Reacția de ardere a hidrogenului în oxigen. Temperatura de combustie a hidrogenului: Descriere și condiții de reacție, aplicație în mașini
Una dintre problemele actuale este poluarea mediului și resursele energetice limitate ale originii organice. O modalitate promițătoare de a rezolva aceste probleme este utilizarea hidrogenului ca sursă de energie. În articol, luați în considerare problema arderii hidrogenului, temperaturii și chimiei acestui proces.
Ce este hidrogenul?
Înainte de a lua în considerare problema căreia temperatura de combustie a hidrogenului, este necesar să se amintească ce este această substanță.
Hidrogenul este cel mai simplu element chimic constând din un singur proton și un electron. În condiții normale (presiune 1 atm, temperatura 0 o C) este prezentă într-o stare gazoasă. Molecula sa (H2) este formată din 2 atomi ai acestui element chimic. Hidrogenul este cea de-a 3-a prevalență în elementul de pe planeta noastră și 1 în univers (aproximativ 90% din întreaga chestiune).
Gazul de hidrogen (H 2) nu miroase, gustul și culorile. Cu toate acestea, nu este toxic atunci când conținutul său în aerul atmosferic este la câțiva procente, atunci o persoană poate fi sufocantă, din cauza lipsei de oxigen.
Este curios să rețineți că, deși dintr-un punct de vedere chimic, toată molecula H2 este identică, proprietățile lor fizice sunt oarecum diferite. Punctul este în orientarea roților de electroni (ele sunt responsabile pentru apariția momentului magnetic), care poate fi paralelă și anti-paralelă, o astfel de moleculă se numește orto- și, respectiv, parasodorioși.
Reacție la combustie chimică
Având în vedere întrebarea, temperaturile de combustie de hidrogen cu oxigen, prezentăm o reacție chimică care descrie acest procedeu: 2H2 + O2 \u003d\u003e 2H20 O. care este, sunt implicate 3 molecule (două hidrogen și o oxigen) în reacție , iar produsul este două molecule de apă. Această reacție descrie arderea din punct de vedere chimic și poate fi judecată în conformitate cu aceasta, că, după pasajul său, rămâne doar apă curată, care nu poluează mediul, așa cum se întâmplă atunci când se întâmplă combustibil organic (benzină, alcool).
Pe de altă parte, această reacție este exotermă, adică în plus față de apă, aceasta evidențiază o anumită cantitate de căldură care poate fi utilizată pentru a acționa mașinile și rachetele, precum și pentru a le transfera la alte surse de energie, de exemplu, electricitate.
Mecanismul procesului de ardere a hidrogenului
Răspunsul chimic descris în paragraful anterior este cunoscut oricărui elev de liceu, dar este o descriere foarte brută a procesului care apare în realitate. Trebuie remarcat faptul că, până la mijlocul secolului trecut, omenirea nu știa cum se produce arderea hidrogenului în aer, iar în 1956, Premiul Nobel din Chimie a fost acordat pentru studiul său.
De fapt, dacă pasi de molecule O 2 și H 2, atunci nu va avea loc nicio reacție. Ambele molecule sunt suficient de stabile. Pentru ca arderea a avut loc, este necesară apa, este necesară existența unor radicali liberi. În special, H, O atomi și grupuri OH. Mai jos este o secvență de reacții care apar în realitate atunci când arderea hidrogenului:
- H + O 2 \u003d\u003e OH + O;
- OH + H 2 \u003d\u003e H20 + H;
- O + H 2 \u003d OH + H.
Ce poate fi văzut din aceste reacții? Cu arderea hidrogenului, se formează apă, da, dreapta, dar se întâmplă numai atunci când grupul de atomi OH apare cu molecula H2. În plus, toate reacțiile apar cu formarea radicalilor liberi, ceea ce înseamnă că este lansat procesul de auto-sugestie de ardere.
Astfel, punctul cheie al începutului acestei reacții este de a forma radicali. Ele apar dacă aduceți un meci de ardere la amestecul de hidrogen-hidrogen sau dacă încălziți acest amestec peste o anumită temperatură.
