Yanma proseslərinin kimyası. Partlayış enerjisi

Partlayış enerjisi

Partlayıcı maddələrin digər enerji mənbələrinə üstünlük verdiyi kompaktlik, nəqliyyat imkanları və enerjinin sərbəst buraxılması qısa müddətdə baş verə bilər və bu, böyük enerjinin inkişafına imkan yaradır. Beləliklə, mərkəzdə güclü partlayıcı - hexogen, həyəcan (təşəbbüs) hazırlanmış, 1 kq kütləsi və 1,65 q / sm3 kütləsi olan külək yükünün partlaması ilə maddə vasitəsilə partlayış transformasiyasının sürəti 8300 m / s təşkil edir. Yol r   (yarım radius), bu partlamanı keçəcək, bərabərlikdən təyin olunur

harada Gup -   kütlə və zənginlik sıxlığıdır.

Prosesin icra vəziyyəti - τ = r / D (D   - detonasiya sürəti).

Güc N   (kJ / e), partlayış zamanı inkişaf etmiş, istilik miqdarını bilən təxmin edilə bilər q   1 kq RDX partlayıcı çevrilmə ilə:

RDX üçün q   = 5420 kJ / kq. Hesablanmış enerji güclənir, çünki genişlənən qazların işlədiyi vaxt nəzərə alınmır. Qeyd edək ki, dünyanın ən iri elektrik stansiyalarının tutumu artıqdır. Belə sürətli çevrilməyə qadir olan partlayıcılar çağırılır partlayış.

Partlayış partlayıcıları, demək olar ki, heç bir müstəqil istifadəyə malik olmayan və yalnız partlayıcı maddələrin hazırlanmasında istifadə olunan partlayıcı maddələrin yayılmasına səbəb olur. Partlayış vasitəsi (patlatma qapağı, partlayıcı patron, qoruyucu, patlayıcısı və s.) Xüsusi bir alt qrupda birləşdirilir. Partlayıcı maddələr, barıt və partlayıcı maddələrin partladılması bir qrup partlayıcı maddələr təşkil edir. Həm atəş zamanı yanma, həm də yanma zamanı partlayıcı maddələrin qazlara çevrilməsi üçün əlavə şərtlər tətbiq olunur: atəşpərəstlər üçün - müxtəlif təzyiqlərdə sabit vəziyyətdə yanma, partlayıcı maddələrin partlaması üçün - maddə tərəfindən çevrilmənin son dərəcə yüksək yayılması.

Lakin, partlayıcı maddələr yalnız sürətli dəyişikliklər etməyə qadir deyil. Kiçik miqdarda partlayıcı maddələrin adi vasitələrlə alovlandırması və atmosfer şəraitində qazların axıdılmasına mane olmurken yanmasına imkan verirsinizsə, yanma yavaş-yavaş və sakit keçiriləcək. Yanlış işlənməmiş partlayıcıların yandırılması üsulu ilə məhv edilməsi üsulu bununla bağlıdır, malın icrası ilə təhlükəsiz və rahatdır. Yanlış yanma vəziyyətində, yanma özünü patlayıcı maddələrin qazlara daha sürətli çevrilməsi ilə patlatmaya çevrildikdə baş verə bilər.

Partlama nədir? Partlayış, bir maddənin fiziki və ya kimyəvi transformasiyasına aiddir, onun enerjisi tez-tez maddənin özü və ya transformasiya və ətraf mühitin sıxılma və hərəkət enerjisinə keçir.   Partlamanın enerjisi fərqli ola bilər. Kimyəvi, elektrik, nüvə, termonükleer, istilik, kinetik enerji, elastik sıxılma enerjisinin azad edilməsi partlayıcı proseslərlə müşayiət edilə bilər. Məsələn, elektrik qığılcımı materialların məhv edilməsi üsulunda mikroekspoziyalar istifadə olunur, enerjisinin qaynağı elektrik boşalmasıdır və enerjinin daşıyıcısı buxarlanma və parçalanma məhsullarıdır və ya axıdmanın həyata keçirildiyi mühiti basitləşdirir. Sıxılmış qaz silindrləri, buxar qazanları, yüksək təzyiqli qablar məhv edilməsi nəticəsində meydana gələn partlamanın yüksək sürətlə davam edəcəyi və ətrafdakı yerə ciddi zərər verə biləcəyi.

Bununla belə, əsas məqam müəyyən şərtlərdə (kimyəvi reaksiyanın nəticəsində) bir çox maddələrdə sıxılmış qazların enerjisinə tez keçə biləcəyi potensial kimyəvi enerjinin istifadəsidir. Bu dəyişikliklərə qadir olan maddələr partlayıcı və partlayış - kimyəvi adlanır. Gələcəkdə, partlamanın altında, xüsusi qeydlər olmadan, yalnız kimyəvi partlamanı anlayacağıq və baxılan bütün proseslər bir kimyəvi partlama zamanı meydana gələn proseslərə bağlıdır.

Bir partlayış sərbəst enerji miqdarı ilə xarakterizə edilə bilər. Bu proses bəzən avadanlıq parametrləri ilə təyin olunduğundan (məsələn, pnevmatik radiatorlar üçün - kameranın həcmi və sıxılmış hava təzyiqi ilə) enerjisini təyin etmək lazımdır. Pnevmatik radiator üçün bu bərabərdir PV /(k   - 1), burada R   - sıxılmış qazın təzyiqi; V -   kameranın həcmi; k -   düzəliş faktoru (hava üçün k   = 1.4), elektrik axını radiatoru üçün - UC2/2,   harada İlə   - tutum U - gərginlik. Kimyəvi partlayıcı maddələrin enerjisi ən çox kiloqul başına kilojoularda partlama istiliyi ilə təyin olunur. Təbii ki, mənbələrin müqayisəsi enerji bir vahiddən digərinə ötürülməyi nəzərdə tutur (kalorilərdən joule və s.).

Partlamanın nəzərdən keçirilməsi ilə əlaqədar olaraq, texnologiyaya tətbiq edilməyə başlanan impulsiya prosesinə, müəyyən bir dərəcədə qarşıya qoyaq. Partlayıcı yükün partlaması ilə enerji səviyyəsi qazanmalara xarici mühitdə işlərin genişlənməsinə səbəb olur. Dürtüdə mənbəyi əhatə edən ətraf mühitin mahiyyəti mənbədən daha yüksək təzyiqə malikdir və ayırıcı maneəni aradan qaldırarkən qaynağın içində sıçramaq mümkündür. Belə bir proses dalğa pozuntularına səbəb ola bilər. Dürtüün ən sadə nümunəsi havada sınıq olan bir elektrik ampulünün lampanıdır (boşaldılır). Orta mühitin təzyiqi nə qədər yüksək olsa, cavanlığın çökdüyü zaman daha çox enerji buraxıla bilər. Dərin quyularda, hətta kiçik boşluqlarda da əhəmiyyət kəsb edir. Hidrostatik təzyiqin təsiriylə aşırı genişləndirilmiş partlama məhsulları dağıldığı zaman sualtı partlayışında oxşar bir vəziyyət gözə dəyir. Seysmik olaraq, bu, rezervuarda çıxarılan bir partlamanın ikinci təsirini, kifayət qədər dərinliyi olan qeydə alınır.

Kimyəvi partlayış   - Yüksək sürətdə, istilik istehsalında və yüksək təzyiqə sıxılmış qazların formalaşmasında baş verən bir maddənin özünü təbliğ edən kimyəvi transformasiyası. Daşınma müəyyən bir maddə üçün sabit, maksimum sürətlə həyata keçirilmiş xüsusi bir partlayış haldır.

Birincisi, partlayış zamanı sərbəst buraxılan enerjiyi (istilik miqdarını) qiymətləndirmək lazımdır. Reaksiyalar iki növdür - istilik (ekzotermik) və absorbsiya (endotermik) ilə sərbəstdir. Moleküllərin formalaşması istiliyi - atomlardan birləşmələr (sonuncunun formalaşması istiliyi sıfır) - ya mənfi, həm də pozitiv (eləcə də elementlərdən formalaşması üçün əlavə enerji sərf etmək lazımdır) ola bilər. Partlayıcı maddələrdən istilik azadlığı, odur ki, yanacağın tərkib hissələri və oksidləşdirici maddəsi (oksigen) arasındakı reaksiyaya səbəb olur. Partlayıcı fərdi bir kimyəvi birləşmə olarsa, bunlar molekulda fərqli qruplar olacaq, qarışıq olduqda isə bunlar qarışığı meydana gətirən müxtəlif maddələrdir. Onların nisbəti maddənin oksigen balansını təyin edir. Oxygen partlayıcı maddəsinin yanma komponentini tamamilə oksidləşdirmək üçün kifayət deyilsə, balans mənfi olur. Pozitiv oksigen balansı olan maddələrdə partlayışda oksigenin bir hissəsi istifadəsiz qalır və məhsuldar şəkildə itirilir. Kompozit partlayıcı maddələrin xüsusiyyətləri müvafiq oksidantları və yanıcı maddələr seçməklə dəyişdirilə bilər.

