Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння”




НазваниеНавчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння”
страница2/19
Дата20.01.2013
Размер1.76 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Класифікація процесів горіння по швидкості розповсюдження полум’я.

Як ми вже вияснили раніше, для виникнення процесу горіння та його довшого існування необхідно виконання визначених зовнішніх умов, без яких даний процес неможливий: наявність горючої системи (горючого +окисник) та джерела запалювання, під дією якого почнеться реакція горіння між компонентом горючої суміші. Після виникнення горіння джерелом подальшого запалювання являється зона горіння в якій проходить інтенсивне виділення тепла. Це тепло і являється причиною безперевного підтримування процесу горіння.

Таким чином процес горіння можна схематично уявити як безперервне послідовне спалахування і згорання нових і нових порцій горючої суміші. В залежності від механізму розповсюдження в зони хімічних реакцій горіння по горючій суміші розрізняють два характерних режими горіння : Дефлограційний, (порівняно повільне розповсюдження зони хімічних реакцій, з швидкістю руху теплової хвилі по горючій суміші від 0,5- 50 м/с.

При збільшенні швидкості розповсюдження фронту полум’я до декількох сот метів в секунду дефлограційний режим переходить в детонаційне горіння що розповсюджується з швидкістю ударної хвилі (400-5000км/с). При детонаційному горінні проходить попереднє знаття свіжої горючої суміші в ударній хвилі.

В умовах звичайної пожежі горіння протікає частіше всього в дефлограційному режимі. Детонаційне горіння в вигляді вибуху горючих сумішей зустрічається досить рідко. Воно характерне для вибухів метано та пилоповітряних сумішей вугільних шахт.

Таким чином можна зробити висновок що знання особливостей і різновидностей процесів горіння на пожежі, а також умов переходу гомогенного горіння в гетерогенне, дифузійного – в кінетичне та навпаки, дозволяє попереджувати такі небезпечні прояви як вибухи.

Теорії що пояснюють протікання процесів горіння.

Окисно –відновні реакції, процесів окислення.

Першопочаткове наукове представлення про протікання горіння спиралось в давні часи .На теорію флогістону, що була заснована в 17 столітті, Шталем по якій горіння - процес виділення з матеріалу деякого матеріалу – флогістону. В 19 столітті М.В. Ломоносов визначив горіння –як процес з’єднання матеріалу з деяким газом що є в повітрі. І лише Лавуазьє вияснив що що цей газ – кисень. Великий внесок в розвиток вчення про протікання горіння горіння внесли Вант-Гофт, Берцеліус, Арреніус, Енглер, Бах, Семенов, Харитонов, Блинов, і т.д.

Хімічна реакція окислення при протіканні горіння хоч і являється основними процесом, але не є єдиним. Основою процесу горіння служать окисно –відновні процеси.

Прикладом такого процесу може бути взаємодія водню і кисню. Атом водню віддає свій валентний електрон, необхідний для заповнення зовнішньої орбіти кисню, але в тому випадку, що для закриття орбіти потрібен ще один, а два електрони які не захвачуає електрон атома кисню отримує від другого атому водню. Позитивно заряджені іони водню –е і негативно заряджений іон кисню +2е підпорядковуючись силам кулонівського тяжіння з’єднуються з утворенням кінцевого продукту атому води.

Реакції, які протікають зі змінами степені окислення атомів, які входять в склад реагуючих речовин, називаються окисно-відновними.

S0 + O02 = S+4O-22

Zn + H+2O-2 = Zn+2O-2 + H+2O-2

2Al0 + Fe+32O-23 = Al+32O-23 + 2Fe0

Процеси віддання електронів речовинам називається окисленням наприклад:

S0 –4е S+4

Zn0 –2е Zn+2

2Al0 –6е 2Al+3

Процес віддачі валентних електронів називається окисленням. При окисленні речовини степінь його окислення збільшується, речовини, здатні віддавати валентні електрони, називаються відновними.

Приєднання валентних електронів називається відновним, а речовина здатна приєднувати валентні електрони окисниками.

2O0 +4е 2O-2

2O- +2е 2O-2

2Fe+3 +6е 2Fe0

Окислювально-відновні реакції протікають тільки в тому випадку, коли в реагуючому середовищі є речовина відновлювач і речовина окисник.

При зрівнюванні окислювально-відновних реакцій по методу електронного балансу необхідно провести розрахунок степені окислення атомів реагуючих речовин в вихідному і кінцевому стані. При визначенні коефіцієнтів реакції виходять з того, що число електронів відібраних у відновника повинно співпадати з числом електронів прийнятих окислювачем. Наприклад:

4Al + 3О2 = 2Al2О3

2Al0 –6е = 2Al+3

0 + 4е = 3О-2

4Al + 3О2 2Al2О3

Найбільш важливі окисники та відновники.