Inițierea reacției
După cum sa menționat, se poate face în două moduri:
- Cu ajutorul unei scânteie care ar trebui să furnizeze doar 0,02 mJ de căldură. Aceasta este o valoare energetică foarte mică, pentru comparație, să spunem că o valoare similară pentru amestecul de benzină este de 0,24 MJ și pentru metan - 0,29 MJ. Cu o scădere a presiunii, energia de inițiere a reacției crește. Deci, la 2 kPa, este deja 0,56 MJ. În orice caz, acestea sunt valori foarte mici, astfel încât amestecul de hidrogen-oxigen este considerat a fi ușor inflamabil.
- Folosind temperatura. Adică amestecul de oxigen-hidrogen poate fi pur și simplu încălzit și, deasupra temperaturii, se va flama în sine. Când se întâmplă acest lucru depinde de presiune și de raportul procentual al gazelor. Într-o gamă largă de concentrații la presiune atmosferică, reacția de auto-ardere are loc la temperaturi mai mari de 773-850 k, adică peste 500-577 o C. Aceasta este valori destul de mari comparativ cu un amestec de benzină, care începe să auto-propagate la temperaturi sub 300 o C.
Procentul de gaze într-un amestec combustibil
Vorbind despre temperatura de ardere a hidrogenului în aer, trebuie remarcat faptul că nu fiecare amestec al acestor gaze se va alătura procesului în cauză. Se stabilește experimental că dacă cantitatea de oxigen este mai mică de 6% în volum sau dacă cantitatea de hidrogen este mai mică de 4% în volum, atunci nu va fi nicio reacție. Cu toate acestea, limitele existenței unui amestec combustibil sunt suficient de largi. Pentru aer, procentul de hidrogen poate fi de la 4,1% la 74,8%. Rețineți că valoarea superioară corespunde doar minimului necesar de oxigen.
Dacă este luată în considerare oxigenul pur, atunci limitele sunt chiar mai largi: 4,1-94%.
Reducerea presiunii gazelor duce la o reducere a limitelor specificate (creșterea limitei inferioare, partea superioară este coborâtă).
De asemenea, este important să se înțeleagă că, în procesul de ardere a hidrogenului în aer (oxigen), produsele de reacție care apar (apă) conduc la o scădere a concentrației de reactivi, ceea ce poate duce la încetarea procesului chimic.
Arderea siguranței
Aceasta este o caracteristică importantă a amestecului inflamabil, deoarece vă permite să judecați că reacția are loc calm și poate fi controlată sau procesul are un caracter exploziv. De ce depinde viteza de ardere? Desigur, asupra concentrației de reactivi, de la presiune, precum și asupra cantității de "semințe" de energie.
Din păcate, hidrogenul într-un interval de concentrație largă este capabil de ardere explozivă. Următoarele figuri sunt prezentate în literatură: 18,5-59% hidrogen în amestecul de aer. Mai mult, la marginile acestei limite, cea mai mare cantitate de energie pe unitate volum este eliberată ca urmare a detonării.
Natura marcată a arderii reprezintă o problemă mai mare pentru utilizarea acestei reacții ca sursă de energie controlată.
Temperatura reacției de combustie
Acum ne-am apropiat direct la răspunsul la problema căreia cea mai mică temperatură a arderii hidrogenului. Este 2321 până sau 2048 o C pentru un amestec cu 19,6% H2. Adică temperatura de combustie a hidrogenului în aer este mai mare de 2000 o C (pentru alte concentrații pe care le poate atinge 2500 ° C) și, în comparație cu amestecul de benzină, acesta este un număr mare (pentru benzină aproximativ 800 o C) . Dacă ardeți hidrogenul în oxigen pur, atunci temperatura flacără va fi chiar mai mare (până la 2800 o C).
O astfel de temperatură ridicată a flacării reprezintă o altă problemă în utilizarea acestei reacții ca o sursă de energie, deoarece nu există aliaje în prezent, ceea ce ar putea funcționa mult timp în condiții extreme.
Desigur, această problemă este rezolvată dacă se utilizează un sistem de răcire a camerei bine gândite, unde apare arderea de hidrogen.
Numărul de căldură eliberat
Ca parte a temperaturii arderii de hidrogen, este curioasă să conducă și date privind cantitatea de energie care este alocată în timpul acestei reacții. Pentru diferite condiții și compoziții ale amestecului combustibil, valorile au fost obținute de la 119 mJ / kg la 141 mJ / kg. Pentru a înțelege cât de mult este, observăm că o valoare similară pentru amestecul de benzină este de aproximativ 40 mJ / kg.