Oksigen balansı oksidləşmə üçün lazım olan oksigenin və ya oksidləşmə zamanı qalan 100 g partlayıcı qüsurunun və ya çoxunun (qramda) olması kimi müəyyən edilir. Tetranitromet C (N02) 4 üçün +49, ammonium nitratın ΝH4NO3 - +20, trotil C7H5N3O6 - 74, hexogen (ŞH2N2) 3 - 21.6'a bərabərdir. Tanımaya əsasən maksimum mənfi oksigen balansı hidrogen üçün (-794), maksimum pozitiv oksigen üçün (+100).

Mənfi oksigen tarazlığı olan partlayıcı maddələrə bir nümunə trotildir, ümumi patlayıcıdır. Onun kimyəvi adı trinitrotoluen, tol, TNT adları tapılır. Struktur formulundan görüldüyü kimi, yanacaq elementləri - hidrogen və karbon atomları və oksidləşdirici maddələr - nitro qrupunun bir hissəsi olan NO2 olan oksijen, TNT molekulunda hələ bir-birinə bağlı deyildir:

Maddənin formuluna əsasən, reaksiyanın hansı istiqamətdə davam edəcəyini müəyyən edə bilərsiniz, bu halda hansı məhsullar yarana bilər. TNT üçün, partlayıcı ayrışmanın reaksiyası aşağıdakı kimidir:

Məhsulların tərkibi partlayış şərtlərinə və son vəziyyətinə (genişlənmə dərəcəsinə) asılıdır. Bir çox partlayıcı sistemi enerji maksimum sərbəstliyi ilə xarakterizə olan reaksiyaları ilk dəfə həyata keçirir. Beləliklə, CaH4McOd formasının formulu olan bir maddədə nisbətən az oksigen olmaması [ d< (2a + b / 2), ilk növbədə, hidrogen, ən faydalı olan oksigenlə reaksiya verər, çünki 255 kJ H2 formalaşması zamanı oksigenin vahidinə salınır və CO2 formalaşması zamanı (CO2 əmələ gəlməsi istiliyi 379 kJ / mol təşkil edir) 187 kJ /.

Partlayıcı maddələrin dəyişdirilməsinin istiliyinin hesablanması üçün yanaşma, mümkün reaksiya məhsulu olanların əmələ gəlməsi, maksimal termik təsiri təmin edən maksimum əməliyyat prinsipi adlanır. Müəyyən bir dərəcədə hesablama prosesi ideallaşdırır və pozitiv və ya az mənfi oksigen balanslı sistemlər üçün ən böyük dəqiqliyi verir. Əslində, partlama məhsullarının tərkibi (PT) adətən bu hesablamaya uyğun gəlmir. Sonuncu, partlayışdan sonra qarşılıqlı bir müddət davam edir və həm müsbət, həm də mənfi istilik təsirləri ilə reaksiyaların məhsulu arasında bir muvozanət yaranması ilə bağlıdır. Sonuncu nümunələr reaksiyalardır

Mənfi oksigen balanslı sistemlərin təqribən hesablamaları üçün maksimum həcm prinsipi əsasında Le Chatelier metodundan istifadə edə bilərsiniz və həcmlər eyni olduqda, böyük bir istilik sərbəstliyi ilə reaksiya prioritetə ​​malikdir. Metod, partlama məhsullarının son vəziyyətini təyin etmək üçün ən etibarlıdır. Həddindən artıq reaksiya karbondan oksidləşmədir. Əgər oksijen azaldılsa, CO və H2 əlavə oksidləşmələrinə eyni dərəcədə sərf olunur. Bu halda RDX-in ayrışmasının reaksiyası aşağıdakı kimi yazılır:

Partlayış məhsullarının tərkibinin daha dəqiq hesablanması reaksiyaların kinetikasını və şərtlərini nəzərə alaraq həyata keçirilir. Yüksək temperatur və təzyiqlərdə maddənin vəziyyətinə dair etibarlı məlumatların olmaması səbəbindən bu hesablamaların dəqiqliyi kifayət deyil. Partlayış məhsullarının istilik və tərkibi barədə məlumatlar da empirik olaraq əldə edilir, bunun üçün partlamanın xüsusi araşdırma üsulları hazırlanıb və uğurla istifadə olunur.

Qeyd edildiyi kimi, partlayış enerjisi partlayıcı maddələrin partlayıcı transformasiyasının istiliyi ilə xarakterizə olunur. Partlayışın prekursorların və məhsulların formalaşmasının istiliyini və Hess qanununu (istiliyin termik effekti transformasiya yolundan deyil, maddələrin ilkin və son vəziyyətindən asılı olmayaraq) bilməklə, istilik və partlamanın bir sıra parametrlərini hesablaya bilərik. Belə hesablamalar, qarışıq partlayıcı və barıt istifadə olunur və artan miqdarda istifadə edildiyi üçün geofiziki mühəndis təcrübəsində də baş verə bilər.

Idanit növünün ucuz partlayıcı ammonium nitratından maye yanacaq ilə ucuz bir partlayıcı qarışıq hesablamasını həyata keçirin. Hesablama rahatlığı üçün, istifadə olunan neft məhsullarının yerinə - maddələrin qarışığı olan günəş yağı və ya kerosin - benzol almaq (C6H6). Partlayıcı qarışığın tərkib hissəsi və oksigen tarazlığı ilə göstərildiyi halda düşünün. Bir benzen və ammonium nitratın qarışığının -10-un bir oksigen tarazlığına malik olmasını təmin edək, əksinə, 100 qramı tamamilə oksidləşdirmək üçün 10 g oksigen olmamalıdır. Əvvəla, biz vəzifəni yerinə yetirmək üçün qarışıqın tərkibinin nə olduğunu müəyyən edəcəyik.

Həllini asanlaşdırmaq üçün, təsəvvür edək ki, partlayıcılarımız, eyni olduğu kimi, iki hissədən ibarətdir - istənilən tarazlığı təmin edən məbləğdə alınan komponentlərdən biri (bu halda, yanacaq), tərkibində sıfır oksigen balansı maddəsi (bəzən də adlanır) stoikiometrik). Əgər belə bir qarışığı hesablanmış yanacaq miqdarına əlavə edərsə, ümumi ağırlığı 100 qata çatdırırıqsa, müəyyən bir oksigen balansı ilə bir kompozisiya əldə edəcəyik.

Hesablamaları mütəmadi olaraq həyata keçiririk.

Benzen molekulunun oksidləşməsində (onun molekulyar çəkisi 78)

15 oksigen atomuna ehtiyac duyacaq. Buna görə, benzin miqdarı xOksidləşmə 10 g oksigen tələb edirsə, biz "benzol - oksigen tələb olunur" nisbətindən əldə edirik:

Bu miqdarda əlavə (100 - x1) sıfır oksigen tarazlığının qarışığı, biz müəyyən tərkibdə bir qarışıq əldə edirik.

Komponentlərin tərkibinin hesablanmasına 96.75 g stokiyometrik qarışıqda baxaq. Oxidizatorda artıq oksigen təyin edin. Saltpeter oksigeni tərk edir və buraxır:

bundan əlavə, 80 g oksidləşdirici maddənin (ammonium nitrat 80 molekulyar ağırlığı) 16 g oksigen azad edəcək. Benzol və ammonium nitrat arasında sıfır oksigen balansı qarışığı içərisində reaksiya yazılır

Sonra nisbəti alırıq:

Buna görə 96.75 g qarışıqda 5.85 g benzol və 90.85 g ammonium nitrat olacaq. Beləliklə, müəyyən bir oksigen tarazlığı ilə qarışığın son tərkibi və maksimum əməliyyat prinsipi əsasında hesablanmış partlama məhsullarının tərkibi aşağıdakılardır:

Hesablamaya müraciət etmədən, partlayış məhsullarında pulsuz karbon tərkibini dərhal qeyd etmək olardı, çünki qarışığın mənfi oksigen tarazlığını müəyyən edəcək olması dəqiqdir. 12 g karbondan tam oksidləşmə 32 g oksigen tələb etməli olduğundan, 10 g oksigen karbondan g oksidləşə bilər, ya da bir karbon molekulunun bir hissəsini oksidləşdirə bilər. Bu mülahizələr, hesablamaların düzgünlüyünü yoxlamaq üçün istifadə etmək üçün yaxşıdır.

Belə bir qarışıq hazırlamaq çox sadədir: düzgün miqdarda nitrat benzol ilə qarışdırılmalıdır. Başlanğıc komponentləri olan və partlama məhsullarının tərkibini bilən sistemin partlamasının istiliyini hesablamaq asandır. Partlayışın başlanğıc komponentlərinin və məhsullarının formalaşmasının istilikləri müvafiq kataloqlarda tapılıb. Beləliklə, 1 mol benzol üçün (kJ / mol) -39.1, ammonium nitrat - +410.8, CO2 - +444.2, H2O - +271.7 təşkil edir.

Partlamanın istilik təsiri Qx problemi problemdə tənlikdən müəyyən edilə bilər

(4.29)

Bu qarışıqdan 374 kJ / 100 g, ya da 3740 kJ / kq olacaqdır.

