Tijdens het verbrandingsproces wordt een vlam gevormd, waarvan de structuur te danken is aan de reagerende stoffen. De structuur is verdeeld in regio's, afhankelijk van temperatuurindicatoren.
Definitie
Vlammen worden hete gassen genoemd, waarin plasmacomponenten of stoffen in vaste gedispergeerde vorm aanwezig zijn. Ze voeren transformaties uit van het fysieke en chemische type, vergezeld van luminescentie, het vrijkomen van thermische energie en verwarming.
De aanwezigheid van ionische en radicale deeltjes in een gasvormig medium kenmerkt de elektrische geleidbaarheid en het speciale gedrag ervan in een elektromagnetisch veld.
Wat zijn vlammen
Meestal is dit de naam van de processen die verband houden met verbranding. In vergelijking met lucht is de gasdichtheid lager, maar hoge temperaturen zorgen ervoor dat het gas stijgt. Zo ontstaan vlammen, die lang en kort zijn. Vaak is er een vloeiende overgang van de ene vorm naar de andere.
Vlam: structuur en structuur
Om het uiterlijk van het beschreven fenomeen te bepalen, volstaat het om een gasbrander aan te steken. De resulterende niet-lichtgevende vlam kan niet homogeen worden genoemd. Visueel zijn er driehoofdgebieden. Trouwens, de studie van de structuur van de vlam laat zien dat verschillende stoffen branden met de vorming van een ander type fakkel.
Wanneer een mengsel van gas en lucht brandt, wordt eerst een korte fakkel gevormd, waarvan de kleur blauwe en paarse tinten heeft. De kern is erin zichtbaar - groenblauw, lijkt op een kegel. Overweeg deze vlam. De structuur is verdeeld in drie zones:
- Scheid de voorbereidingsruimte waarin het mengsel van gas en lucht wordt verwarmd wanneer het het brandergat verlaat.
- Het wordt gevolgd door de zone waarin de verbranding plaatsvindt. Ze bezet de bovenkant van de kegel.
- Als er een gebrek aan luchtstroom is, brandt het gas niet volledig. Tweewaardige koolstofoxide- en waterstofresten komen vrij. Hun naverbranding vindt plaats in het derde gebied, waar zuurstoftoegang is.
Laten we nu verschillende verbrandingsprocessen afzonderlijk bekijken.
Kaars branden
Het branden van een kaars is als het branden van een lucifer of aansteker. En de structuur van een kaarsvlam lijkt op een hete gasstroom, die door opwaartse krachten wordt opgetrokken. Het proces begint met het verwarmen van de pit, gevolgd door het verdampen van de paraffine.
De laagste zone binnen en naast de draad wordt de eerste regio genoemd. Het heeft een lichte blauwe gloed vanwege de grote hoeveelheid brandstof, maar het kleine volume van het zuurstofmengsel. Hier wordt het proces van onvolledige verbranding van stoffen uitgevoerd met het vrijkomen van koolmonoxide, dat verder wordt geoxideerd.
Eerste zoneomgeven door een lichtgevende tweede schil, die de structuur van de kaarsvlam kenmerkt. Er komt een groter volume zuurstof binnen, wat de voortzetting van de oxidatieve reactie veroorzaakt met de deelname van brandstofmoleculen. Temperatuurindicatoren zullen hier hoger zijn dan in de donkere zone, maar onvoldoende voor uiteindelijke ontbinding. Het is in de eerste twee gebieden dat een lichteffect optreedt wanneer de druppeltjes onverbrande brandstof en steenkooldeeltjes sterk worden verwarmd.
De tweede zone is omgeven door een subtiele schaal met hoge temperatuurwaarden. Er komen veel zuurstofmoleculen in, wat bijdraagt aan de volledige verbranding van brandstofdeeltjes. Nadat de stoffen zijn geoxideerd, wordt het lichteffect niet waargenomen in de derde zone.
Schema
Voor de duidelijkheid presenteren we onder uw aandacht het beeld van een brandende kaars. Vlampatroon omvat:
- Eerste of donkere gebied.
- Tweede lichtzone.
- Derde transparante schaal.
De draad van de kaars brandt niet, maar alleen de verkoling van het gebogen uiteinde vindt plaats.