Randamentul energetic al amestecului de hidrogen este mult mai mare decât pentru benzină, care este un plus imens pentru utilizarea sa ca combustibil pentru motoarele cu combustie internă. Cu toate acestea, și aici nu este atât de simplu. Este vorba despre densitatea hidrogenului, este prea scăzută la presiunea atmosferică. Deci, 1 m 3 din acest gaz cântărește doar 90 de grame. Dacă arde acest 1 m 3H2, atunci aproximativ 10-11 mJ de căldură este disponibil, care este deja de 4 ori mai mică decât atunci când arde 1 kg de benzină (puțin mai mult de 1 litru).
Cifrele de mai sus sugerează că să se utilizeze reacția de ardere a hidrogenului, este necesar să se învețe cum să stocheze acest gaz în cilindri de înaltă presiune, ceea ce creează dificultăți suplimentare, atât în \u200b\u200bîntrebarea tehnologică, cât și în ceea ce privește securitatea.
Utilizarea amestecului combustibil cu hidrogen în tehnica: probleme
Imediat este necesar să spunem că, în prezent, amestecul combustibil de hidrogen este deja utilizat în unele zone ale activității umane. De exemplu, ca un combustibil suplimentar pentru rachetele spațiului, ca surse de generare a energiei electrice, precum și în modelele experimentale ale mașinilor moderne. Cu toate acestea, amploarea acestei aplicații este slabă, comparativ cu cele pentru combustibil organic și, de regulă, sunt experimentale. Motivul pentru aceasta nu este doar dificultăți în controlul reacției în sine, ci și în depozitare, transport și producție H 2.
Hidrogenul de pe pământ practic nu există în forma sa pură, deci trebuie să fie obținută din diverși compuși. De exemplu, din apă. Aceasta este o metodă destul de populară în prezent, care se realizează prin trecerea unui curent electric prin H 2 O. Întreaga problemă este că consumă mai multă energie decât atunci poate fi obținută prin arderea H2.
O altă problemă importantă este transportul și depozitarea hidrogenului. Faptul este că acest gaz, datorită dimensiunilor mici ale moleculelor sale, este capabil să "pleucă" de la orice containere. În plus, intră în zăbrele metalice a aliajelor, aceasta provoacă embritimentarea lor. Prin urmare, cea mai eficientă metodă de stocare H 2 este utilizarea atomilor de carbon care pot asocia ferm gazul "evaziv".
Astfel, utilizarea hidrogenului ca combustibil la o scară mai mare sau mai puțin amplă este posibilă numai dacă este utilizată ca o "economie" de energie electrică (de exemplu, traducerea energiei eoliene și solare în hidrogen utilizând electroliza apei) sau dacă învățați Pentru a livra H 2 din spațiu (unde există o mulțime de ea) la pământ.
Decât blestema întunericul
mai bine să lumineze cel puțin
o lumânare mică.
Confucius.
La inceput
Primele încercări de a înțelege mecanismul de combustie sunt asociate cu numele englezului Robert Boyl, francezul Antoine Laurent Lavauzier și rusă Mikhail Vasilyevich Lomonosov. Sa dovedit că atunci când arde, substanța nu "dispare", așa cum a crezut odată naiv și se transformă în alte substanțe, în principal gazoase și, prin urmare, invizibile. Lavoisier în 1774 a arătat mai întâi că atunci când arderea din aer este de aproximativ a cincea parte din ea. În timpul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au investigat procesele fizice și chimice care însoțesc combustia. Nevoia de astfel de lucrări a fost cauzată în primul rând prin incendii și explozii din mine.
Dar numai în ultimul trimestru al secolului al XX-lea, au fost identificate reacții chimice de bază care însoțesc arderea și până în prezent o mulțime de locuri întunecate au rămas în chimie. Acestea sunt investigate de cele mai moderne metode din mai multe laboratoare. Aceste studii au mai multe obiective. Pe de o parte, este necesar să se optimizeze procesele de combustie în cuptoarele HTP și în cilindrii motoarelor cu combustie internă, împiedică arderea explozivă (detonarea) atunci când se comprimă în cilindrul de mașină al amestecului de benzină aer-benzină. Pe de altă parte, este necesar să se reducă cantitatea de substanțe nocive generate în timpul procesului de combustie și, în același timp, să căutăm un mijloc mai eficient de stingere a incendiului.
