Авторы постарались на интересных примерах в области химии показать практическое значение теоретических знаний и взаимосвязь изучаемых в школьных курсах дисциплин. Эта книга – продолжение книги "Занимательная химия на стыке наук".
C уважением,
Гладков Е.А., Гладкова О.В., Глушецкая Л.С.
Неконтролируемый и контролируемый процессы горения
Любой процесс горения –это химические реакции, отличающиеся по скорости, эти реакции могут приносить как пользу, так и громадный ущерб, приводя к материальным проблемам и гибели людей. Несмотря на то, что горение – это химическая реакция, режимы горения зависят от многих факторов. Достаточно привести один пример: сухие ветки дерева, сложенные вместе воспламеняются быстро, горят интенсивно, а полено того же дерева воспламенить значительно труднее.
Как Вы думаете, могут ли растения не бояться пожаров?
Ряд видов растений регулярно испытывают действие пожаров. Существует уникальная группа растений – пирофиты, которые устойчивы к пожарам. У деревьев этой группы на стволах толстая корка, пропитанная особыми огнеупорными веществами, надежно защищающими внутренние ткани.
Давайте вернемся к процессам горения. Мы не будем говорить о теории горения и взрыва, а остановимся только на некоторых разделах курса химии, без которых не возможно процесс горения сделать контролируемым и управляемым.
Начнем с химической формулы вещества. Смеси горючих веществ с воздухом воспламеняются лишь, когда концентрация горючего находится в определенных пределах, называемых нижним и верхним пределами воспламенения. Определяют эти пределы экспериментально, но, зная химическую формулу вещества, пределы можно с определенной долей неточности, рассчитать по специальной формуле (для органических веществ).
Химические уравнения определяют только стехиометрию реакции, но не отражают все этапы. Например, реакция взрыва метано – воздушной смеси сопровождается образованием диоксида углерода и паров воды:
СН>4 +2О>2 →СО>2+2Н>2О
Это процесс включает в себя целый ряд элементарных реакций в которых принимают участие атомы, свободные радикалы такие как Н>•, ОН>•, СН>3>•, НО>2>•. Существуют свободные радикалы в пламени короткое время, но обеспечивают быстрый расход горючего. Эта реакция может включать от 18 до 30 промежуточных реакций.
Реакции горения являются цепными, идут с выделением тепла и самоускоряются.
Зная особенности и механизм реакция горения, инженеры и ученые разрабатывают огнегасительные составы, которые отводят тепло из зоны горения, изолируют окислитель от горючего, либо работают как ингибиторы (отрицательные катализаторы), а также вытесняют кислород из воздуха, то есть являются разбавителями.
В качестве примера рассмотрим галоидоуглеводороды. Название говорит о том, что в углеводороде, например метане или пропане, один или несколько атомов водорода заменены на галоген. Замена только одного атома водорода на галоген превращает горючее в огнегасительный состав. У галоидоуглеводоров есть серьезный недостаток: при пожаротушении они выделяют отравляющие вещества. Поэтому работать с такими огнегасительными составами можно только в средствах индивидуальной защиты.