Qaz halındakı məhsulların həcmi (litrlə) reaksiya tənliklərindən hesablana bilər ki, qazın miqdarı 22.4 (bir gram molekulun həcmi) ilə çarpılmalıdır. Təbii ki, bu maddənin vəziyyətini nəzərə almalıdır. Belə ki, karbon (normal atmosfer təzyiqində 3700 ° C-dən yuxarı sublimasiya temperaturu) qaz fazı verməyəcək, su, əlbəttə, buxar olacaqdır. Normal atmosfer şəraitlərinə istinad edilən partlama məhsullarının həcmi deyilir verilmiş həcmi.   Yuxarıda müzakirə olunan problemdə təxminən 800 l / kq olacaqdır.

Partlayış məhsullarının istilik və tərkibi məlum olduqda, onların temperaturu Tgünəş gündəmə bağlıdır Tup = = Q / Cvcr harada İləv cp, interval üçün partlama məhsullarının (sabit həcmdə) orta istilik həcmidir Τ 0–Τ pulsuzdur İstilik tutumu istilik funksiyası olduğunu qeyd etmək vacibdir.

Sonuncu hesablamaya bir sıra (texniki cəhətdən texniki) ağırlaşmalar təqdim edir, çünki asılılığın növü məlumdur. Bununla yanaşı, müxtəlif temperaturlarda qazların istilik miqdarı haqqında hazır olan məlumatlardan istifadə etmək daha asandır (Cədvəl 4.1).

Cədvəl 4.1

Bəzi qazların istilik tərkibinin (daxili enerjinin) dəyişməsi (kJ / mol)

İstilik nəzərə alaraq və partlama məhsullarının tərkibini bildiyiniz zaman onların istilik məzmununu tapa bilərsiniz və partlamanın istiliyi ilə müqayisə edə bilərsiniz. Müqayisə bir temperatur seçərkən edilən səhvin xarakterini müəyyənləşdirəcəkdir. Əməliyyatın təkrarlanması, lakin fərqli (düzəldilmiş) temperatur ilə, partlamanın temperaturu tapmaq üçün yanaşma metodundan istifadə edə bilərsiniz.

Qeyd etmək lazımdır ki, partlayış zamanı söndürülmüş enerji nisbətən azdır: ən güclü partlayıcılar 6500-6700 kJ / kq olan bir partlayış istiliyinə malikdir. 1 kiloqram TNT partlaması nəticəsində, havada 4000 kJ istilik yayılır və 1 kq dizel yanacağı - təxminən 44,000 kJ-yə yanar. Lakin 1 kq oksigenli dizel yanacağının qarışığının yanması yalnız 10.000 kJ, dizel yanacağı və havadan ibarət olan 1 kq - 2670 kJ-lik bir qarışıq olacaq. Bir neçə dəfə vurğulanmışdır ki, enerjinin sərbəst buraxılması ilə yanaşı, bir partlayış zamanı əldə olunan temperaturlarda qaz halında olan məhsulların meydana gəlməsi ilə təsvir olunur.

Termit reaksiya istiliyinə baxmayaraq

tNT-nin partlayıcı ayrışmasının istiliyindən təxminən 2,3 dəfə yüksəkdir, onun yanması sakitləşir; nəticədə çıxarılan məhsullar, hətta qızdırılan temperaturlarda da, maye qalır. Ancaq görünüş dəyişdikcə termitə nəmləmək üçün yalnız bir istilik var: istilik suyu buxara çevirir və yanma partlayıcı proseslərlə müşayiət olunur. Zərərlə işğal edilən həcmdə olan partlayıcı dərhal dərhal təzyiqli qazlara - sıxılmış məhsullara, sıxılmış enerjinin qazların genişləndirilməsi yolu ilə həyata keçirilməsinə imkan yaratdı.

Partlayıcı yaratdıqda təbii ki, yüz doqquz partlayışla, daha çox enerji çıxarılıb və sıxılmış qazlar meydana çıxır və enerjini doğru şəkildə həyata keçirə bilirlər. Bəzən bu tələblər çakışır. Beləliklə, partlayıcı parçalanma enerjisi, məsələn, alüminyum (A12O3 əmələ gətirən istilik 1599 kJ / mol) partlayıcı tərkibinə metalların daxil edilməsi ilə uyğun yanacaq seçilməsi yolu ilə artırıla bilər. Alüminium oksidləşmə məhsulları qatıdır. Bəzi partlayıcı qarışıqlara alüminiumdan əlavə (müəyyən həddi qədər) sonuncunun səmərəliliyini artırmaq olar. Portağal tərkibində metalların tərkib hissəsi olan partlayışlar artmışdır. Daha çox qeyd olunduğu kimi, partlamanın tərkib hissəsi yalnız partlayıcı maddədən deyil, partlamanın şərtlərindən asılıdır: başlanğıc metodu, yüklənmə və şüalanmanın ölçüsü və dizaynı, partlamanın baş verdiyi mühitin şərtləri. Başlanğıc məhsulları sabit qalırsa və partlama məhsullarının tərkibi dəyişirsə, partlamanın termik təsiri də dəyişəcək, buna görə partlayıcı maddələr üçün partlamanın müxtəlif dəyərləri onun həyata keçirildiyi şərtlərə uyğun olaraq verilir. Məsələn, masada. 4.2 zəif və güclü təşəbbüsçülər tərəfindən bir yük partlamasının həyəcanlandığı zaman (R. Schmidt görə) TNT partlayışının məhsulları (sıxlığı 1.52) göstərir.

Sürətli kimyəvi reaksiyanın baş verməsi səbəbi ilə bütün ittihamları keçmək üçün partlayıcı maddələrin transformasiyası üçün proses özünü təbliğ etməlidir. Bunu etmək üçün, kimyəvi reaksiya müvafiq kinetik xüsusiyyətlərə malik olmalıdır və enerjinin söndürülməsi qaçınılmaz itkiləri kompensasiya etməlidir. Reaksiya dərəcəsi, özünü yayma qabiliyyəti, ekzotermiklik, qazın formalaşması bir-birinə bağlıdır və partlayıcı prosesin bir-birinə və sərhədlərinə təsir göstərir.

Cədvəl 4.2

TNT partlayışının məhsullarının tərkibi

Nişanda. 4.3 sənayenin istifadə etdiyi bir sıra partlayıcı və tozların xüsusiyyətlərini göstərir.

Cədvəl 4.3

Bəzi partlayıcıların partlayıcı xüsusiyyətləri

Bir partlayışda partlayıcı enerji azaldaraq, az miqdarda bərk və ya maye partlayıcı maddə minlərlə dərəcə temperaturda qızdırılan böyük miqdarda qazlara çevrilir. Farklı tipli partlayıcı maddələr üçün, 1 kiloqrama yaxın partlayıcı başına 0,8-1 l-dən çox olmayan ilkin həcminə malik sərbəst qazların həcmi 300-1000 l və daha çox olan bir dəyərdir. Partlayıcı maddələrin isti qaz təsnifatı partlaması zamanı partlayış zamanı formalaşan, mexaniki iş istehsal edən genişlənməyə başlayır. Beləliklə, partlayıcı maddə partlamanın zamanı gizli kimyəvi enerjinin ehtiyatına malikdir. Lakin, yalnız partlayıcıların gizli enerjisi yox, məsələn, benzin, kömür, yanacaq və digər yanacaq maddələr. Yanan maddələrin bu enerjisi yanma zamanı sərbəst buraxıla bilər. Niyə məhv etmək və atmaq məqsədi ilə, məsələn, benzin yerinə, partlayıcı və barıt istifadə olunur? Bilindiyi kimi 1 kq benzin enerjisi 1 kq TNTdən 10 qat daha çox və dumansız piroksilin tozu olduğundan 12 qat daha çoxdur. Amma partlayıcı yük və böyük sürətlə barıtın yüklənməsi qazlara çevrilir və benzin və ya hər hansı bir yanacaq kifayət qədər hava və ya azad oksigen olmadan yandırıla bilməz. 1 kq benzinin yanması 15.5 kq havada olduğu üçün çox oksigen tələb edir. Buna görə yanacağın yanma (enerjisi) istilik onun qarışığının 1 kq üçün tamamilə yanması üçün lazım olan oksigenlə hesablanmalıdır. Bu hesablama ilə, benzinin bir oksigen qarışığının yanması və eyni miqdarda partlayıcı yükün partlamasının enerjisindəki fərq, bu halda benzin yanma zamanı söndürülmüş enerjinin miqdarı daha çoxdur: dumansız toz - 2860 kJ / kg, trotil - 4100 kJ / kq, oksigenlə benzinin bir qarışığı - 11,000 kJ / kq. Nəticədə, məhv və atma məqsədi ilə istifadənin əsas səbəbi olan partlayıcı və tozlarda olan enerji miqdarı deyil. Əsas səbəb enerji miqyasında deyil, çox sürətlə azad edilməsidir. Bir avtomobil motorunda 1 kiloqram benzinin yanması (mühərrik gücünə və yükə bağlı olaraq) 10-60 dəqiqəlik bir vəziyyətdə, bir saniyənin bir neçə mininci hissəsi üçün artilleriya silahının yükləmə kamerasında 1 kq toz yanar və 1 kiloqram TNT partlaması yalnız 30 Bir saniyənin yüzdə 40'ı. Partlayış zamanı enerji yanacaqların yanması zamanı on milyonlarla dəfə daha sürətlə yayılır. Bu partlamanın böyük gücünü izah edir. Bununla yanaşı, partlamanın gücünü bütün yükün detonasiya müddəti ilə deyil, partlamanın normal atmosfer təzyiq səviyyəsini aşdığına görə hesablamaq daha doğrudur, partlayıcı prosesin yüksək sürətlə çəkilməsi nəticəsində belə səviyyəyə nail olmaq bir neçə millisaniyədə baş verir. Bu vəziyyətdə, 1 kq TNT gücünün 1 MW-dən çox olduğu ifadə edilir. Ancaq həqiqi şəraitdə belə bir qüvvə, qısa müddətə, köçürülmüş ya da məhv ediləcək maddənin kütləsiz atəşi, ətraf mühitin isidilməsi, aşındırıcı və yayılması səbəbindən itkiləri, qalıcı istiliyə, partlayış məhsullarını son dərəcə genişləndirdikdən və qaçınılmaz kimyəvi zərərlərdən sonra. Nəticədə, faydalı mexaniki iş tez-tez 1-2% -dən artıq deyil və partlayıcıda olan enerjinin 8-9% -i möhkəm mühitdə partladığında. Lakin, partlayıcı maddələr və barıtlarda olan potensial enerjinin böyük miqdarda partlayışda natamam istifadəsinə baxmayaraq, onları əvəzsizləşdirir. Yüksək güc partlayıcılar üçün və tipik atış üçün istifadə edildikdə tipikdir. Böyük bir kalibrli artilleriya atışının toz yükünün gücü 10 MW-dir.