Există două tipuri de flăcări. Combustibilul și agentul de oxidare (cel mai adesea oxigen) pot fi împinși în mod forțat sau spontan în zona de ardere a apodiului și se amestecă deja în flacără. Și pot fi amestecate în avans - astfel de amestecuri sunt capabile să ardă sau chiar să explodeze în absența aerului, cum ar fi, de exemplu, pulbere, amestecuri pirotehnice pentru focuri de artificii, combustibili cu rachete. Combustia poate apărea atât cu participarea oxigenului care intră în zona de ardere cu aer și cu ajutorul oxigenului încheiat în substanța oxidant. Una dintre aceste substanțe - sare Bertolet (Clorat de potasiu KCLO 3); Această substanță oferă cu ușurință oxigen. Agent puternic de oxidare - acidul azotic HNO 3: În forma sa pură se aprinde multor materii organice. Nitrați, sărurile de acid azotic (de exemplu, sub formă de îngrășământ - potash sau azotat de amoniu), sunt ușor de inflamabil dacă sunt amestecate cu substanțe combustibile. Un alt puternic oxidant, nitroxid nitrogen N2O4 - componentă a combustibililor cu rachete. Oxigenul poate înlocui astfel de agenți de oxidare puternici, cum ar fi clorul, în care multe substanțe ard sau fluor. Fluorina pură este unul dintre cei mai puternici oxidanți, apa arde în jetul său.
Reacții în lanț
Fundamentele teoriei arderii și a răspândirii flacării au fost așezate la sfârșitul anilor 20 ai secolului trecut. Ca urmare a acestor studii, au fost descoperite reacții la lanțul de ramificare. Pentru această descoperire, medicul național Nikolai Nikolayevich Semenov și cercetătorul englez Syril Khinchelwood au primit premiul Nobel Chimie în 1956. Reacții mai simple de lanț neramificat au fost deschise în 1913 chimistul german Max Bodenstein pe exemplul reacției de hidrogen cu clor. Reacția totală este exprimată printr-o ecuație simplă H 2 + CL 2 \u003d 2HCI. De fapt, vine cu participarea fragmentelor foarte active de molecule - așa-numitele radicali liberi. Sub acțiunea luminii în zonele ultraviolete și albastre ale spectrului sau la temperaturi ridicate, molecula de clor este dezintegrată în atomi, care încep lungi (uneori până la un milion de unități) lanț de transformări; Fiecare dintre aceste transformări se numește o reacție elementară:
CL + H 2 → HCI + H,
H + CI2 → HCI + CI etc.
La fiecare etapă (legătura de reacție), apare dispariția unui centru activ (atom de hidrogen sau clor) și, în același timp, apare un nou centru activ, care continuă lanțul. Lanțurile sunt rupte când se găsesc două particule active, de exemplu CL + CI → CI2. Fiecare lanț se răspândește foarte repede, prin urmare, dacă generați particule active "inițiale" la viteză mare, reacția va merge atât de repede, care poate duce la o explozie.
N. N. Semenov și Khinchelwood a constatat că reacția de combustie a fosforului și a vaporilor de hidrogen este diferită: cea mai mică scânteie sau o flacără deschisă poate provoca o explozie chiar și la temperatura camerei. Aceste reacții sunt lanțuri ramificate: particulele active în timpul reacției "se multiplică", adică cu dispariția unei particule active, două sau trei apar. De exemplu, într-un amestec de hidrogen și oxigen, care poate fi depozitat calm de sute de ani, dacă nu există influențe externe, aspectul unui astfel de motiv pentru atomii de hidrogen activ este lansat de un astfel de proces:
H + O 2 → OH + O,
O + H 2 → OH + H.
Astfel, pentru o perioadă nesemnificativă de timp, o particulă activă (atomul H) este transformată în trei (atom de hidrogen și două radicali hidroxil OH), care desfășoară deja trei lanțuri în loc de unul. Ca urmare, numărul de lanțuri este în creștere asemănătoare avalanșelor, care duce instantaneu la o explozie a unui amestec de hidrogen și oxigen, deoarece multe energie termică este eliberată în această reacție. Atomii de oxigen sunt prezenți în flacără și cu arderea altor substanțe. Ele pot fi găsite dacă să direcționeze fluxul de aer comprimat în partea de sus a flacării arzătorului. În acest caz, mirosul caracteristic al ozonului va fi găsit în aer - acestea sunt atomii de oxigen "stick" la moleculele de oxigen pentru a forma molecule de ozon: O + O 2 \u003d 03, care au fost fabricate dintr-o flacără cu aer rece.
