Занимательная химия на стыке наук. Горение. Жесткость воды

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:

СН₄ +2О₂ →СО₂+2Н₂О

Это процесс включает в себя целый ряд элементарных реакций в которых принимают участие атомы, свободные радикалы такие как Н^•, ОН^•, СН₃^•, НО₂^•. 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.