Brandende geestlamp
Kleine tanks met alcohol worden vaak gebruikt voor chemische experimenten. Ze worden alcohollampen genoemd. De pit van de brander is geïmpregneerd met vloeibare brandstof die door het gat wordt gegoten. Dit wordt mogelijk gemaakt door capillaire druk. Bij het bereiken van de vrije bovenkant van de pit begint de alcohol te verdampen. In de damptoestand wordt het in brand gestoken en verbrandt het bij een temperatuur van niet meer dan 900 ° C.
De vlam van de spirituslamp heeft een normale vorm, het is bijna kleurloos, met een lichte tintblauw. De zones zijn niet zo duidelijk zichtbaar als die van een kaars.
Bij de alcoholbrander, genoemd naar de wetenschapper Bartel, bevindt het begin van het vuur zich boven het gloeiende rooster van de brander. Deze verdieping van de vlam leidt tot een afname van de binnenste donkere kegel en het middelste gedeelte komt uit het gat, dat als de heetste wordt beschouwd.
Kleurkenmerk
Emissies van verschillende vlamkleuren, veroorzaakt door elektronische overgangen. Ze worden ook wel thermisch genoemd. Dus als gevolg van de verbranding van de koolwaterstofcomponent in de lucht, is de blauwe vlam te wijten aan het vrijkomen van de H-C-verbinding. En als er CC-deeltjes worden uitgestoten, wordt de toorts oranjerood.
Het is moeilijk om de structuur van de vlam te zien, waarvan de chemie verbindingen van water, kooldioxide en koolmonoxide, de OH-binding, omvat. Zijn tongen zijn praktisch kleurloos, aangezien de bovengenoemde deeltjes ultraviolette en infrarode straling afgeven wanneer ze worden verbrand.
De kleur van de vlam is verbonden met temperatuurindicatoren, met daarin de aanwezigheid van ionische deeltjes, die behoren tot een bepaald emissie- of optisch spectrum. Zo leidt het verbranden van sommige elementen tot een verandering van de kleur van het vuur in de brander. Verschillen in de kleur van de toorts worden geassocieerd met de rangschikking van elementen in verschillende groepen van het periodiek systeem.
Brand voor de aanwezigheid van straling gerelateerd aan het zichtbare spectrum, bestudeer de spectroscoop. Tegelijkertijd bleek dat eenvoudige stoffen uit de algemene subgroep ook een vergelijkbare kleuring van de vlam hebben. Voor de duidelijkheid: natriumverbranding wordt hiervoor als test gebruiktmetaal. Wanneer ze in de vlam worden gebracht, worden de tongen heldergeel. Op basis van de kleurkenmerken wordt de natriumlijn geïsoleerd in het emissiespectrum.
Alkalimetalen worden gekenmerkt door de eigenschap van snelle excitatie van lichtstraling van atomaire deeltjes. Wanneer laagvluchtige verbindingen van dergelijke elementen in het vuur van een bunsenbrander worden gebracht, wordt het gekleurd.
Spectroscopisch onderzoek toont karakteristieke lijnen in het gebied dat zichtbaar is voor het menselijk oog. De snelheid van excitatie van lichtstraling en de eenvoudige spectrale structuur hangen nauw samen met de hoge elektropositieve eigenschap van deze metalen.
Karakteristiek
Vlamclassificatie is gebaseerd op de volgende kenmerken:
- geaggregeerde staat van brandende verbindingen. Ze komen voor in gasvormige, aerodisperse, vaste en vloeibare vormen;
- een soort straling die kleurloos, lichtgevend en gekleurd kan zijn;
- distributiesnelheid. Er is een snelle en langzame verspreiding;
- vlamhoogte. De structuur kan kort of lang zijn;
- karakter van de beweging van reagerende mengsels. Wijs pulserende, laminaire, turbulente bewegingen toe;
- visuele perceptie. Stoffen branden met een rokerige, gekleurde of transparante vlam;
- temperatuurindicator. De vlam kan een lage temperatuur, koude en hoge temperatuur hebben.
- toestand van de fase brandstof - oxidatiemiddel.
Ontsteking vindt plaats als gevolg van diffusie of voormenging van actieve ingrediënten.
Oxidatie en reductie regio
Het oxidatieproces vindt plaats in een onopvallende zone. Zij is de heetste en staat bovenaan. Daarin ondergaan de brandstofdeeltjes een volledige verbranding. En de aanwezigheid van zuurstofoverschot en brandstoftekort leidt tot een intensief oxidatieproces. Deze functie moet worden gebruikt bij het verwarmen van objecten boven de brander. Daarom wordt de stof in het bovenste deel van de vlam gedompeld. Een dergelijke verbranding verloopt veel sneller.