Posibilitatea unei explozii a unui amestec de oxigen (sau aer) cu multe gaze combustibile - monoxid de carbon hidrogen, metan, acetilenă depinde de condițiile, în principal pe temperatura, compoziția și presiunea amestecului. Astfel, ca urmare a scurgerii gazului de uz casnic în bucătărie (constă în principal din metan), conținutul său în aer va depăși 5%, apoi amestecul explodează din flacăra de meciuri sau brichete și chiar dintr-o mică scânteie care lipită comutatorul când aprinderea luminii. Explozia nu va fi dacă lanțurile sunt sparte mai repede decât au timp pentru a ramifica. De aceea a existat o lampă sigură pentru minerii că chimistul englez Humphrey Davy sa dezvoltat în 1816, nimic nu știe despre chimia flacării. În această lampă, focul deschis a fost împrejmuit din atmosfera externă (care ar putea fi exploziv) grilă metalică frecventă. Pe suprafața metalică, particulele active dispar în mod eficient, transformându-se în molecule stabile și, prin urmare, nu pot pătrunde într-un mediu extern.
Mecanismul complet al reacțiilor lanțului de ramificare este foarte complex și poate include mai mult de sute de reacții elementare. Lanțul ramificat include multe reacții de oxidare și combustie ale compușilor anorganici și organici. Aceasta va fi, de asemenea, reacția de a împărți miezurile elementelor grele, cum ar fi plutoniu sau uraniu, sub influența neutronilor, care sunt analogii particulelor active în reacțiile chimice. Penetrarea nucleului elementului greu, neutronii provoacă diviziunea, care este însoțită de eliberarea de energie foarte mare; În același timp, neutronii noi zboară din nucleu, care provoacă împărțirea miezurilor vecine. Procesele chimice și ale lanțului de sucursale nucleare sunt descrise de modele matematice similare.
Ce să începeți
Pentru a arde arderea, trebuie să efectuați o serie de condiții. În primul rând, temperatura substanței combustibile trebuie să depășească o anumită valoare limită numită temperatura de inflamabilitate. Celebrul Ray Bradbury Bradbury "451 grade Fahrenheit" este numit din cauza acestei temperaturi (233 ° C) se aprinde. Aceasta este "temperatura inflamabilă", deasupra cărora combustibilul solid evidențiază perechi combustibile sau produse de descompunere gazoasă într-o cantitate suficientă pentru arderea lor durabilă. Aproximativ aceeași temperatură de inflamație și lemn de pin uscat.
Temperatura flacără depinde de natura substanței combustibile și de condițiile de combustie. Astfel, temperatura din flacăra de metan în aer ajunge la 1900 ° C și când arde în oxigen - 2700 ° C. O flacără și mai caldă este administrată atunci când arderea în hidrogenul de oxigen pur (2800 ° C) și acetilenă (3000 ° C). Nu e de mirare că flacăra arzătorului de acetilenă taie cu ușurință aproape orice metal. Cea mai mare temperatură, aproximativ 5000 ° C (este fixată în cartea de înregistrări de guinness), conferă un lichid ușor de fierbere în oxigen în oxigen - o subnitul de carbon C 4 N2 (această substanță are o structură de dicyanoacetilen NC- C \u003d c-cn). Și în conformitate cu unele informații, atunci când se combină într-o atmosferă de ozon, temperatura poate ajunge la 5700 ° C. Dacă acest lichid se aprinde la aer, arde cu o flacără afumată roșie cu o margine verde-violet. Pe de altă parte, sunt cunoscute și flăcările reci. Deci, de exemplu, ei ard cu presiuni mici de perechi de fosfor. O flacără relativ rece este obținută prin oxidare în anumite condiții ale hidrocarburilor de carbon și lumină; De exemplu, propanul dă o flacără rece sub presiune redusă și temperatură de la 260-320 ° C.
