Trong quá trình cháy, ngọn lửa được hình thành, cấu trúc của ngọn lửa là do các chất tham gia phản ứng. Cấu trúc của nó được chia thành các vùng tùy thuộc vào các chỉ số nhiệt độ.
Định nghĩa
Ngọn lửa được gọi là khí nóng, trong đó các thành phần hoặc chất plasma hiện diện ở dạng phân tán rắn. Chúng thực hiện các biến đổi của kiểu vật lý và hóa học, kèm theo sự phát quang, giải phóng năng lượng nhiệt và đốt nóng.
Sự hiện diện của các hạt ion và gốc trong môi trường khí đặc trưng cho tính dẫn điện và hành vi đặc biệt của nó trong trường điện từ.
Ngọn lửa là gì
Thông thường đây là tên của các quá trình liên quan đến quá trình đốt cháy. So với không khí, khối lượng riêng của chất khí thấp hơn, nhưng nhiệt độ cao làm chất khí bốc lên. Đây là cách ngọn lửa được hình thành, dài và ngắn. Thường có sự chuyển đổi suôn sẻ từ dạng này sang dạng khác.
Ngọn lửa: cấu trúc và cấu trúc
Để xác định sự xuất hiện của hiện tượng được mô tả, chỉ cần châm lửa đốt là đủ. Ngọn lửa không phát sáng tạo thành không thể được gọi là đồng nhất. Trực quan, có bacác lĩnh vực chính. Nhân tiện, nghiên cứu về cấu trúc của ngọn lửa cho thấy rằng các chất khác nhau cháy với sự hình thành một loại ngọn đuốc khác nhau.
Khi hỗn hợp khí và không khí cháy, ngọn đuốc ngắn đầu tiên được hình thành, màu của ngọn đuốc có màu xanh lam và tím. Phần lõi có thể nhìn thấy trong đó - màu xanh lục-xanh lam, giống như một hình nón. Hãy xem xét ngọn lửa này. Cấu trúc của nó được chia thành ba khu:
- Tách khu vực chuẩn bị, trong đó hỗn hợp khí và không khí được đốt nóng khi nó thoát ra khỏi lỗ đốt.
- Tiếp theo là khu vực xảy ra quá trình đốt cháy. Cô ấy chiếm phần trên cùng của hình nón.
- Khi thiếu luồng khí, khí không cháy hết. Dư lượng oxit cacbon và hiđro hóa trị 2 được giải phóng. Quá trình đốt cháy của chúng diễn ra ở khu vực thứ ba, nơi có tiếp cận oxy.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét các quá trình đốt cháy khác nhau một cách riêng biệt.
Ngọn nến đang cháy
Đốt một ngọn nến cũng giống như đốt một que diêm hoặc bật lửa. Và cấu trúc của ngọn lửa nến giống như một dòng khí nóng, được kéo lên do lực nổi. Quá trình bắt đầu bằng việc làm nóng bấc, sau đó là sự bay hơi của parafin.
Vùng thấp nhất bên trong và tiếp giáp với luồng được gọi là vùng đầu tiên. Nó có một chút ánh sáng xanh do lượng nhiên liệu lớn, nhưng thể tích nhỏ của hỗn hợp oxy. Tại đây, quá trình đốt cháy không hoàn toàn các chất được thực hiện với việc giải phóng carbon monoxide, chất này tiếp tục bị oxy hóa.
Khu đầu tiênđược bao bọc bởi lớp vỏ thứ hai phát sáng, đặc trưng cho cấu tạo của ngọn lửa nến. Một thể tích oxy lớn hơn đi vào nó, gây ra sự tiếp tục của phản ứng oxy hóa với sự tham gia của các phân tử nhiên liệu. Các chỉ số nhiệt độ ở đây sẽ cao hơn ở vùng tối, nhưng không đủ để phân hủy cuối cùng. Ở hai khu vực đầu tiên, hiệu ứng phát sáng xuất hiện khi các giọt nhiên liệu chưa cháy và các hạt than bị đốt nóng mạnh.
Vùng thứ hai được bao bọc bởi một lớp vỏ tinh tế với các giá trị nhiệt độ cao. Nhiều phân tử oxy đi vào nó, góp phần đốt cháy hoàn toàn các hạt nhiên liệu. Sau khi các chất bị oxy hóa, hiệu ứng phát sáng không được quan sát thấy ở vùng thứ ba.
Sơ đồ
Để rõ hơn, chúng tôi xin giới thiệu với các bạn hình ảnh ngọn nến đang cháy. Mô hình ngọn lửa bao gồm:
- Vùng đầu tiên hoặc vùng tối.
- Vùng phát sáng thứ hai.
- Vỏ trong suốt thứ ba.
Chỉ của ngọn nến không cháy mà chỉ xảy ra hiện tượng đóng cặn ở phần đầu bị uốn cong.
Đốt đèn thần
Bể chứa cồn nhỏ thường được sử dụng cho các thí nghiệm hóa học. Chúng được gọi là đèn cồn. Bấc của đầu đốt được tẩm nhiên liệu lỏng đổ qua lỗ. Điều này được tạo điều kiện thuận lợi bởi áp suất mao mạch. Khi lên đến đỉnh tự do của bấc, cồn bắt đầu bay hơi. Ở trạng thái hơi, nó được đốt cháy và cháy ở nhiệt độ không quá 900 ° C.
Ngọn lửa của thần đèn có hình dạng bình thường, nó gần như không màu, có một chút ánhmàu xanh da trời. Các vùng của nó không được nhìn thấy rõ ràng như vùng của một ngọn nến.
Ở đầu đốt cồn, được đặt theo tên nhà khoa học Bartel, đầu ngọn lửa nằm phía trên lưới sợi đốt của đầu đốt. Ngọn lửa đi sâu hơn dẫn đến giảm hình nón tối bên trong và phần giữa thoát ra khỏi lỗ, được coi là lỗ nóng nhất.
Màu đặc trưng
Phát ra các ngọn lửa có màu sắc khác nhau, do quá trình chuyển đổi điện tử gây ra. Chúng còn được gọi là nhiệt. Vì vậy, kết quả của quá trình đốt cháy thành phần hydrocacbon trong không khí, ngọn lửa màu xanh là do hợp chất H-C giải phóng. Và khi các hạt C-C được phát ra, ngọn đuốc chuyển sang màu đỏ cam.
Rất khó để nhìn thấy cấu trúc của ngọn lửa, hóa học của nó bao gồm các hợp chất của nước, carbon dioxide và carbon monoxide, liên kết OH. Lưỡi của nó thực tế không màu, vì các hạt trên phát ra bức xạ tia cực tím và tia hồng ngoại khi bị đốt cháy.
Màu của ngọn lửa được kết nối với nhau với các chỉ số nhiệt độ, với sự hiện diện của các hạt ion trong đó, thuộc về một phổ phát xạ hoặc quang học nhất định. Như vậy, sự cháy của một số nguyên tố dẫn đến sự thay đổi màu của ngọn lửa trong đầu đốt. Sự khác biệt về màu sắc của ngọn đuốc có liên quan đến sự sắp xếp của các nguyên tố trong các nhóm khác nhau của hệ thống tuần hoàn.
Cháy cho sự hiện diện của bức xạ liên quan đến quang phổ nhìn thấy, nghiên cứu kính quang phổ. Đồng thời, người ta nhận thấy rằng các chất đơn giản từ phân nhóm chung cũng có màu ngọn lửa tương tự. Để rõ ràng, quá trình đốt cháy natri được sử dụng như một thử nghiệm cho điều nàykim loại. Khi đưa vào ngọn lửa, những chiếc lưỡi chuyển sang màu vàng tươi. Dựa trên đặc điểm màu sắc, vạch natri được phân lập trong quang phổ phát xạ.
Kim loại kiềm được đặc trưng bởi tính chất kích thích nhanh bức xạ ánh sáng của các hạt nguyên tử. Khi các hợp chất dễ bay hơi của các nguyên tố như vậy được đưa vào ngọn lửa của lò đốt Bunsen, nó sẽ có màu.
Kiểm tra quang phổ cho thấy các đường đặc trưng trong khu vực có thể nhìn thấy bằng mắt người. Tốc độ kích thích của bức xạ ánh sáng và cấu trúc quang phổ đơn giản có liên quan chặt chẽ đến đặc tính điện động cao của các kim loại này.
Đặc
Phân loại ngọn lửa dựa trên các đặc điểm sau:
- trạng thái tập hợp của các hợp chất cháy. Chúng có dạng khí, dạng bọt, dạng rắn và dạng lỏng;
- một loại bức xạ có thể không màu, phát sáng và có màu;
- tốc độ phân phối. Có tốc độ lây lan nhanh và chậm;
- chiều cao ngọn lửa. Cấu trúc có thể ngắn hoặc dài;
- ký tự của chuyển động của hỗn hợp phản ứng. Phân bổ chuyển động xung, tầng, chuyển động hỗn loạn;
- cảm nhận trực quan. Các chất cháy với ngọn lửa có khói, có màu hoặc trong suốt;
- chỉ thị nhiệt độ. Ngọn lửa có thể ở nhiệt độ thấp, lạnh và nhiệt độ cao.
- trạng thái của nhiên liệu pha - chất oxy hóa.
Sự bốc cháy xảy ra do sự khuếch tán hoặc trộn trước các thành phần hoạt tính.
Vùng oxy hóa và khử
Quá trình oxy hóa diễn ra trong vùng kín đáo. Cô ấy là nóng nhất và nằm ở trên cùng. Trong đó, các hạt nhiên liệu trải qua quá trình đốt cháy hoàn toàn. Và sự hiện diện của sự dư thừa oxy và sự thiếu hụt nhiên liệu dẫn đến quá trình oxy hóa diễn ra mạnh mẽ. Tính năng này nên được sử dụng khi làm nóng các vật trên đầu đốt. Đó là lý do tại sao chất được nhúng vào phần trên của ngọn lửa. Quá trình đốt cháy diễn ra nhanh hơn nhiều.