İlk xronoloji olaraq (XIX əsrin sonu) təsisçilər rəssam, Le Chatelier və Nusselt olan termal nəzəriyyədir. Bu nəzəriyyənin əsası kimyəvi reaksiya dərəcəsinin temperaturdan asılılığı ilə bağlı van't Gough fərziyyəsidir. Termal partlayış şəraiti istiliyin ətraf mühitə çıxarılması zamanı reaksiya enerjisi ilə əlaqədar istilik girdisinin üstünlüyü. Bu vəziyyətdə sistem istilik qazanır və bu da özünü isitmə və buna görə reaksiyanın özünü sürətləndirməsinə gətirib çıxarır.

Yanacaq oksidləşmə reaksiya sistemində baş verən hadisələr ən çox sistemin bir və ya digər qaynaq qaynağı ilə istiləşməsi ilə əlaqədardır. Yanacaq sistemi qızdırıldığında, yanacaq molekullarının və oksigenin enerjisi artır və müəyyən bir dəyərə çatdıqda onlar aktiv olurlar, yəni. yanacaq maddəsinin molekulları havadan oksigenlə asanlıqla birləşən nəticələrə əsasən, azad valensiyalı aktiv mərkəzlər (radikallar və atomlar) formalaşır. A.N. Bach və C. Engler 1898-ci ildə müstəqil olaraq oksidləşmə oksidləşmə nəzəriyyəsini təklif etdilər. Buna görə yanan bir sistem qızdırıldığı zaman, oksigen atomlar arasında bir əlaqəni pozaraq aktivləşdirilir və aktiv molekul, atomlara parçalanmadan və parçalanma olmadan yanan bir maddə olan bir tərkibə daxil olur növü olan peroksid birləşmələri: R1-OOR2 və ya ROO-OH.

Bununla belə, peroksid nəzəriyyəsi oksidləşmə prosesinin bəzi xarakterik xüsusiyyətlərini, məsələn, kəskin təsiri, bəzən çirklərin izah edici izlərini izah edə bilmir.

Kimyəvi reaksiya dərəcəsi, m / s, Arrhenius qanunu əsasında aşağıdakı tənlik ilə ifadə edilə bilər:

, (1.12)

reaksiyanın dərəcəsi sabitdir (reagentlərin konsentrasiyalarında kimyəvi reaksiyanın dərəcəsi birliyə düşmüşdür);

Reaktiflərin konsentrasiyası, mol / m 3;

Stokiometrik reaksiyalar tənlikində ilkin reaktiflərin konsentrasiyalarının nisbəti ilə müəyyən edilən stokiometrik əmsallar;

Təbii logarithmların əsasları;

Universal qaz sabitliyi = 8.3 J / (mol ∙ K);

  - temperatur, K.

Özünü tutuşma termal nəzəriyyəsi (həmçinin termal partlamanın nəzəriyyəsi) ekotermik oksidləşmə zamanı istilik yaranma dərəcələrini və onu ehtiva edən damarın divarına reaksiya verən qarışıqdan istilik çıxarılmasına nisbətlə müqayisə edilir. Öz atəşkəsinin vəziyyəti bu sürətlərin bərabərliyi ilə müəyyən edilir. Bu bərabərliyin əldə edildiyi gəminin divarlarının temperaturu avtomatik tənzimləmə temperaturu adlanır. Bu temperaturdan başlayaraq (hər bir halda xüsusi şərait üçün xarakterik olan - gəminin ölçüsü və forması, qazın termofiziki xüsusiyyətləri) özünü isitmə baş verir və bu, özünü alovlandırmaya səbəb ola bilər.

Yuxarıda qeyd olunanları nəzərə alaraq reaktiv mühitdə özünü isitmək üçün yaza bilərsiniz:

sabit həcmdə istilik potensialının olduğu yer J / K;

Qazın sıxlığı, kq / m 3;

Qaz temperaturu, K;

Vaxt, s;

Reaksiya istilik təsiri, W;

Reaksiya dərəcəsi, m / s;

Reaksiya qabının səthi, m 2;

Reaksiya qabının həcmi, m 3;

İstilik ötürmə əmsalı, W / (m 2 × K);

Damar divarının temperaturu, K.

DA Frank-Kamenetski, kifayət qədər istilik dərəcəsi olan bir jet gəmisində sabit temperaturun yayılmasının pozulmasına əsaslanan termal atəş üçün bir meyar təklif etdi:

, (1.14)

gəminin xarakterik ölçüsü olduğu yer, m;

Preeksponent amil;

Qaz qarışığının istilik keçiriciliyi, W / (m × K);

3.3 ölçüsüz bir meyar; Sferik, paralel və silindrik qablar üçün sırasıyla 0.88 və 2.

D.A. Frank-Kamenetskinin meyarı aşağıdakı kimi başa düşülməlidir: əgər müəyyənləşdirilən bütün parametrlərin əvəzlənməsi zamanı biz bir dəyər alırıqsa, sonra alovlanma meydana gəldikdə heç bir alovlanma olmayacaqdır. Miqyasın tənliyi ilə reaksiya istiliyi və reaksiya aparan gəminin yarıçapı bir partlamanın vacib faktorudır. Termal partlamanın parlaq olduğu ifadə edilərkən, daha yaxşı bərabərsizliklər yerinə yetirilir:

Əgər bu qeyri-bərabərsizliklər zəifdirsə, istilik partlayışı azalır - temperaturun artması ilə bərabər, orijinal maddənin tez tükənməsi mövcuddur, bu da partlayış şəklini yağdırır.

Yanma baş verməsi ən çox yanma sisteminin bir və ya digər qaynaq qaynağı ilə isitmə ilə əlaqələndirilir. Akademik N.N. Semenov, oksidləşmə prosesinə istilik sərbəstliyi yoldaşlıq edir və müəyyən şərtlər altında sürətlənə bilər. Oksidləşmə reaksiyasının özünə sürətlə yanma prosesinə keçməsi ilə bu proses öz-özünə atəşdir.

Termal özünü atəş etməsi vəziyyətində, istilik axıdma dərəcəsinin istilik qazı dərəcəsi üzərində olması səbəbindən meydana gəlir.

Yanan qaz və ya hava ilə yanan bir mayenin buxarları, məsələn, bir həcmli bir qabda yerləşdirilən termal atəş prosesini nəzərdən keçirin. Gəminin artan temperaturu və yanacaq qarışığı ilə reaksiya dərəcəsi və istilik artacaq. İstilik sərbəstliyinin temperaturdan, J / s temperaturundan asılılığı aşağıdakı kimidir:

, (1.15)

qazın yanması, J;

Yanacaq qarışığının həcmi, m 3;

Reaksiya dərəcəsi sabit;

Reaktivin konsentrasiyası, kg / m3;

Reaksiya əmri;

Aktivləşdirmə enerjisi, j / mol;

Universal qaz sabitliyi J / (mol · K);

Qarışığın temperaturu, K.