Numai în ultimul trimestru al secolului al XX-lea a început să elimine mecanismul proceselor care apar în flacăra multor substanțe combustibile. Acest mecanism este foarte complicat. Moleculele de pornire sunt de obicei prea mari pentru a răspunde direct la oxigen în produse de reacție. De exemplu, arderea octanului, una dintre componentele benzinei, este exprimată prin 2C8H 18 + 25O2 \u003d 16 + 2 + 25O2 \u003d O. Cu toate acestea, toți cei 8 atomi de carbon și 18 atomi de hidrogen în octan Molecule nu se poate conecta simultan cu 50 de atomi de oxigen.: Pentru aceasta, multe obligațiuni chimice ar trebui să fie sparte și multe noi. Reacția de combustie are loc în mai multe etape, astfel încât, în fiecare etapă, doar un număr mic de obligațiuni chimice și procesul constă dintr-o multitudine de reacții elementare în mod constant, dintre acestea fiind reprezentată și ca o flacără. Este dificil de studiat reacțiile elementare în primul rând deoarece concentrația particulelor intermediare reactive în flacără este extrem de mică.
În flăcări interioare
Senzarea optică a diferitelor secțiuni ale flacării cu ajutorul laserelor a făcut posibilă stabilirea unei compoziții calitative și cantitative a particulelor active prezente acolo - fragmente ale moleculelor combustibile. Sa dovedit că, chiar și într-o simplă urmărire a reacției de combustie a hidrogenului în oxigenul 2N2 + O2 \u003d 2N2 o mai mult de 20 de reacții elementare care implică molecule O 2, H2, O3, H202, H20, Particulele active N, Oh, el, dar 2. Aici, de exemplu, ceea ce a scris chimistul englez al Kenneth Bailey despre această reacție în 1937: "Ecuația reacției compusului de hidrogen cu oxigen este prima ecuație cu care majoritatea începătorilor se familiarizează pentru a studia chimia. Această reacție le pare foarte simplă. Dar chiar și chimistii profesioniști sunt oarecum izbitoare, văzând o carte într-o sută de pagini numite "reacție de oxigen cu hidrogen", publicată de Hinshelwood și Williamson în 1934. Acest lucru se poate adăuga că în 1948 au fost publicate semnificativ mai mari în ceea ce privește volumul monografiei A. B. Nalbandyan și V. V. Voevodsky numit "Mecanismul de oxidare și ardere a hidrogenului" a fost publicat.
Metodele moderne de cercetare ne-au permis să studiem etapele individuale ale unor astfel de procese, să măsuram rata la care diferitele particule active reacționează între ele și cu molecule stabile la diferite temperaturi. Cunoscând mecanismul etapelor individuale ale procesului, puteți "colecta" și întregul proces, adică simulează flacăra. Complexitatea unei astfel de modelare se află nu numai în studiul întregului complex de reacții chimice elementare, ci și trebuie să ia în considerare procesele de difuzie ale particulelor, transferul de căldură și fluxurile de convecție în flacără (acesta este acesta din urmă pentru a se potrivi Joc fascinant al limbajelor de tabără arzătoare).
Unde totul este luat de la
Combustibilul principal al industriei moderne este hidrocarburile, variind de la cel mai simplu, metan și terminând cu hidrocarburi grele, care sunt conținute în ulei de combustibil. Flacăra chiar și cea mai simplă hidrocarbură - metan poate include până la o sută de reacții elementare. În același timp, nu toate au studiat în detaliu suficient. Atunci când hidrocarburile severe ard, de exemplu, acestea sunt conținute în parafină, moleculele lor nu pot ajunge în zona de ardere, rămânând laroși. Chiar și pe abordarea flacării, ele sunt împărțite în fragmente datorate temperaturilor ridicate. În același timp, grupările care conțin două atomi de carbon sunt de obicei scindate din molecule, de exemplu de la 8 H 18 → C2H5 + C6H13. Particulele active cu un număr impar de atomi de carbon pot elimina atomii de hidrogen, formând compuși cu conexiuni duble C \u003d C și triple S≡C. S-a constatat că în flacără astfel de compuși pot intra în reacții care nu au fost cunoscute anterior chimiștilor, deoarece în afara flăcării nu merg, de exemplu, cu 2 H 2 + O → CH2 + CO, CH2 + O 2 → CO 2 + N + N.
Pierderea treptată a hidrogenului cu moleculele inițiale conduce la o creștere a acțiunilor de carbon, până când particulele C2H2 sunt formate, cu 2 ore, de la 2. Zona unei flame albastre albastru se datorează strălucirii din această zonă a particulelor excitate de la 2 și CH. Dacă accesul oxigenului în zona de ardere este limitat, aceste particule nu sunt oxidate, ci sunt asamblate în agregate - ele sunt polimerizate conform C2H + C2H2 (C4H2 + N, C2H + C 4H2 → C 6 2 + N, etc.