Прості речовини, які в ході хімічних перетворень легше віддають електрони з зовнішньої валентної орбіти, чим їх сприймають називаються відновниками. На практиці це означає, що дані речовини відносяться до горючих. Ці речовини легко віддають валентні електрони, у яких на зовнішній валентній орбіті знаходяться один, два, три або чотири валентні електрони. При цьому більш активно віддають електрони речовини з менш заповненою орбітою і з великою кількістю електронних орбіт. До таких речовин відносяться речовини першої і другої групи водню, луг і лужно земельні метали, речовини третьої групи бор і алюміній, четвертої групи вуглець, п’ятої групи фосфор, шоста групи сірка і так далі. Основну масу горючих речовин представляють органічні речовини.

Прості речовини, для заповнення зовнішньої валентної орбіти яких вистарчає одного або двох електронів, легше їх сприймають, ніж віддають і тому в хімічних реакціях вони відновлюються і виступають в ролі окисника. До таких простих речовин можна віднести: речовини сьомої групи – галогени – F2, Cl2, Br2, J2, а також шостої групи – кисень O2 і озон O3.

На пожежі, практично завжди окислювачем являється кисень повітря, але викликати самоспалахування речовин можуть і інші окисники. Такими можуть бути речовини в складі яких є елементи з великою степінню окислення. Це можуть бути такі речовини, - перекис водню, кисневмісні кислоти – азотна, сірчана і марганцева кислота. Окисники можуть бути і в твердому стані – оксиди металів з великою степінню окислення: - оксид хрому CrO3, оксид марганцю Mn2O7, оксид марганцю MnO2. До сильних окисників які знаходяться в твердому стані відносяться і солі кисневмісних кислот – солі кислот хрому, солі хлорноватої і хлорноватої кислоти, солі азотної і сірчаної кислоти, солі азотної та сірчаної кислоти.

Взаємодія горючих речовин з цими чи іншими окисниками може стати причиною пожежі -внаслідок самозаймання.

Висновок – речовини що легко віддають валентні електрони являються горючими, а речовини що їх приймають – окисниками. Окисники при взаємодії з горючими речовинами можуть самозайматись при умові що Qокислення>Qпоглинутої навколишнім середовищем.


2. ЛАНЦЮГОВІ ТА ФОТОХІМІЧНІ РЕАКЦІЇ.

Багато гомогенних реакцій окислення, галогенування, розщеплення, полімеризації та інш, мають такі особливості, які не можуть бути пояснені на підставі кінетичних закономірностей. Ці реакції не підкоряються рівнянням першого, другого та вищих порядків. Характерне те що вони надзвичайно чутливі до домішок, швидкість їх в значній мірі залежить від діаметру реакційної посудини та зменшується в сторону зменшення діаметру посудини, період індукції таких реакцій сладае певний час, що передуе певній зміні концентрацій реагуючих речовин. Дані особливості протікання реакцій можна пояснити ланцюговим механізмом протікання реакцій. Сутність ланцюгових реакцій полягає в тому що при взаємодії кожна активна молекула породжує одну або декілька активних молекул, радикалів або реакційно-здатних частинок (валентні –ненасичені вільні атоми чи радикали). Процес зникнення та регенерації кожної активної частинки в подальшому циклічно повторюється багато разів та утворює ланцюг перетворень, що здійснюється частково послідовно а частково паралельно.

Основи перекисної теорії окислення .

Протікання окислення та горіння по розглядаємій нами темі являється вельми своєрідним та дуже приблизним, в реальних реакціях одержання кінцевих продуктів в один етап не проходить. Тому для пояснення механізму окислення було запропоновано багато теорій, але підтвердили себе лише дві: перекисна теорія А.Н. Баха і Є Енглера та теорія ланцюгових реакцій окислення Н.Н. Семенова. Коротко розглянемо основи даних теорій. Теорія що пояснює процес повільного окислення та виникнення горіння має назву перекисної, а теорія що пояснює явище автокаталізу хімічної реакції окичслення пояснюється теорією ланцюгових реакцій.

Механізм протікання реакцій окислення був сформульований російським вченим А.Н. Бахом та незалежно від нього академіком К.Єнглером в 1887р. Та одержала назву перекисної. Сутність цієї теорії полягає в тому, що першопочаткові взяті продукти переходять в продукти окислення через утворення проміжкових продуктів реакції з високою реакційною здатністю перекиси. Коротко це можна виразити так:

Гор.реч. + О2=перекис = П.Г.