Sərbəst istilik yanacaq qarışığına köçürülür və qızdırır. Qarışığın temperaturu damar divarlarının temperaturu aşdıqdan sonra damar divarları vasitəsilə istilik çıxarılması qarışıq və damar duvarları arasındakı temperatur fərqinə mütənasib olaraq birləşmə vaxtından başlayacaq və əlaqələrlə müəyyən edilir:

, (1.16)

burada - gəmi divarları içərisində istilik çıxarma dərəcəsi, j / s;

İstilik ötürmə əmsalı, J / (K · m 2 × s);

Gəminin divarları səthi, m 2;

Qarışıqın temperaturu, K;

Gəminin divarlarının temperaturu, K

Şəkil 1.5 - istilik nəslinin müxtəlif təzyiqlərdə temperaturdan asılılığı

Şəkil 1.5-də 2, 3 və 4-cü illərdə temperaturun müxtəlif təzyiqlərdə və eyni qarışıq tərkibində temperaturdan asılılığı göstərilir. Daimi damar və orta temperaturlarda və qarışıq tərkib tərkibində yanma zonasından çıxarılan istilik miqdarı düz xətt ilə xarakterizə olunur. Qarışıq tərkibi dəyişdikdə istilik itkisi və düz xəttin yamacları dəyişəcək. Təzyiq nə qədər yüksək olsa, reaksiya zamanı daha çox istilik yaranır (əyri 4). Eğrinin 2 ile belirlenen koşullar altında, kendiliğinden ateşleme gerçekleşemez çünkü ısı kaybı (düz çizgi 1) bu basınçta ısı üreteninden daha yüksektir. Düz bir xətt ilə əyri 3 nöqtəsi, verilən şəraitdə verilmiş bir yanacaq sisteminin ən az avtomatik atəş temperaturu olan sərbəst buraxılan və çıxarılan istilik arasındakı bərabərliyə bərabərdir. Çöldən kiçik bir enerji qaynağı ilə özünü alovlandırmaq mümkündür. Curve 4, özünü alovlandırmanın qaçılmaz olduğu şərtləri təsvir edir, çünki istilik daha çox çıxarılıb çıxarılır.

Verilən sxemi təhlil edən N.N. Semyonov asılılığı qurdu:

, (1.17)

minimum atışma təzyiqi olduğu yer Pa;

Kendiliğinden tutuşma minimum temperaturu, K;

Reaksiya əmri;

Qarışığın tərkibinə və digər xüsusiyyətlərinə görə sabitdir.

Bu tənliyi (1.17) əsas götürərək, bu xüsusi şərtlərdə yanma qarışığının özünü alovlandırmanın mümkün olduğunu əvvəlcədən nəzəri olaraq müəyyən edə bilərik. Minimum təzyiq və avtomatik tənzimləmə temperaturu arasındakı əlaqələr çoxsaylı eksperimentlər ilə təsdiq edilmiş və yanma proseslərinin öyrənilməsində qiymətli olmuşdur.

Yanacaq nəzəriyyəsi zənciri

1928-ci ildən əvvəl N.N.Semenov iki növ partlayışların - zəncirvari və termal kimyəvi sistemlərdə mövcudluğunun mümkünlüyü barədə düşüncəni irəli sürdü.

Zəncir reaksiyaları, azad vallarda olan ara birləşmələrin, prosesin sonrakı sürətlə hərəkət edən mərhələlərinin mikrobları olan aktiv mərkəzlərin formalaşdığı bir sıra mərhələlərdən keçənlərdir (bir sıra aralıq reaksiyalar vasitəsilə).

Bir zəncirvari reaksiya anlayışı ilk dəfə 1913-cü ildə ortaya çıxdı. Bir Alman fiziki kimyaçısı M. Bodenstein, xlor ilə hidrogenin bir qarışığı işıqlandırıldığı zaman, bir kvant enerjisini absorbe edən xlor molekulunun atomlara ayrıldığını gördükdə ortaya çıxdı:

.

Xlor atomları hidrogenlə dərhal reaksiya verir və qarışıqın partlaması ilə nəticələnir. Bir molekulu xlorun aktivləşdirilməsi iki molekülün meydana gəlməsinə səbəb olardı:

.

Bununla belə, eksperimentlər göstərir ki, bu, 100 min hidrogen klorid molekulunu istehsal edir. Xlorun hidrogen ilə qarşılıqlı təsirinin ikincil reaksiyalara daxil olduqda yenidən canlandırıldığı və reaksiya davam edə biləcəyi bir məhsul istehsal etdiyi varsayılıb. Bu fərziyyə aşağıdakı reaksiyaya uyğun gəlir:

Birincil reaksiyalar

IV açıq dövrə

Bu sxemə görə, bir xlor molekulunun (I) aktivasiyası zəncirvari reaksiyanın iki aktiv mərkəzi - iki xlor atomunun meydana gəlməsinə səbəb olur. Xlor atomlarının hər biri özünün zəncirvari reaksiyasına səbəb olur, burada aktiv mərkəzin davamlı bərpa olunduğu (II, III). Beləliklə, başlanğıc reaksiyasının (I) təsiri altında zəncir meydana gətirən ardıcıl reaksiyalar olur (II, III, və s.). Zəncir başlanğıcından qırılma əvvəli bu cür reaksiyaların sayı zəncir uzunluğu adlanır. Bir zəncir xlor (IV) atomları və ya hidrogen (V) atomlarının toqquşması və onlardan molekulların meydana gəlməsində, ya da aktiv mərkəzlərin bir bərk səthlə toqquşması zamanı poza bilər. Bu tipik bir dallanma zənciri reaksiyasıdır. Burada hər bir aktiv mərkəz yalnız bir yeni fəaliyyət mərkəzinin meydana gəlməsinə səbəb olur, buna görə reaksiya davam edə bilər, amma sürətləndirilmir.

Dalğalanma zənciri reaksiyasında hər bir aktiv mərkəz iki və ya daha yeni fəal mərkəzlərin yaranmasına səbəb olur.

Zəncirvari reaksiyalar nəzəriyyəsinə görə oksidləşmə prosesi yanacaq maddəsinin aktivləşməsi ilə başlanır.

Təcrübə göstərir ki, izoterm izotermik şəraitdə, yəni, alovlanma baş verə bilər. reaksiya mühitinin temperaturu yüksəlmədən (qarışıqın "soyuq" atəşi). Bu vəziyyətdə onlar bir zəncir (izometrik) partlayışdan danışırlar.

İki ilkin komponent: yeni, daha sabit yanma məhsulları ilə əlaqələndirilməzdən əvvəl, nisbətən sabit molekulyar vəziyyətdə olan yanacaq və oksidan, qeyri-sabit məhsulların meydana gəlməsinə gətirib çıxaran kompleks ara dəyişikliklərin bütün zəncirindən keçinir: atomlar, radikallar, həddindən artıq molekullar nisbətən böyük ionlaşma dərəcəsi (formaldehid, hidrokarbon və hidroklorür radikalları, atomik oksigen və hidrogen).

Kondratyevu V.N. Müxtəlif karbohidrogenlərin alovunda atomik oksigen (O), hidroksid turşusu radikali (OH), hidrokarbon radikalları (CH 3), karbon monoksit, formaldehid (CH2O) və digərlərinin yüksək konsentrasiyalarını aşkar etmək olardı. Bu maddələrin alovda konsentrasiyaları minlərlə idi son reaksiya məhsullarının alov temperaturunda, məsələn, H 2 O → H + OH kimi istilik ayrışması zamanı onların balans konsentrasiyalarından milyonlarla dəfə çoxdur.

Bu müşahidələrin nəticələrinə əsasən, nəzərdən keçirilmiş olan atomlar və radikalların məhsulların yekun parçalanmasından asılı olmayaraq reaksiyaya girdikdə göründüyü, lakin reaksiyanın ara məhsulları olduğu nəticəsinə gətirib çıxardı.

Beləliklə, atəş zəncirinin mexanizmi bir maddənin başqa birinə kimyəvi dəyişikliklər zəncirinə əsaslanır, nəticəsi kimyəvi maddələrdən çox qeyri-sabit məhsulların müəyyən ara mərhələlərində formalaşmasıdır ki, bu da bir-biri ilə asanlıqla reaksiya verən və başlanğıc maddələrin molekullarını meydana gətirən aktiv mərkəzlərdir Yeni aktiv mərkəzlər və son məhsullar, məsələn, H 2 O və CO 2 metan-hava qarışığı üçün.

Radikal və atomların yüksək reaktivliyi atom reaksiyaların aktivizasiya enerjisinə yaxın olan reaksiyaların aşağı aktivasiya enerjisi ilə izah olunur:

OH + H2 = H 2 O + H - 25 kJ / mol

СН 3 + С 3 Н 6 - 12,5 kJ / mol

CH3 + C6H6 - 23.5 kJ / mol

H 2 O → H + OH

Alınan aktiv hissəciklərdən hər hansı biri (H və ya OH) olduqca qeyri-sabit və bu səbəbdən kimyəvi cəhətdən aktivdir, orijinal maddənin molekulası ilə toqquşub, parçalanır və yeni aktiv hissəciklər meydana gətirir:

H + O2 = OH + O

OH + H 2 = H 2 O + H

H və HE aktiv hissəciklərinin reaksiyasının meydana çıxan hissəcikləri təkrar reaksiyalara daxil olur və O hissəcikləri hidrogen ilə qarşılıqlı əlaqə yaradır:

O + H2 = OH + H.

Yəni, aktiv hissəciklər və başlanğıc maddələrinin molekulları arasında reaksiya nəticəsində yalnız son məhsullar deyil, yeni aktiv partiküllər də yaranır. Reaksiya nəticəsində yaranan aktiv hissəciklər başlanğıc materiallarının tam istifadəsindən əvvəl baş verəcək kimyəvi dəyişmənin yeni mərhələlərinə səbəb olur.

Belə təkrarlanan kimyəvi reaksiyalar zəncirvari reaksiyalar adlanır və yeni zəncirlər meydana gətirən aktiv hissəciklər aktiv mərkəzlərdir.

Hidrogen yanmasının yuxarıdakı zəncir prosesi diaqram şəklində göstərilə bilər (Şəkil 1.6).

Şəkil 1.6 - Hidrogen zəncirinin diaqramı

Şəffaflıqdan yalnız aktiv mərkəzlər olan hidrogen (H) hissəciklərinin yeni transformasiya zəncirlərini meydana gətirdiklərini görünə bilər. Eyni zamanda, zəncir prosesinin hər bir nöqtəsində, aktiv mərkəz H və O 2 oksigen molekulları arasında reaksiya nəticəsində, H 2 O son məhsuluna əlavə olaraq, yeni transformasiya zəncirlərinə səbəb olan 3 yeni aktiv mərkəzlər meydana gəlmişdir.

Aktiv mərkəzlərin artması ilə baş verən belə bir zəncirvari reaksiya dallı adlanır. Reaksiya çöküntü kimi inkişaf edir və adi molekulyar reaksiyaların sürətini aşan çox yüksək dərəcələrdə davam edir.

Qeyri-dallanma zənciri ilə tipik bir reaksiya xlorun hidrogenlə qarşılıqlı təsiridir. Bu reaksiyanın aktiv mərkəzləri xlor və hidrogen atomlarını dəyişir. Xlor atomu reaksiya göstərdikdə, bir hidrogen atomu bir hidrogen atomu reaksiya göstərdikdə, bir xlor atomu meydana gəldiyi zaman bir hidrogen atomu meydana gəlir. Buna görə reaksiya davam edə bilər, amma sürətləndirilmir.

Xlorun hidrogen ilə fotokimyəvi reaksiyasının hələ də bir partlayışda (özünü atəşə tutma) sona çatdığına dair tanınmış bir faktdır ki, kifayət qədər yüksək zəncirvari reaksiya dərəcəsində, istilik sıxması sızanaqdan artıqdır, bunun nəticəsində qarışıq çox isti olur və termal öz atəş üçün lazım olan şərait yaranır.

Karbohidrogenlərə tipik olan bir dallı zəncirvari reaksiya meydana gəldikdə, aktiv mərkəzlərin konsentrasiyası, ilkin başlanğıc şərtlərindən asılı olmayaraq artırıla bilər, və dallanma zamanı aktiv mərkəzlərin formalaşma dərəcəsi zəncir parçalanma dərəcəsini aşarsa, özünü sürətləndirən uçqun kimi bir proses meydana çıxır və bu da alovlanma ilə nəticələnir.

Zəncirvari reaksiyalar nəzəriyyəsi bizə yanma proseslərinin bir çox xüsusiyyətlərini (çirkləri güclü təsiri, təzyiqlə kataliz və təzyiqin maneə törətməsi və s.) Avtomatik olaraq izah etməyə imkan verdi ki, bu da istilik nəzəriyyəsi ilə izah edilə bilməz. Həqiqi yanğınların və partlamaların meydana gəlməsi və inkişaf mexanizmi birləşmiş zəncirvari termal proses ilə xarakterizə olunur. Bir zəncir yolundan başlayaraq, oksidləşmə reaksiyası onun ekzotermikliyinə görə termal yolla sürətlənməyə davam edir. Buna görə də, nəticədə, yanma prosesinin və inkişafının kritik (məhdudlaşdıran) şərtləri ətraf mühitlə reaktiv sistemin istilik və istilik mübadiləsi şəraitləri ilə müəyyənləşdiriləcəkdir.

Bir çox kimyəvi proses kimyəvi zəncir reaksiyalarına əsaslanır. Belə proseslər, məsələn, sintetik kauçukların, plastiklərin, polimer liflərin və bir çox başqa məhsulların istehsalının əsasını təşkil edən polimerləşmə proseslərini əhatə edir. Onlar həmçinin sintetik yağ turşularının istehsalı kimi vacib sənaye proseslərini, əvvəllər istifadə olunan yeyinti yağların təmizləyici yağların istehsalında əvəz edilməsi, çatlamanın - yüksək keyfiyyətli yanacaqların neftdən əldə edilməsi prosesinə və s.

Yanan   - Yüksək miqdarda istilik və parlaq parıltı (alov) sərbəst buraxılması ilə müşayiət olunan oksidləşdirici maddə ilə yanan maddələrin sürətlə axan kimyəvi müdaxiləsi. Yanma yalnız üç amil olduğunda mümkündür: yanma maddəsi, bir oksidləşdirici maddə, istilik mənbəyi.

İstilik qaynağı   (yanğın) sürtünmə (kəmər ötürülməsində kəmərlər), təsir, təzyiq nəticəsində qızdırılan açıq alov, qığılcım, istilik ola bilər. İstilik mənbəyi də elektrik enerjisi (iletkenlərin yayılması, yay), günəşin kimyəvi və parlaq enerjisi ola bilər.

Oksidləşən maddələr   xlor, florin, bromdur. Ən ümumi oksidləşdirici agent hava oksigenidir, yanma prosesi havadakı tərkibindən asılı olacaq. Havada oksigen 14-16% -dən çox olarsa, davamlı yanma müşahidə olunur. Oxygen miqdarı 14% -dən az olduqda, smoldering müşahidə olunur və məzmunu 8-10% -dən az olduqda, hamarlayıcı da dayanmır.

Yanacaq maddəsi. Onlar qazlar (ammonyak, asetilen, hidrogen), mayelər (benzin, aseton, spirt), bərk (kömür, ağac) ola bilər. Möhkəm və ya maye alovlanmaq üçün istilik qaynağı ilə bir temperatura qədər qızdırmaq lazımdır, belə ki, onların səthlərindən yanan buxarların sıx bir buraxılması baş verir. Müəyyən bir konsentrə çatdıqda bu buxarlar yandırılır. Yanma prosesində qazlar birləşmənin vəziyyətini dəyişmir.

Aşağıdakı yanma növləri mövcuddur: 1) flaş; 2) alovlanma; 3) özünü tutma; 4) spontan yanma; 5) qarışdırmaq; 6) partlayış.

1. Flash   hava oksigeninin qarışıqlarının sıxılmış qazların meydana gəlməsi ilə müşayiət edilməyən buxar, qazlar, toz ilə ani yanma adlanır. Flaş nöqtəsi yanacaq maddəsinin ən aşağı temperaturudır ki, burada buxar və ya qazlar səthinin üstündə formalaşır, alovlanma qaynağından yanıp söndürə bilir, ancaq davamlı yanma üçün onların formalaşma dərəcəsi kifayət deyil.

Bu temperaturun böyüklüyündən asılı olaraq, Yandırıcı mayelər aşağıdakılardır:

a) yanıcı (yanıcı mayelər - benzin, aseton, spirt) - tf ≤ + 45 ° C;

b) yanıcı mayelər (GZh - yağlar, dizel yanacağı, yanacaq yağı) - t vec\u003e + 45 ° C

2. Atəşmə   bir istilik qaynağından maddənin davamlı olaraq yanmasına çağırdı. Yanan bir maddənin minimum temperatur bir atəş mənbəyindən alovlandığı və çıxarıldıqdan sonra yandırılmasına davam edən atəş temperaturu adlanır. Flaş nöqtədən daha yüksəkdir.

Atəş və partlamanın mümkün olduğu havada yanıcı maddələrin konsentrasiyaları müəyyən dərəcədədir: aşağı - CWP və yuxarı ERW. Yanacağın qarışıqlarının iltihabı bir CEL-dən (qarışıqda yetərincə yanan molekullar) və daha yüksək ERW (qarışıqda kifayət qədər oksigen molekulları deyil) daha aşağı konsentrasiyalarda mümkün deyildir. ERW və CWP arasındakı fərq nə qədər çox olsa, maddə daha təhlükəlidir. Bu parametrlərin dəyərləri, məsələn, toz-hava qarışığının (PLN) nəm miqdarının artması ilə, məsələn, şəkər, un, kömür tozu ilə bir hava qarışığı azalda bilər.

NVP və SVV dəyərlərinin bir sıra qaz və buxarların buxarlarına nümunələri verək:

Asetilen 3.5-82%;

Təbii qaz 3.8-19.2%;

Benzindən 1-6%;

Karbonmonoksit 12.8-75%.

3.Özünü alovlandırmaq- atəş temperaturu ilə birbaşa əlaqə olmadan, xarici qaynaqlardan (alov, qızdırılan və ya qızdırılan orqan) maddələrin tutuşma prosesi. Bu temperatur artan təzyiqlə azalacaq və ən çox yanan qazlar üçün 400-700 ° C, ağac üçün isə 340-400 ° C; kömür - 400-500 ° C. Özünü tutma nümunəsi: açıq alov yaxınlığında və ya isti obyektlərdə (kömür, qızdırıcının açıq spiral) yaxınlığında yerləşən odun, kağızın istiləşməsi və sonra atəşləməsi.

4. Spontan yanma   maddələr maddədə (maddi) özünü meydana gətirən fiziki, kimyəvi və bioloji reaksiyalar nəticəsində meydana gəlir və bir qaynaq mənbəyi olmadıqda yanmağa gətirib çıxarır.

Bu materiallar içərisində həddindən artıq həcmdə taxıl, çörək, saman və qeyri-kafi havalandırma saxlanıldıqda, biyokimyəvi proseslər (çürümüş) istilik sızması ilə baş verir. Bu materialların temperaturu artdıqca, onların böyük kütləsi (köpüklər, yığınlar) çıxarılan istiliyi ətrafa buraxmır və yanğın səbəb olur. Belə materiallar saxlanmadan əvvəl yaxşı qurudulmalıdır. Yağlı ləkələri olan və havalandırma olmadan yığın halında yığılmış toxuma əlaqəli (kombinezonlar, təmizləyici material) da öz-özünə yanacaq. Buna görə də, iş paltarları havadan sərbəst çıxış təmin etmək üçün asılı olmalıdır və neft iş sahələrindən dərhal çıxarılmalıdır.

Reaksiya dərəcəsindən asılı olaraq, yanma prosesi olaraq davam edir korrupsiya   (bir neçə santimetr / s tezliklə sürətlə) yanan   (bir neçə m / s) və partlayış   (bir neçə yüz min m / s).

5. Partlayış- yüksək temperatur, təzyiq, kimyəvi reagentlərin təsiri altında bir maddənin fiziki və kimyəvi vəziyyətində ani bir dəyişiklik. Partlayış nəticəsində yaranmış qaz və buxarların həcmi kəskin şəkildə artır, şok dalğa şəklində mexaniki işləməyə qadir olan (binaları, strukturları yox etmək, insanları yaralamaq üçün) böyük bir enerji buraxır.

Materialların yandırılması tam və ya tamamlanmamış ola bilər. Tamamilə yanma zamanı (çox oksigen) yanmaz məhsullar (CO 2 və H 2 O) meydana gəlir, natamam yanma halında (O 2 olmaması) tam olmayan oksidləşmə məhsulları (CO, spirtlər, turşular) meydana gəlir. Onlar zəhərli və partlayıcıdır. Buna görə yanan yanacaq prosesini (qazanlar, sobalar) təşkil edərkən fırında kifayət qədər miqdarda oksigen təmin etmək lazımdır.

1. Yanma nəzəriyyəsinin əsas anlayışları.

1. Yanma proseslərinin xüsusiyyətləri.

Yanma kimyəvi transformasiya zamanı kompleks fizikokimyəvi prosesdir

enerji azadlığının (əsasən istilik və radiasiya şəklində)

ətraf mühitlə istilik və kütləvi ötürmə.

Yanma prosesinin əsası bir ilə davam edə biləcək bir kimyəvi reaksiyadır

sürətləndirmək. Özünü sürətləndirməyə səbəb ola bilər:

1. Sistemdə istilik yığımı - istilik sürətləndirilməsi

2. Aktiv hissəciklərin birləşməsi - zəncirinin özünü sürətləndirməsi

3. Autocatalysis, reaksiyanın məhsulu ilə sürətlənməsidir.

Bir çox hallarda, demək olar ki, vacib yanma prosesləri təkcə fiziki cəhətdən itaət edir

yüksək temperaturda kimyəvi dəyişikliyin yüksək sürətlə davam edə biləcəyi və kimyəvi prosesin istilik və diffuziya kimi tamamilə fiziki qanunlara tabe olması və onlar tərəfindən tənzimlənməsidir. Bu, yüksək dərəcədə davam edə biləcək kimyəvi reaksiya deməkdir

məhdud sürətə malikdir və bir və ya birinin qanunlarına tabe olur

zik fenomeni.

Yanma proseslərinin əsas xüsusiyyətlərindən biri özünü sürətləndirmək şərtidir

özü yaratdığı kimyəvi reaksiya. Kibernetika, bu fenomen müsbət geribildirim, yəni xarici şəraitdə kiçik bir dəyişiklik ilə, stasionar reaksiya rejimindən aşağı sürətdə rejimə keçmək mümkündür,

reaksiya dərəcəsi dözərək artır. Xarici şəraitdə kiçik bir dəyişiklik ilə reaksiya rejimində kəskin dəyişikliyin bu cür hadisələri adlanır

var kritik hadisələrvə onların müşahidə olunduğu şərait çağırılır

kritik şərtlər.

Kritik hadisələrə aşağıdakılar daxildir:

1. Özünü alovlandırmaq

2. Atəşmə

3. Alev yayılımının konsentrasiya hüdudları.

Tənqid olunan hadisələr təbiət qanunları ciddi şəkildə dəyişdirilməməsi ilə deyil, baş vermir

reaksiya sistemi ilə ətraf mühit arasındakı balansın bir nəticəsidir

mühit.

Özünü alovlandırmanın şərti istilik və ya diffuziyanın bərabərsizliyidir

ətraf mühit şəraitində atəşkəs vəziyyəti verilən başlanğıc şəraitində bir tarazlıqdır.

Yanma proseslərinin ikinci xüsusiyyəti yayılma qabiliyyətidir

kosmosda. Yanma istilik rejimində yayılma istilik köçürmələri, zəncir və ya autokatalitik halda - aktif hissəciklərin yayılması vasitəsilə baş verir.

2. Yanma növləri və növləri.

1. İştirakçıların ümumi vəziyyətinə görə:

a. Yanma qaz sistemləri - birbaşa yanma

b. Bərk və maye yanacaqların yandırılması (bərk-maye-sistem və bərk qaz sistemləri) - heterogen yanma

c. Kondensasiya olunmuş sistemlərin yanması (bərk-maye sistemləri,

maye - maye, bərk - maye).

2. Prosesin yayılmasının sürətinə görə:

a. Deflagration yanması - prosesin yavaş təbliği (istilik keçirilməsi və diffuziya ilə)

b. Patlama yanması - prosesin tez yayılması (ilə

şok dalğanın gücü).

3. Aerodinamik şərtlərlə:

a. Laminar yanma hamar alov cəbhəsidir.

b. Turbulent yanma yüksək əyarlı alov cəbhəsidir.

İştirakçıların ümumi vəziyyətinə müxtəlif yanma nümunələri nümunələri:

Homogen yanma:

Oxygendə üzvi yanma

CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (buxar)

Digər oksidləşdirici qazların iştirakı ilə yanma

H2 (g) + Cl2 (g) = 2HCl (g)

Stabil olmayan maddələrin (ozon) parçalanması

2O3 (g) = 3O2 (g)

Heterojen yanma:

Maye hidrazin yanması:

N2 H4 (g) + O2 (g) = N2 (g) + 2H2O (buxar)

Karbon yanması:

C (TV) + O2 (g) = CO2 (g.)

Stabil olmayan maddələrin parçalanması (asetilen)

C2 H2 (g) = 2C (s) + H2 (g)

Yanma sistemlərinin yanması:

KClO3 (sv) + Al (sv) = KCl (sv) + Al2O3 (sv) 2NH4 NO3 (sv) = 2N2 (g) + 4H2O (buxar) + O2 (g)

3. Yanma proseslərinin termodinamikası. İstilik balansı.

Yanma temperaturu: Yanma proseslərini dörd temperaturla xarakterizə etmək adi haldır

peruraty yanan

t 0 273K başlanğıc temperatur ilə istilik mübadiləsi nəzərə alınmadan qarışıq

mühit.

3. Adiabatic Tg ad - ətraf mühitlə istilik mübadiləsini nəzərə almadan özbaşına tərkib hissəsi qarışığının yanma istiliyi ilə müəyyən edilir.

4. Həqiqi Tg hərəkatı, həqiqətən müşahidə edilən (ölçülmüş) temperaturdur

Yanan temperaturun müxtəlif tərifləri arasındakı nisbət

Yanma proseslərinin istilik tarazlığı, əmilən istiliyin müəyyənləşdirilməsinə əsaslanır

yanan məhsullar. İstilik balansı tənliyi aşağıdakı forma malikdir:

burada Q PG yanma məhsulları tərəfindən əmələ gələn istilikdir, Q p kimyəvi reaksiya istiliyidir,

Q ex xarici qaynaqlardan alınan istilik, q təri istilik itkisidir.

yanan. Yanma məhsullarının təxminən 20-20 ° C-dən yüksək temperaturda əhəmiyyətli dərəcədə qatqı təmin edir.

Yüksək və aşağı kalorili dəyər var. Birinci halda, yanma məhsulu kimi su, ikinci vəziyyətdə, buxar şəklində maye formasında alınır. Sənin sayından

bölünən istilik yandırılmış maddənin məbləğindən asılıdır, molar temperatur

sal və istilik xüsusi istilik. Yəni Yanma zamanı sərbəst istilik 1

yaxud yanacaq materialının kiloqramı.

Yanma xüsusi istilik (kJ / kq) hesablamaq üçün, D.I. formula tez-tez istifadə olunur.

Mendeleev

burada X - yanacaq tərkibində olan elementin tərkib hissəsi% (kütləvi), W - rütubət.

Reaksiyanın istiliyini hesablamaq üçün ümumi yanaşma kimyəvi termodinamikə əsaslanır

sistem tərəfindən həyata keçirilir. Sonra termodinamiğin ilk qanundan (Enerji qorunması Qanunu

izobar prosesində p = const, inteqrasiya (1.7) və sadə dəyişikliklər verir

(1.8) və (1.10) -dan izoçorik və izobar proseslərində istilik dövlət funksiyasının xüsusiyyətlərini əldə edir, yəni, prosesin yolundan asılı deyil. Bu müddəa çağırılır gI qanunu Hess. Kimyəvi maddələrin ilkin və son vəziyyəti

səhmlər başlayan maddələr və reaksiya məhsullarıdır. Sadə maddələrin enthalpiyaları,

standart şəraitdə stabil (298K və 0.10113 MPa) sıfır olduğu varsayılır. Mürəkkəb maddələr üçün entalpiyət dəyişikliyi elementlərdən meydana gəldikdə nəzərə alınır.

ekzotermik (istilik yaradır).

4. İstilik qabiliyyəti. Reaksiyonun istilik təsirinin istilikdən asılılığı

İstilik qabiliyyəti - vahid istilik üçün tələb olunan istilik miqdarı

maddənin kütləsi 1 K. Xüsusi imolar termal qabiliyyətini fərqləndirir, yəni. 1 kq qızdırmaq üçün istilik miqdarı. 1 K başına hər 1 mol maddə

Həqiqi molar istilik gücü aşağıdakı kimi müəyyən edilir.

C (1.12) dT

burada C, molar istilik gücü, mol K.

Sabit həcmdə və təzyiqdə (isochoric və isobaric) olan istilik imkanları üçün

(1.8) və (1.10) hesab edirik

Prosesin istiliyinin temperaturdan sabit həcmdə və ya təzyiqdə asılılığını düşünün. Tenglikləri nəzərə alaraq (1.13) alırıq

Tənliklər (1.14) adlanır kirchhoff tənlikləri.

Reaksiya zamanı istilik tutumunun dəyişməsi ifadə ilə müəyyən edilir

yəni, reaksiya məhsulları və başlanğıc materiallarının istilik imkanlarının məbləği arasındakı fərq.

Tenglikdən (1.14) əmələ gəldikdə, reaksiya dövründə istilik gücü dəyişikliyidir

məqbul (yəni, məhsulların istilik potensialı başlanğıc materiallarının istilik potensialından azdır) və daha sonra reaksiyanın termik təsiri daha çox olur, reaksiya daha effektiv olur.

zotermik

dart şərtləri (1.11) ilə hesablanır.

Mürəkkəb bir şəkildə real maddələrin istilik potensialı istilikdən asılıdır

Yanan molekulyar enerji

Yanma proseslərinin çoxu yanacaqdır, hidrogen və karbondan, oksigen havasından ibarətdir.

Yanma nəzəriyyəsinin fiziki və riyazi əsaslarının nəzərə alınmasından əvvəl yanma enerjisindən gələn molekulyar səviyyədə başa düşməyə çalışaq, hər şeyin asılı olduğu azadlıqdan: qazın istiləşməsindən, aktiv kimyəvi mərkəzlərin görünməsindən və s.

Karbon və hidrogenin havanın oksigenlə birləşməsi ilə bağlı əsas reaksiyaların istiliklərinin nə olduğunu görək.

Məlumat cədvəlinə uyğun olaraq yazırıq. 3.1 Qatılıqdakı ardıcıl oksidləşmə reaksiyalarının enerji tarazlığı, məsələn, qrafit:

Beləliklə, ümumi bərk karbon oksidləşmə reaksiyasında 386 kJ / mol sərbəstdir:

Hidrojenin oksigenlə birləşməsi ilə sərbəst buraxılan enerji və enerji:

CO molekulu bəlkə də ən davamlıdır, onun bağlama enerjisi 1016 kJ / mol olur. (Gücün sonrakı tərkibi 892 kJ / mol olan bir bond enerjisi olan N2 molekuludur) Hər iki molekulda da üç elektron bağlanma elektronu vardır, kimyəvi dildə üç valentlik əlaqəsi var: CO molekulunda ilk elektrondan O-C-ye, sonra O + və C- CO2 molekulunda ikinci oksigen atomunun bağı daha zəifdir: Cədvəl görə, azot atomlarına bənzəyir; bu, CO molekulunda bir dipol anunun olması ilə təsdiqlənir. 3.1

Bu birləşmələrdə oksigenin bağlanma enerjisi orijinal oksigen molekulunun bağlanma enerjisi ilə müqayisə edilə bilər. Beləliklə

sonra oksijen atomu başına yalnız 240 kJ / mol. Oksigen molekulunun aşağı bağlanma enerjisində, onun kimyəvi fəaliyyətinin səbəbi və oksidləşmənin enerji mənbəyi kimi istifadə edilməsinin səbəbi.

Qrafit kristal qəfəsindəki bir karbon atomunun bağlayıcı enerjisi (elmas və amorf karbon kimi) çox yüksəkdir. Nisbətən az reaksiyanın enerjisi C (s) + 0.5O2 = = CO + 98 kJ / mol iki çox böyük miqdarda fərqdir: CO bond enerjisindən (256 kJ / mol) (59 kJ / mol) atomlara görə O2 boşluq enerjisinin yarısını çıxarmaq lazımdır; ) və karbon atomunun buxarlanma istiliyini çıxarın. Əslində, buxarlanma temperaturu 671 kJ / mol olana bərabərdir. Bu da çox böyük bir miqdardır.

Qatı karbon və qaz hidrogeninin karbohidrogen yanacaqlarına çevrilməsi enerjidə kiçik bir dəyişiklik ilə baş verir. Digər tərəfdən, oksigen tina alkollərinin, aldehidlərin və ketonların, organik turşuların, karbohidratlardan ibarət olan organik molekullara daxil olduqda, təbii olaraq, bərabər miqdarda oksigenin istifadəsi ilə tamamilə yanma (CO2 və H2O) zamanı sərbəst buraxıldığı kimi çox enerji buraxılır. Buna görə də təxmin edilə bilər ki, hər hansı bir orqanik yanacağın tam yanması ilə 419-500 kJ / mol oksigen istifadə olunur. Yalnız istisnalar bəzi endotermik, asetilen və dicyan kimi enerjiyə zəngin birləşmələrdir, məsələn, onların yanma temperaturu daha çoxdur.

Nüvə yanma yalnız yanacaq molekulunun hesablanmasında deyil, həm də xərclənmiş oksigen molekulunda enerjili cəhətdən dezavantajlıdır. Reaksiyada 2Q (s) + O2 = 2CO, hidrogen yanarkən 466 və CO yananda 526 yerinə 210 kJ / mol sərbəst buraxılır.

Qatı karbonda C atomunun güclü bağı karbonun buxarlanmamasına gətirib çıxarır. Karbon yalnız CO və ya CO2 şəklində oksigen ilə qatı haldan ayrılır.

Tamamlanmamış yanma və aşağı temperaturda 2SO = СО2 + С (tv)) + 41 kJ / mol reaksiya yalnız enerjili karbondan yalnız faydalıdır. Sərbəst karbon atomunun hesablanması zamanı müvafiq reaksiya 2CO = С02 + С - 129 kJ / mol böyük bir enerji baryerinə malikdir. Buna görə yanma zamanı sümük və kök yalnız karbon iskeletinə malik olan orqanik molekulların parçalanmasından meydana gəlir, lakin CO-dan deyil.

Biz azotu ehtiva edən oksidləşmə reaksiyalarına müraciət edirik.

N2 azot molekulu çox güclüdür - onun ayrılma enerjisi 226 kJ / mol təşkil edir. Buna görə, N2 və O2-ni 2NO-ya çevirmək reaksiyası endotermikdir və termodinamik səbəblərə görə yalnız yüksək temperaturda baş verə bilər.

Azot və oksigendən yüksək oksidlərin (NO2, N2O3, N2O4, N2O5) meydana gəlməsi enerjidə demək olar ki, heç bir dəyişiklik ilə (N2 və O2'nin bağlanma enerjisinə nisbətən) baş verir. Buna görə, bir enerji baxımından, azotlu birləşmələrdə (CH3-ONO2 - nitro ester, CH3 (CeH2) (NO2) 3 - trinitrotoluen) birləşən oksigen demək olar ki, qaz halında oksigenə bərabərdir. Üzvi molekulda inteqrasiya olunan, lakin azotla bağlı olan oksigen, molekulun N2 meydana gəlməsi üçün yenidən təşkil edildikdə və oksigen CO2 və H2O molekullarına köçürüldükdə bir çox enerji yayan maddələr yaratmağa imkan verir. Bu səbəblə, oksigenin azotla bağlı olduğu birləşmələr (xlorun, SÜ3 və S0O4 qruplarında) toz və partlayıcı maddələr kimi istifadə olunur.

Yanma molekulyar enerji haqqında ümumi fikirlər bunlardır.