Ca urmare, particulele de funingine constând aproape exclusiv din atomii de carbon sunt formați. Ei au forma bilelor mici cu un diametru de până la 0,1 micrometru, care conține aproximativ un milion de atomi de carbon. Astfel de particule la temperaturi ridicate dau o flacără galbenă bine luminoasă. În partea de sus a flăcării lumânărilor, aceste particule sunt arse, așa că lumânarea nu fumează. Dacă apare în continuare lipirea acestor particule de aerosoli, sunt formate particule mai mari de funingine. Ca rezultat, flacăra (de exemplu, arderea cauciucului) dă fum negru. Un astfel de fum apare dacă ponderea de carbon este ridicată în combustibilul inițial în raport cu hidrogenul. Un exemplu este turpentina - un amestec de hidrocarburi din compoziția C10H16 (C nH2N-4), benzenul C6H6 (C nH2N-6), alte fluide combustibile cu un dezavantaj al hidrogenului - toate când ard smoothia. Kohsovy și flacăra luminoasă luminos conferă acetilenei de ardere a aerului C2H2 (C nH2N-2); Odată ce această flacără a fost utilizată în felinarele acetilene montate pe biciclete și mașini în lămpile miniere. Invers: hidrocarburi cu un conținut ridicat de hidrogen - metan CH4, etan C2H6, propan cu 3H8, butan C4H10 (Formula generală C n H 2N + 2) - ars cu acces suficient de aer cu aproape a flacără incoloră. Amestecul de propan și butan sub formă de lichid sub presiune scăzută este în brichete, precum și în cilindri care sunt utilizați de dachete și turiști; Aceleași cilindri sunt instalate în mașinile de operare cu gaz. A fost relativ recent că moleculele sferice constând din 60 de atomi de carbon sunt adesea prezenți în funingine; Ei au fost numiți Fullerenes, iar descoperirea acestei noi forme de carbon a fost marcată de acordată în 1996 a Premiului Nobel în Chimie.
Hidrogenul este de aproximativ 140 mJ / kg (superior) sau 120 mJ / kg (mai mic), care este de mai multe ori mai mare decât căldura specifică a combustibilului combustibililor de hidrocarburi (pentru metan - aproximativ 50 mJ / kg).
Gazul de întărire este auto-propunere la presiune atmosferică și o temperatură de 510 ° C. La temperatura camerei în absența surselor de aprindere (scânteie, flacără deschisă), gazul zgomotos poate fi păstrat pe termen nelimitat pentru o lungă perioadă de timp, dar este capabil să explodeze din cea mai slabă sursă, deoarece este suficientă pentru inițierea exploziei o scânteie cu energie de 17 microdzhules. Având în vedere faptul că hidrogenul are capacitatea de a pătrunde în pereții vaselor în care este stocat, de exemplu, să difuzeze prin pereții metalici ai cilindrului de gaz și nu posedă nici un miros, atunci când lucrează cu acesta ar trebui să fie Extrem de atent.
Obținerea
Curba relației dintre presiunea critică și temperatura la care apare auto-aprinderea amestecului, are o formă caracteristică în formă de Z, așa cum se arată în figură. Ramurile inferioare, medii și superioare ale acestei curbe sunt numite în conformitate cu prima, a doua și a treia limită de aprindere. Dacă sunt luate în considerare doar primele două limite, curba are forma peninsulei și, în mod tradițional, această cifră se numește peninsula inflamației.
Teoria sofisticată
În anii 1960, inginerul american William Drumuri (William Rhodes) a deschis "noua formă" a apei comercializate de Yell Brown, fizicianul bulgar emigrat în Australia. "Gaz brun", adică, de fapt, un amestec de oxigen și hidrogen, obținut în aparatul de electroliză a apei, a fost declarat capabil să curățeze deșeurile radioactive, să ardă ca combustibil, să se relaxeze mușchii și să stimuleze semințele Ger. Ulterior, fizicianul italian Rujsero Santilli (EN: Ruggero Santilli) a prezentat o ipoteză care susține existența unei noi forme de apă sub formă de "gaz HHO", adică structura chimică a formei (H × H - O), unde "×" reprezintă o legătură ipotetică de magneziu și "-" - o legătură covalentă obișnuită. Articolul lui Santili, publicat în revista autoritară revistei internaționale de energie hidrogen, a cauzat criticiile sale grele de la colegii care au numit afirmațiile lui Santili, dar alți oameni de știință au fost susținuți de Santiilli.