В звичайних умовах окисник, а при горінні – це кисень повітря, малоактивний і для вступу в реакцію окислення він повинен мати визначений запас енергії, тобто за рахунок розриву одної чи двох ковалентних зв’язків котрими з’єднані атоми кисню в молекулі.

О=О +Е=-О- -О- +488,3 Кдж/моль

О=О +Е= -О-О- +322,8 Кдж/моль

В умовах низьких температур, при яких енергії в окислювальному середовищі мало, утворення активного атомарного кисню йде з надзвичайно низькою швидкістю. Атомарний кисень суттєвого впливу на протікання процесів окислення при звичайній температурі не має. Розрив лише одного електронного зв’яку потребує набагато менше енергетичних витрат і по цій причині утворення енергетично – активної групи –О-О- проходить з більшою швидкістю, котра і може визначати швидкість окисних процесів. Таким чином більш активно проходить процес розриву одного електронного зв’язку з утворенням так званого активного кисню. Активний кисень (-О-О-) легко вступає в хімічну реакцію з молекулою горючого з утворенням – перекису. Першопочатково кисень приєднується до вуглецевого ланцюга з утворенням проміжкового продукту.

R-CH2-CH2-R+ -O-О-- R-CH2-CH2-R

О О

Потім проходить розрив одного з валентних зв’язків з утворенням безпосередньо перекисів з характерною групою (-О-О-) R-CН2-О-О-СН2-R

Перекиси-речовини, які мають характерну для цього класу речовин групу, R-О-О-R. Енергія розриву зв’язку (-О-О-) у всіх видах перекисів досить низька і складає 150-160 КДж/моль, тому всі перекиси реакційно здатні і нестійкі речовини, які при незначній температурній дії розкладаються з утворенням оксидних, гідроксильних і вуглеводневих радикалів:

OH*

ROOH Ro* 167 кДж

ROOH + ROOH RO* + H2O + RO2* - 54, 5 кДж

Радикали які утворюються при розпаді являються активними центрами реакції окислення і ініціюють продовження процесу окислення до утворення кінцевих продуктів реакції горіння.

Виникаючі вільні радикали реагують з вуглеводами, відриваючи від них атоми водню і генеруючи нові вільні радикали. Такий процес приводить до прискорення процесу окислення горючої речовини, так як енергетичні затрати при окисленні перекисами набагато нижче, ніж при окисленні молекулярним киснем.


Види і небезпека перекисів.

Взагалі перекиси будь яких речовин можна розглядати як похідні від перекису

водню.

Н+ -О-О- = Н -О-О- Н перекис водню

в яких один або обидва атоми водню замінені на радикали органічної речовини. В залежності від отриманої структури утворюються наступні види перекисів.

Перекис R-O-O-R

Гідро перекис R-O-O-Н

Оксигідроперекис R-СН-O-O-Н

ОН

Окси перекис R-СН-O-O-R

ОН

Органічні перекиси

гідроперекис метилу СН2О2(СН3-О-О-Н)

гідроперекис метилу С2Н6О2(С2Н5-О-О-Н)

перекис ацетону С3Н6О3

в чистому вигляді представляють велику пожежну небезпеку, їх небезпека полягає в наступному:

  1. Вони є сильними окисниками.

С4НОО + 12 Н2О2 = 4СО2 + 17 Н2О - Н кДж/моль

  1. Органічні перекиси легко займаються від малопотужних джерел запалювання та згоряють з великою швидкістю.

  2. Вони чутливі до тертя, удару чи нагріву. Розкладаються з вибухом.

  3. Нестабільні у процесі зберігання. Можуть розкладатися при нормальній температурі, швидкість розкладання залежить від сторонніх домі шків.

Над вивченням властивостей перекисів працювали Н.Д. Зелінській, Л.В. Пісаржевський, С.С. Келятін, С.С. Медведьев та багато інших відомих хіміків. У нас в Харкові працює центр по вивченню якостей перекисів та використанню їх в хімічній промисловості НІІОХім.

В результаті, багатьох досліджень був вирішений ряд практичних задач пов’язаних з розвитком науки і техніки. Власне інтенсифікація згорання рідкого палива в рідинних реактивних двигунах за рахунок використання перекису в якості каталізаторів хімічних реакцій.

В теперішній час дослідами доказано, що окислення вуглеводів супроводжується утворенням перекису однак деякі явища виявлені при окисленні ряду речовин таких як елементоорганічні зєднання і неорганічні речовини важко доводимі з точки зору пере окисної теорії. Не знаходять пояснення такі явища, як само прискорення реакцій при самозайманні, а також при дії каталізаторів.

Перекисна теорія розвитку не відповідає на питання процесу окислення та горіння, але тим не дивлячись на це дала поступ у вивченні цих процесів і в цьому заслуга даної теорії.