Phản ứng khử diễn ra ở phần trung tâm và phần dưới của ngọn lửa. Nó chứa một lượng lớn các chất dễ cháy và một lượng nhỏ các phân tử O2thực hiện quá trình đốt cháy. Khi các hợp chất chứa oxy được đưa vào các khu vực này, nguyên tố O. bị phân cắt.
Quá trình tách sunfat sắt được sử dụng như một ví dụ về ngọn lửa khử. Khi FeSO4vào phần trung tâm của ngọn lửa, đầu tiên nó nóng lên và sau đó bị phân hủy thành oxit sắt, anhydrit và lưu huỳnh đioxit. Trong phản ứng này, quan sát thấy sự khử S với điện tích từ +6 đến +4.
Ngọn lửa hàn
Loại đám cháy này được hình thành do sự đốt cháy hỗn hợp khí hoặc hơi lỏng với oxy trong không khí sạch.
Một ví dụ là sự hình thành ngọn lửa oxy-axetylen. Nó làm nổi bật:
- vùng lõi;
- vùng phục hồi trung bình;
- vùng cuối bùng phát.
Rất nhiều bỏnghỗn hợp khí-oxi. Sự khác biệt về tỷ lệ axetylen và chất oxy hóa dẫn đến một loại ngọn lửa khác nhau. Nó có thể là cấu trúc bình thường, thấm cacbon (axetylen) và cấu trúc oxy hóa.
Về mặt lý thuyết, quá trình đốt cháy không hoàn toàn axetilen trong oxy nguyên chất có thể được đặc trưng bởi phương trình sau: HCCH + O2→ H2 + CO + CO (phản ứng cần một mol O2).
Hydro phân tử và cacbon monoxit tạo thành phản ứng với oxy không khí. Các sản phẩm cuối cùng là nước và cacbon monoxit hóa trị bốn. Phương trình có dạng như sau: CO + CO + H2+ 1½O2→ CO2+ CO 2+ H2O. Phản ứng này cần 1,5 mol oxi. Khi cộng O2, thu được 2,5 mol HCCH. Và vì trong thực tế, rất khó để tìm thấy oxy hoàn toàn tinh khiết (thường nó có lẫn tạp chất nhẹ), tỷ lệ O2so với HCCH sẽ là 1,10 đến 1,20.
Khi tỉ khối của oxi so với axetilen nhỏ hơn 1,10, ngọn lửa cacbon xảy ra. Cấu trúc của nó có một lõi mở rộng, các đường viền của nó trở nên mờ. Muội phát ra từ một đám cháy như vậy, do thiếu các phân tử oxy.
Nếu tỉ khối của các khí lớn hơn 1, 20 thì thu được ngọn lửa oxi hóa với lượng dư oxi. Các phân tử dư thừa của nó phá hủy các nguyên tử sắt và các thành phần khác của đầu đốt bằng thép. Trong ngọn lửa như vậy, phần hạt nhân trở nên ngắn và nhọn.
Chỉ số nhiệt độ
Mỗi ngọn nến hoặc vùng đốt lửa cógiá trị của chúng do sự cung cấp của các phân tử oxy. Nhiệt độ của ngọn lửa trần ở các bộ phận khác nhau của nó nằm trong khoảng từ 300 ° C đến 1600 ° C.
Một ví dụ là ngọn lửa khuếch tán và tầng lớp, được hình thành bởi ba lớp vỏ. Hình nón của nó bao gồm một vùng tối có nhiệt độ lên tới 360 ° C và thiếu chất oxy hóa. Bên trên nó là một vùng phát sáng. Chỉ báo nhiệt độ của nó nằm trong khoảng từ 550 đến 850 ° C, góp phần vào sự phân hủy của hỗn hợp dễ cháy do nhiệt và quá trình đốt cháy của nó.
Khu vực bên ngoài hầu như không nhìn thấy. Trong đó, nhiệt độ ngọn lửa đạt tới 1560 ° C, đó là do đặc tính tự nhiên của các phân tử nhiên liệu và tốc độ xâm nhập của chất oxy hóa. Đây là nơi bùng cháy mạnh mẽ nhất.
Các chất bốc cháy trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau. Vì vậy, magiê kim loại chỉ cháy ở 2210 ° C. Đối với nhiều chất rắn, nhiệt độ ngọn lửa là khoảng 350 ° C. Diêm và dầu hỏa có thể bốc cháy ở 800 ° C, trong khi gỗ có thể bốc cháy từ 850 ° C đến 950 ° C.
Một điếu thuốc cháy với ngọn lửa có nhiệt độ thay đổi từ 690 đến 790 ° C, và trong hỗn hợp propan-butan từ 790 ° C đến 1960 ° C. Xăng bốc cháy ở 1350 ° C. Ngọn lửa đốt cồn có nhiệt độ không quá 900 ° C.