Notează
- , de la. 85,196.
- , de la. 311.
- Konnov A. A. Resturile rămase în mecanismul cinetic al arderii de hidrogen // combustie și flacără. - Elsevier, 2008. - voi. 152, nr. 4. - P. 507-528. - DOI: 10.1016 / J.COMBUSTFlame.2007.10.024.
- Shimizu K., Hibi A., Koshi M., Morii Y., Tsuboi N. Mecanismul cinetic actualizat pentru combustia hidrogenului de înaltă presiune // Jurnalul de Propulsie și Putere. - Institutul American de Aeronautică și Astronautică, 2011. - voi. 27, № 2. - P. 383-395. - DOI: 10.2514 / 1.48553.
- Burke M. P., Chaos M., Ju Y., Uscător F. L., Klippenstein S. J. Complet model H 2 / O 2 Kinetic pentru combustia de înaltă presiune // Jurnalul Internațional de Kinetica Chemical. - Periodicile Wiley, 2012. - Vol. 44, № 7. - P. 444-474. - DOI: 10.1002 / Kin.20603.
- , de la. 35.
- Ball, Philip. Deșeurile nucleare primește o atenție stele (engleză) // natura: Jurnal. - 2006. - ISSN 1744-7933. - DOI: 10.1038 / News060731-13.
- Ruggero Maria Santilli. O nouă formă gazoasă și combustibilă de apă // Jurnalul Internațional de Hidrogen Energy: Jurnal. - 2006. - Voi. 31, nu. nouă. - P. 1113-1128. - DOI: 10.1016 / J.IJYDENE.2005.11.006.
- J. M. Calo.
T \u003d 1,5 · 10 7 K. Pentru fiecare reacție, se administrează eliberarea de energie (reacția Q).
Prima reacție din lanț este interacțiunea a două nuclee de hidrogen cu formarea de deuteron, positron și neutrino. Această reacție apare ca urmare a interacțiunii slabe și determină viteza întregului lanț PP (t \u003d 5,8 · 109 ani). În cea de-a doua etapă, ca urmare a interacțiunii de deuteron formate cu hidrogen, formarea de 3 el izotopă cu - are loc. Următorul poate fi implementat una din cele două posibilități. Cu o probabilitate de 69%, reacția are loc:
oferind un flux de neutrini de mare energie disponibil pentru înregistrare. Energia completă (energia totală a reacției q), eliberată ca urmare a sintezei izotopului 4 el de 4 protoni, este de 24,7 MeV - pentru lanțurile PPI, PPIII și 25.7 MeV pentru lanțul PPII. Positronii formați în timpul sintezei sunt anihilate, sporind eliberarea de energie pentru toate lanțurile la 26,7 MeV.
În fila. 8 prezintă valorile coeficientului S IJ la E \u003d 0 pentru unele reacții cu ciclu PP și incertitudinea estimărilor valorilor coeficienților corespunzători.
Tabelul 8.
Valoarea valorilor coeficientului S IJ din reacțiile ciclului PP
Valori s ij, mev · Mb |
|||
p + P → D + E + + ν |
|||
| 3 He + 3 el → 4 He + 2p |
|||
3 HE + 4 HE → 7 BE + γ |
|||
7 BE + P → 8 B + γ |
Valorile IJ și incertitudinea lor prezentate în tabel vă permit să obțineți o idee despre complexitatea calculării reacțiilor nucleare în stele și precizia realizată astăzi.
Ciclul de hidrogen poate începe, de asemenea, cu reacția:
În stele cu o mulțime de mai mare decât cea a soarelui, PP - lanțul nu este principala sursă de energie.
Substanța vedetelor de a doua generație, împreună cu hidrogenul și heliu, conține elemente mai grele, ceea ce duce la reacții de combustie cu hidrogen și heliu și, în special, azot, carbon, oxigen, neon și altele. Aceste elemente joacă rolul de catalizatori în reacțiile de ardere a hidrogenului.
Atunci când temperatura din centrul starului se apropie de 20 de milioane, un lanț de reacții nucleare începe în stele, în timpul căruia kernelul de carbon se confruntă cu o serie de transformări consecutive, iar heliul este format din hidrogen. Acest lanț de reacții se numește CNO - ciclu.