Reductiereacties vinden plaats in de centrale en onderste delen van de vlam. Het bevat een grote voorraad brandbare stoffen en een kleine hoeveelheid O2-moleculen die de verbranding uitvoeren. Wanneer zuurstofhoudende verbindingen in deze gebieden worden geïntroduceerd, wordt het O-element gesplitst.
Het splitsingsproces van ijzersulfaat wordt gebruikt als een voorbeeld van een reducerende vlam. Wanneer FeSO4 in het centrale deel van de brandervlam komt, warmt het eerst op en ontleedt het vervolgens in ijzeroxide, anhydride en zwaveldioxide. In deze reactie wordt de reductie van S met een lading van +6 tot +4 waargenomen.
Lasvlam
Dit type vuur ontstaat als gevolg van de verbranding van een mengsel van gas of vloeibare damp met zuurstof in schone lucht.
Een voorbeeld is de vorming van een zuurstof-acetyleenvlam. Het benadrukt:
- kernzone;
- gemiddeld herstelgebied;
- flare eindzone.
Zoveel brandengas-zuurstof mengsels. Verschillen in de verhouding van acetyleen en oxidatiemiddel leiden tot een ander type vlam. Het kan een normale, carburerende (acetylenische) en oxiderende structuur zijn.
Theoretisch kan het proces van onvolledige verbranding van acetyleen in zuivere zuurstof worden gekarakteriseerd door de volgende vergelijking: HCCH + O2 → H2+ CO +CO (de reactie vereist één mol O2).
De resulterende moleculaire waterstof en koolmonoxide reageren met luchtzuurstof. De eindproducten zijn water en vierwaardig koolmonoxide. De vergelijking ziet er als volgt uit: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. Voor deze reactie is 1,5 mol zuurstof nodig. Bij het optellen van O2 blijkt dat er 2,5 mol wordt uitgegeven aan 1 mol HCCH. En aangezien het in de praktijk moeilijk is om perfect zuivere zuurstof te vinden (vaak heeft het een lichte verontreiniging met onzuiverheden), zal de verhouding van O2 tot HCCH 1,10 tot 1,20 zijn.
Wanneer de verhouding van zuurstof tot acetyleen minder is dan 1,10, treedt een carburerende vlam op. De structuur heeft een vergrote kern, de contouren worden wazig. Bij zo'n brand komt roet vrij door het ontbreken van zuurstofmoleculen.
Als de verhouding van gassen groter is dan 1, 20, wordt een oxiderende vlam met een overmaat aan zuurstof verkregen. De overtollige moleculen vernietigen ijzeratomen en andere componenten van de stalen brander. In zo'n vlam wordt het nucleaire deel kort en puntig.
Temperatuurmetingen
Elke vuurzone van een kaars of brander heefthun waarden vanwege de toevoer van zuurstofmoleculen. De temperatuur van een open vlam in zijn verschillende delen varieert van 300 °C tot 1600 °C.
Een voorbeeld is een diffusie- en laminaire vlam, die wordt gevormd door drie schillen. De kegel bestaat uit een donker gebied met een temperatuur tot 360 ° C en een gebrek aan een oxidatiemiddel. Daarboven is een gloeizone. De temperatuurindicator varieert van 550 tot 850 ° C, wat bijdraagt aan de ontleding van het thermisch brandbare mengsel en de verbranding ervan.
Het buitenste gebied is nauwelijks zichtbaar. Daarin bereikt de vlamtemperatuur 1560 ° C, wat te wijten is aan de natuurlijke kenmerken van brandstofmoleculen en de snelheid van binnenkomst van het oxidatiemiddel. Dit is waar de verbranding het krachtigst is.
Stoffen ontbranden onder verschillende temperatuuromstandigheden. Metallisch magnesium verbrandt dus pas bij 2210 °C. Voor veel vaste stoffen is de vlamtemperatuur ongeveer 350°C. Lucifers en kerosine kunnen ontbranden bij 800°C, terwijl hout kan ontbranden van 850°C tot 950°C.
Een sigaret brandt met een vlam waarvan de temperatuur varieert van 690 tot 790 °C, en in een propaan-butaanmengsel van 790 °C tot 1960 °C. Benzine ontsteekt bij 1350°C. De vlam van brandende alcohol heeft een temperatuur van niet meer dan 900°C.
