra 24,7 MEV - PPI grandinėms, PPIII ir 25,7 MEV už PPII grandinę. Sintezės metu susidarę positrai yra sunaikinti, didinant energijos išleidimą visoms grandinėms iki 26,7 MEV.
Tab. 8 rodo koeficiento S IJ vertes E \u003d 0 kai kurių PP - ciklo reakcijų ir neaiškumų įvertinimų atitinkamų koeficientų verčių vertės.
8 lentelė.
SN IJ koeficiento verčių vertės PP-ciklo reakcijose
Vertės S IJ, MEV · MB |
|||
p + P → D + E + + ν |
|||
| 3 jis + 3 jis → 4 jis + 2p |
|||
3 jis + 4 jis → 7 turi būti + γ |
|||
7 BE + P → 8 b + γ |
IJAL vertybės ir jų neapibrėžtumas, parodytas lentelėje, leidžia jums gauti idėją apie branduolinių reakcijų skaičiavimu žvaigždėse ir šiandien pasiekiamu tikslumu.
Vandenio ciklas taip pat gali prasidėti reakcija:
Žvaigždėse, kuriose yra daug didesnis nei saulės, PP - grandinė nėra pagrindinis energijos šaltinis.
Antrosios kartos žvaigždžių medžiaga kartu su vandeniliu ir heliumi yra sunkesnių elementų, dėl kurių susidaro vandenilio degimo reakcijos ir helis, ypač azoto, anglies, deguonies, neono ir kt. Šie elementai atlieka katalizatorių vaidmenį vandenilio deginimo reakcijose.
Kai žvaigždės centre temperatūra artėja prie 20 mln., Branduolinių reakcijų grandinė prasideda žvaigždėse, kurių metu anglies branduolys patiria iš eilės transformacijų, o helis susidaro nuo vandenilio. Ši reakcijų grandinė vadinama CNO - ciklu.