Основи теорії ланцюгових хімічних реакцій Н.Н. Семенова

Поняття та види ланцюгових реакцій.

Багато явищ протікаючих при окисленні цілого ряду речовин в присутності кисню, хлору, фтору, брому та інших окисникив не можна пояснити за допомогою перекисної теорії. Подібне окислення дістало пояснення тільки завдяки теорії ланцюгових реакцій яку розробив Н.Н. Семенов.

Перші уявлення про ланцюговий механізм протікання хімічної реакції дав німецький фізик Боденштейн. Детальнішою розробкою теорії ланцюгових реакцій з 1927 року зайнявся Н.Н. Семенов, яка була кінцево сформована на початку 50-х років. Ця теорія отримала світове визнання і в 1954 році Н.Н. Семенов був нагороджений Нобелівською премією – присуджену за визначні наукові досягнення.

Сутність ланцюгової теорії окислення заключається в тому, що першопочатково взяті речовини (горючі та окисник) переходять в кінцеві продукти через утворення активних центрів по ланцюговому механізму. Схематично даний процес можна уявити в наступному вигляді:

Гор. реч + Ок → активн. центр ланцюгова реакція → продукти горіння.

Основні положення теорії ланцюгових реакцій такі – джерело запалювання у вигляді теплового або променевого імпульсу, електричного розряду, опромінення або радіоактивного розпаду приводить до підвищення кінетичної енергії молекул горючого або окисника, ьак як кисень чи горюча речовина в зичайному стані взаємодіяти не можуть. При цьому кінетична енергія руху і ударів переходить в потенціальну енергію речовини і може витрачатися на порушення хімічних зв’язків в молекулі. Хімічні зв’язки руйнуються тільки в тому випадку, коли запас потенціальної енергії перевищує енергію активності Еакт.



де m – приведена маса молекул, кг;

Uн – середня теплова швидкість молекул, м/с.

Активні центри це частки які володіють великим запасом енергії, що зумовлює їх високу реакційну здатність.

Активними центрами можуть бути окремі атоми (О*, СІ*, F*, та інші), вільні радикали (СН3*, С2Н5*)функціональні групи (-ОН*, -NO2*, -СООН*) та інші. Побічні продукти реакцій горіння також являються активними центрами і можуть стати початком або продовженням ланцюга.

Особливо багато активних центрів утворюється при електричному розряді. При дії електричного розряду на пари бензолу утворюються такі радикали, як (С6Н4*, С6Н2*, С6*, С5Н3*, СН2*, СН*,). Ці радикали відіграють роль активних центрів ланцюгової реакції при спалахуванні парів електричним розрядом.При взаємодії водню та хлору процес проходить за наступним сценарієм.

Під впливом світла Хлор утворює два активні центри що взаємодіють з атомом водню з отриманням молекули НСІ (кінцевий продукт реакції) і нового активного центру у виді атома водню, який в свою чергу вступить в реакцію з молекулою хлору, і знову утвориться одна молекула НСІ і активний центр у виді атома хлору.

Сl2 + F =2Cl*

Н2 + Cl* = НCІ +Н*

Сl2 + Н* = НCІ + Cl*
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Похожие:

Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconВ. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005
Смирнов В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва. Навчальний посібник. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2005....
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconОснови охорони праці лабораторний практикум навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти харків хнамг 2010
Основи охорони праці. Лабораторний практикум. Навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти України. 2-е видання
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconОснови охорони праці лабораторний практикум навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти харків хдамг 2002
Основи охорони праці. Лабораторний практикум. Навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти України
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconМеханізмів І машин навчальний посібник 2010
Рекомендовано Міністерством освіти І науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconДипломатичне представництво: організація І форми работи: навчальний посібник
Порівняльне право Європи: Основи порівняльного правознавства. Європейські традиції
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” icon№1: Сутність, роль та методологічні основи менеджменту 9
Навчальний посібник для студентів напрямів 100400 «Транспортні технології» І 050200 «Менеджмент організацій»
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconДмитриченко М. Ф., Навчальний посібник
Вища освіта І болонський процес / Дмитриченко М. Ф., Навчальний посібник. К.: 2006. 440 с
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconДмитриченко М. Ф., Навчальний посібник
Вища освіта І болонський процес / Дмитриченко М. Ф., Навчальний посібник. К.: 2006. 440 с
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” icon«Основи готельного менеджменту» Роглев Х. Й
Затверджено Міністерством освіти І науки України як навчальний посібник для студентів економічних спеціальностей вищих навчальних...
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconModule : Evolutional studies Module code
Корж О. П. Основи еволюціі: Навчальний посібник. – Суми: Університетська книга, 2006. 381 с
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница