Yonish jarayonlari kimyosi. Portlash energiyasi

Portlash energiyasi

Portlovchi moddalarni boshqa energiya manbalaridan asosiy afzalliklari - kompaktlik, transportga layoqatlilik va energiyaning chiqarilishi qisqa vaqt ichida sodir bo'lishi va bu ulkan quvvatni ishlab chiqish imkonini beradi. Shunday qilib, markazda kuchli portlovchi - hexogen, qo'zg'aluvchan (tashabbuskor) bo'lgan 1 kg massa va 1,65 g / sm3 zichlikdagi sferik zaryadning portlashi natijasida modda bilan portlovchi transformatsiyalarning tarqalishi tezligi 8300 m / s dir. Yo'l r  (yaroqli radius), bu portlashni boshidan kechiradi, tenglikdan belgilanadi

qaerda Gup -  massa va zaryad zichligi.

Jarayonni amalga oshirish muddati - t = r / D. (D  - detonatsiya tezligi).

Quvvat N  (kJ / e), portlash vaqtida ishlab chiqarilgan issiqlik miqdori haqida bilish mumkin q  1 kg RDX portlovchi transformatsiyasi bilan:

RDX uchun q  = 5420 kJ / kg. Hisobga olingan quvvat katta miqdorda baholanadi, chunki kengayadigan gazlar ishni bajarish vaqti hisobga olinmaydi. Shuni ta'kidlash kerakki, u dunyodagi eng yirik elektr stansiyalarining quvvatidan yuqori. Bunday tez o'zgarishga qodir bo'lgan portlovchi moddalarga deyiladi portlatish.

Portlovchi portlovchi moddalar portlovchi moddalarni ishlab chiqaradi, bu amalda mustaqil ravishda ishlatilmaydi va faqat portlovchi moddalarni tayyorlash uchun ishlatiladi. Portlatish vositalari (patlatgichlar, portlovchi lentalari, sigortalar, portlovchi kordonlar va boshqalar) maxsus kichik guruhga qo'shiladi. Portlovchi moddalarni, portlovchi moddalarni va portlovchi moddalarni partlash portlovchi moddalar guruhini tashkil qiladi. Kuch ishlatish paytida portlash va yonish paytida, portlovchi moddalarni gazga aylantirish uchun qo'shimcha shartlar qo'yiladi: har qanday gaz bosimi ostida - har xil bosimlarda barqaror holatli yonish, portlovchi moddalarni portlatish uchun - moddaning konvertatsiya qilishning juda yuqori darajasi.

Biroq, portlovchi moddalar nafaqat tezkor ishlab chiqarishga qodir. Agar oz miqdorda portlovchi moddalarni an'anaviy vositalar bilan yondirib, atmosfera sharoitida gazlarni yoqib yubormasdan yoqib yuborishga ruxsat bersangiz, yonish sekin va xotirjam bo'ladi. Yaroqsiz portlovchi moddalarni yoqish yo'li bilan yo'q qilish usuli bunga asoslangan, malakali ijro etilishi bilan u xavfsiz va qulay. Noto'g'ri yonish holatlarida, yonishning o'z-o'zidan portlovchi moddalarni gazga tezroq konversiyalash bilan portlashga aylanadigan holatlar yuzaga kelishi mumkin.

Portlash nima? Portlash - moddaning jismoniy yoki kimyoviy konvertatsiyasiga, uning energiyasi tezda siqishni va moddaning o'zi yoki uning transformatsiyasi va atrof-muhit mahsulotlarini harakatga o'tkazadigan energetikasiga kiradi.  Portlashning energiyasi boshqacha bo'lishi mumkin. Kimyoviy, elektr, yadro, termoyadroviy, issiqlik, kinetik energiya, elastik siqish energiyasini chiqarish portlovchi jarayonlarga hamroh bo'lishi mumkin. Masalan, elektr-uchqunli materiallarni yo'q qilish usulida mikroekspoziyalar ishlatiladi, ularning energiyasi manbai elektr quvvati hisoblanadi va energiya tashuvchisi bug'lanish va ajralish mahsuloti bo'lib, yoki oddiygina oqimni olib boradigan vositani isitadi. Siqilgan gaz ballonlari, bug 'qozonlari, yuqori bosimli idishlar vayron etilishidan kelib chiqqan portlash yuqori tezlikda davom etishi va atrofdagi kosmosga jiddiy zarar etkazishi mumkin.

Biroq, asosiy jihat - ko'plab moddalarda muayyan sharoitlarda (kimyoviy reaksiya natijasida) siqilgan gazlarning energiyasiga tezda kirib borishi mumkin bo'lgan kimyoviy energiyani qo'llashdir. Bunday transformatsiyalarga qodir moddalar portlovchi va portlash kimyoviy deb ataladi. Kelajakda, portlash paytida, maxsus reservationsiz holda biz faqat kimyoviy portlashni tushunamiz va ko'rib chiqilayotgan barcha jarayonlar kimyoviy portlash paytida yuzaga keladigan jarayonlarga bog'liq.

Portlash energiya miqdorini ifodalaydi. Ushbu jarayon ba'zida asbob parametrlari (masalan, pnevmatik radiatorlar uchun - kameralar hajmi va bosimli havo bosimi) uchun belgilanishi tufayli uning energiyasini aniqlash mumkin. Pnevmatik radiator uchun u tengdir PV /(k  - 1), qaerda R.  - siqilgan gazning bosimi; V -  xonaning hajmi; k -  tuzatish faktori (havo uchun k  = 1.4), elektr tolali radiator uchun - UC2/2,   qaerda Bilan  - salohiyat U - taranglik. Kimyoviy portlovchi moddalarning energiyasi odatda kilogrammdagi kilojullarda portlashning issiqlik darajasi bilan belgilanadi. Tabiiyki, manbalarni taqqoslash energiyani bir birlikdan ikkinchisiga o'tkazish (kaltsiylarga joule va boshqalarni) o'z ichiga oladi.

Portlashni ko'rib chiqish bilan bog'liq ravishda, texnologiyaga nisbatan qo'llanila boshlangan impulsning, ma'lum bir darajada unga qarama-qarshi jarayonni ko'rib chiqaylik. Portlovchi zaryadning portlashi natijasida energiya darajasi tashqi muhitda ishlashni kengaytirish hisobiga gazlarni beradi. Dovdirashda manba atrofini o'rab turgan narsa, manbaga qaraganda yuqori bosimga ega va ajratuvchi to'siqni olib tashlaganda manba ichiga shoshilishi mumkin. Bunday jarayon to'lqin buzilishiga olib kelishi mumkin. Dürtülerin eng oddiy namunasi, havodagi singan elektr lampochka (evakuatsiya qilinadi). O'rtacha bosim qanchalik baland bo'lsa, bo'shliq buzilganda ko'proq energiya chiqarilishi mumkin. Chuqur quduqlarda kichik bo'shliqlarda ham sezilarli bo'ladi. Gidrostatik bosim ostida keng tarqalgan portlash mahsuloti qulab tushganda, suv ostidagi portlash paytida xuddi shunday hodisa kuzatiladi. Seysmik sharoitda, bu rezervuarda hosil bo'lgan portlashning ikkinchi darajali ta'sirini ko'rsatadi va unda etarli miqdorda chuqurlik bor.

Kimyoviy portlash  - Yuqori tezlikda, issiqlik hosil qiladigan va yuqori bosimli siqilgan gazlarni hosil qiladigan moddalarning o'z-o'zini targ'ib qilayotgan kimyoviy konversiyasi. Detonatsiya ma'lum bir modda uchun doimiy, maksimal tezlik bilan amalga oshirilgan portlashning o'ziga xos holatidir.

Avvalo, portlash paytida chiqarilgan energiyani (issiqlik miqdori) baholash kerak. Reaktsiyalar ikkita turdagi - issiqlik (ekzotermik) va absorbsion (endotermik) bilan chiqariladi. Molekulalarning hosil bo'lishining issiqligi - atomlardan hosil bo'lgan birikmalar (ularning hosil bo'lishining issiqligi nolga teng) - salbiy bo'lishi mumkin (bu elementlarning hosil bo'lishida qo'shimcha energiya sarflash kerak) va ijobiy bo'ladi. Portlovchi moddalardan olinadigan issiqlik odatda yonuvchan tarkibiy qismlar va uning bir qismi bo'lgan oksidlovchi moddalar (kislorod) orasidagi reaksiyaga olib keladi. Agar portlovchi moddalar alohida kimyoviy birikma bo'lsa, unda ular molekulada turli guruhlarga bo'linadi, aralashtirilsa, ular aralashmani tashkil etadigan turli moddalardir. Ularning nisbati moddaning kislorod muvozanatini belgilaydi. Kislorod portlovchi moddalarning yonuvchan komponentini butunlay oksidlash uchun etarli bo'lmasa, balans salbiy. Kislorodning musbat muvozanatiga ega bo'lgan moddalarda portlashdagi kislorodning bir qismi ishlatilmay qoladi va samarasiz yo'qoladi. Kompozit portlovchi moddalarning funktsiyalari mos oksidantlarni tanlash va Yonuvchan moddalarni tanlash orqali o'zgartirilishi mumkin.

Kislorod muvozanati oksidlanish uchun zarur bo'lgan kislorod etishmasligi yoki ortiqcha (gramm) miqdorida yoki oksidlanish vaqtida qolgan 100 g portlovchi sifatida tavsiflanadi. Tetranitrometaning C (NO2) 4 uchun +49, ammoniy nitrat NH4N03 - +20, trotil C7H5N3O6 - 74, hexojen (CH2N2) 3 - -21.6 ga teng. Ta'rif bo'yicha maksimal salbiy kislorod muvozanati vodorod uchun (-794), maksimal musbat kislorod uchun (+100).

Salbiy kislorod muvozanatiga ega bo'lgan portlovchi moddalarga misol tariqsimon bo'lib, umumiy portlovchi moddadir. Kimyoviy nomi trinitrotolüen, tol, TNT nomlari mavjud. Strukturaviy formuladan ko'rinib turganidek, yonuvchi tarkibiy qismlar - vodorod va uglerod atomlari va oksidlovchi moddalar - nitro guruhining (NO2) tarkibiga kiruvchi kislorod, TNT molekulasida hali bir-biriga bog'liq emas:

Maqola formulasidan kelib chiqqan holda reaksiya qanday yo'nalishda davom etishi mumkinligini belgilashingiz mumkin, bu holda qanday mahsulotlarni hosil qilish mumkin. TNT uchun portlovchi dekompozitsiyaning reaktsiyasi quyidagicha:

Mahsulotlarning tarkibi portlash sharoitlariga va ularning oxirgi holatiga (kengayish darajasi) bog'liq. Ko'pchilik portlovchi tizimlar energiyaning maksimal erkin ketishi bilan tavsiflangan reaktsiyalarni birinchi amalga oshiradi. Masalan, CaH4McOd shakli formulasiga ega bo'lgan moddada nisbatan kichik kislorod etishmasligi [ g< (2a + b / 2), eng avvalo, vodorod eng foydali bo'lgan kislorod bilan reaksiyaga kiradi, chunki 255 kJ H2O hosil bo'lishi vaqtida kislorod birligi uchun chiqariladi va CO2 hosil bo'lishi vaqtida (CO2 hosil bo'lishining issiqligi 379 kJ / mol) 187 kJ / sek.

Mumkin bo'lgan reaktsiya mahsulotlarini qayd etadigan portlovchi moddalarni almashtirishning issiqligini hisoblashning yondashuvi maksimal issiqlik ta'sirini ta'minlaydigan shakllanish maksimal ish printsipi deb ataladi. Bir darajali hisoblash jarayonni ideallashtiradi va ijobiy yoki ozgina salbiy kislorod muvozanatiga ega tizimlar uchun eng katta aniqlikni beradi. Aslida, portlash mahsulotlarining tarkibi odatda bu hisobga mos kelmaydi. Ikkinchidan, portlashdan keyin o'zaro ta'sirning davom etishi va ijobiy va salbiy issiqlik ta'sirlari bilan reaksiyalar mahsulotlari o'rtasida muvozanat paydo bo'lishiga bog'liq. Ulardan keyingi misollar reaktsiyalardir

Salbiy kislorod muvozanatiga ega bo'lgan tizimlarning taxminiy hisob-kitoblari uchun siz maksimal hajm printsipi asosida Le Chatelier usulini qo'llashingiz mumkin, agar hajmlar bir xil bo'lsa, katta issiqlik bilan reaktsiyasi juda muhim ahamiyatga ega. Ushbu usul portlash mahsulotlarining yakuniy holatini aniqlash uchun juda mos keladi. Eng ustuvor reaksiya uglerod oksidlanishiga olib keladi. Agar kislorod kamroq bo'lsa, unda CO va H2 ni qo'shimcha oksidlanishiga sarflanadi. Bu holda RDX ning parchalanish reaktsiyasi quyidagicha yoziladi:

Portlash mahsulotlarining tarkibini aniqroq hisoblash reaksiyalarning kinetikasi va shartlarini hisobga olgan holda amalga oshiriladi. Yuqori haroratlarda va bosimlarda moddaning holati haqida ishonchli ma'lumot yo'qligi sababli bu hisob-kitoblarning aniqligi har doim ham etarli emas. Portlash mahsulotlarining issiqlik va tarkibiga oid ma'lumotlar ham eksperimental tarzda olingan bo'lib, portlashning maxsus usullari ishlab chiqilgan va muvaffaqiyatli ishlatilgan.

Yuqorida aytib o'tganimizdek, portlash energiyasi portlovchi moddalarning portlash sodir bo'lishining issiqligi bilan tavsiflanadi. Prekursorlarning va portlash mahsulotlarining issiqlik hosil bo'lishini bilish va Hess qonunini qo'llash (jarayonning termal effekti transformatsion yo'lga emas, balki moddalarning dastlabki va yakuniy holatiga bog'liq), biz issiqlikni va boshqa portlash parametrlarini hisoblashimiz mumkin. Bunday hisob-kitoblar, shuningdek, geofizik muhandisining amaliyotida ham yuzaga kelishi mumkin, chunki aralash portlovchi moddalar va portlovchi moddalar ishlatiladi va ular miqdori ortib boradi.

Idanit tipidagi zararli portlovchi aralashmani granulyatlangan ammoniy nitratdan suyuq yoqilg'ida hisoblang. Hisoblash osonligi uchun ishlatiladigan neft mahsulotlari o'rniga - quyosh yog'i yoki moddalar aralashmasi bo'lgan kerosin - benzolni (C6H6) oling. Portlovchi aralashmaning tarkibiy qismlari va kislorod muvozanati ko'rsatilishi bilan aniqlang. Bir benzol va ammoniy nitrat aralashmasi -10 ning kislorod muvozanatiga ega bo'lishi kerak, aks holda 100 g aralashmani to'liq oksidlanishiga 10 g kislorod etishmaydi. Dastlab, vazifani qondirish uchun aralashmaning tarkibiy qismini aniqlash kerak.

Yechimni soddalashtirish uchun, portlovchi moddalar, xuddi shunday, ikki qismdan iborat bo'lganini tasavvur qilaylik - bu tarkibiy qismlardan biri (bu holatda, balans salbiy bo'lgani uchun), kerakli muvozanatni ta'minlaydigan miqdorda olingan va nolli kislorod muvozanatining ma'lum moddalar aralashmasi (ba'zan " stokiyometrik). Agar shunday aralashmani hisoblab chiqadigan yoqilg'iga qo'shsak, umumiy vazni 100 g ga yetkazsak, biz kislorod muvozanatiga ega bo'lgan tarkibni olamiz.

Hisob-kitoblarni doimo bajarish.

Benzen molekulalarining oksidlanishida (uning molekulyar og'irligi 78 dir)

15 kislorod atomiga muhtoj bo'ladi. Shunga ko'ra, benzol miqdori x1 oksidlanishni 10 g kislorod talab qilsa, biz "benzol - kislorod kerak" nisbatidan olamiz:

Ushbu miqdorga qo'shimcha kiritish (100 - x1) nolli kislorod muvozanatining g aralashmasi, biz ma'lum tarkibiy aralashmani qo'lga kiritamiz.

96.75 g stoikiometrik aralashmaning tarkibiy qismlari tarkibini hisoblashimizga o'taylik. Oksidlash qurilmasida ortiqcha kislorodni aniqlang. Saltpeter kislorodni parchalab tashlaydi va chiqaradi:

bundan tashqari, 80 g oksidlovchi razvedka (ammoniy nitrat 80 ning molekulyar og'irligi) 16 g kislorodni chiqaradi. Nolli kislorod muvozanatining aralashmasida benzol va ammoniy nitrat o'rtasidagi reaksiya yoziladi

Shunda biz quyidagi nisbatni olamiz:

Shuning uchun 96.75 g aralashmada 5.85 g benzol va 90.85 g ammoniy nitrat bo'ladi. Shunday qilib, ushbu kislorod muvozanatiga ega bo'lgan aralashmaning yakuniy tarkibi va maksimal ishlash tamoyili bo'yicha hisoblangan portlash mahsulotlarining tarkibi quyidagicha bo'ladi:

Hisoblashni boshlamasdan, portlash mahsulotlarida erkin uglerod tarkibini zudlik bilan qayd etish mumkin edi, chunki aralashmaning salbiy kislorod muvozanatini aniqlaydi. 12 g uglerod oksidlanishiga 32 g kislorod kerak bo'lsa, 10 g kislorod uglerod g ni oksidlashi yoki uglerod uglerodning bir qismini oksidlashi mumkin. Ushbu fikrlar hisob-kitoblarning to'g'riligini tekshirish uchun foydalidir.

Bunday aralashmani tayyorlash juda oson: nitratning to'g'ri miqdorini benzol bilan aralashtirish kerak. Dastlabki tarkibiy qismlarga ega va portlash mahsulotlarining tarkibini bilgan holda, tizim portlashining issiqligini hisoblash oson. Portlashning dastlabki tarkibiy qismlari va mahsulotlarini shakllantirishdagi issiqlik tegishli kataloglarda joylashgan. Shunday qilib, 1 mol benzol uchun (kJ / mol) -39.1, ammiakli selitra - +410.8, CO2 - +444.2, H2O - +271.7.

Portlashning issiqlik ta'siri Qx zaryadini bu tenglamadan aniqlab olish mumkin

(4.29)

Bu aralashmaning miqdori 374 kJ / 100 g yoki 3740 kJ / kg bo'ladi.

Gazsimon mahsulotlarning miqdori (litrlarda) reaktsiya tenglamasidan hisoblab chiqiladi, bu gazning miqdori 22,4 ga (gramm molekulalarining hajmi) ko'paytiriladi. Tabiiyki, bu moddaning holatini inobatga olish kerak. Shunday qilib, uglerod (oddiy atmosfera bosimida 3700 ° S dan yuqori bo'lgan sublimatsiya harorati) gaz fazasini bermaydi, suv, albatta, bug 'bo'ladi. Oddiy atmosfera sharoitlariga havola qilingan portlash mahsulotlarining miqdori deyiladi berilgan tovush.  Yuqorida muhokama qilingan muammoning qariyb 800 l / kg ni tashkil etadi.

Portlash mahsulotlarining issiqlik va tarkibi ma'lum bo'lsa, ularning harorati Tquyoshni aloqadan aniqlash mumkin Tyuqoriga ko'tarildi = = Q / Svcr qaerda Bilanv CP - bu portlash mahsulotlarining o'rtacha sig'imi (doimiy hajmda) Τ 0–Τ zaryad qiling Issiqlik quvvati haroratning funksiyasidir.

Bu hisob-kitoblarga ba'zi bir (aniq texnik) asoratlar kiritiladi, chunki unga bog'liqlik turi ma'lum. Shu bilan birga, turli haroratlarda gazlarning issiqlik miqdori bo'yicha tayyor ma'lumotlardan foydalanish osonroq (4.1-jadval).

4.1-jadval

Ba'zi gazlarning issiqlik tarkibidagi (ichki energiya) o'zgarishi (kJ / mol)

Haroratni hisobga olgan holda va portlash mahsulotlarining tarkibini bilgan holda siz ularning issiqlik tarkibini topasiz va uni portlash issiqligida solishtirishingiz mumkin. Taqqoslash haroratni tanlayotganda qilingan xatoning xususiyatini aniqlaydi. Amalni takrorlash, lekin boshqa (tuzatilgan) harorat bilan siz portlashning haroratini aniqlash uchun taxminiy usuldan foydalanishingiz mumkin.

Ta'kidlash joizki, portlash vaqtida chiqarilgan energiya nisbatan kam: eng kuchli portlovchi moddalar 6500-6700 kJ / kg portlash haroratiga ega. 1 kg TNT portlashi natijasida havoda 4000 kJ issiqlik chiqariladi va 1 kg dizel yoqilg'isi yoqilganda - taxminan 44000 kJ. Biroq, kislorodli dizel yoqilg'isining 1 kg yonish temperaturasi faqat 10 000 kJ, 1 kg dizel yog'i va havo aralashmasi - 2670 kJ bo'ladi. Bir necha marta ta'kidlab o'tilganidek, energiyani chiqarishdan tashqari, portlash portlash vaqtida erishilgan haroratlarda gaz holida bo'lgan mahsulotlarning paydo bo'lishi bilan ajralib turadi.

Termit reaktsiyasining issiqligi bo'lsa ham

tNTning portlovchi dekompozitsiyasidagi issiqlikdan taxminan 2,3 barobar yuqori, uning yonishi tinchgina davom etadi; hosil bo'lgan mahsulot, hatto ular qizdirilgan haroratlarda ham suyuq qoladi. Biroq, termitni namlash faqatgina rasmni o'zgartirgandagina bo'ladi: issiqlik bug 'ichiga aylanadi va yonish portlovchi jarayonlarga hamroh bo'ladi. Zaryad bilan qoplangan hajmdagi portlovchi portlovchi moddalar zudlik bilan gaz bosimini kengaytirib, gazni kengaytiruvchi ishlarning ko'rinishida amalga oshirilishini ta'minlaydigan ulkan bosimdagi gazlarga siqilgan.

Portlovchi modda yaratishda, tabiiy ravishda, energiyani to'g'ri tarzda amalga oshirishga qodir bo'lgan yuzlab portlashlar, ko'proq energiya ishlab chiqarilishi va siqilgan gazlar paydo bo'lishiga qiziqish tug'diradi. Ba'zan bu talablar mojaro. Masalan, alyuminiy (A12O3 hosil bo'lishining issiqligi 1599 kJ / mol) portlovchi moddalar tarkibiga metallarni kiritish, xususan, yoqilg'i turini tanlash orqali portlovchi dekompozitsiya energiyasini ko'paytirish mumkin. Alyuminiy oksidlanish mahsulotlari qattiq moddalardir. Ayrim portlovchi aralashmalarga alyuminiy qo'shilishi (ma'lum bir chegaraga qadar), uning samaradorligini oshirishi mumkin. Portlash tarkibida metallarni o'z ichiga olgan portlatish issiqligi yuqori bo'lgan portlovchi moddalar mavjud. Yuqorida ta'kidlab o'tilganidek, portlash mahsulotlarining tarkibi nafaqat portlovchi moddalarga, balki portlash sharoitlariga ham bog'liq: zaryadning va qobiqning boshlanishi, hajmi va dizayni, portlash sodir bo'lgan muhitning holati. Agar dastlabki mahsulotlar doimiy ravishda saqlanib qolsa va portlash mahsulotlarining tarkibi o'zgargan bo'lsa, portlashning termal ta'siri ham o'zgaradi, shuning uchun ba'zi portlovchi moddalar uchun portlashning har xil qiymatlari amalga oshirilgan sharoitga qarab beriladi. Masalan, jadvalda. 4.2 zaryadli va kuchsiz tashabbuskorlar tomonidan zaryadli portlash sodir bo'lganda TNT (zichligi 1.52) portlash mahsulotlarining tarkibi (R. Schmidtga ko'ra).

Tezda kimyoviy reaktsiyani boshlash oqibatida portlovchi moddalarni almashtirish uchun barcha ish haqini to'ldirish uchun jarayon o'zini-o'zi tarqatishi kerak. Buning uchun kimyoviy reaksiya tegishli kinetik xususiyatlarga ega bo'lishi kerak va energiya chiqishi muqarrar ravishda yo'qotishlarni bartaraf etishi kerak. Reaktsiya tezligi, o'z-o'zini yoyish qobiliyati, ekzotermiklik, gaz hosil bo'lishi o'zaro bog'liq va bir-biriga va portlovchi jarayonning chegaralariga ta'sir qiladi.

4.2-jadval

TNT portlash mahsulotlarining tarkibi

Yorliqda. 4.3 sanoat tomonidan ishlatiladigan bir nechta portlovchi moddalar va tuzlarning xususiyatlarini ko'rsatadi.

4.3-jadval

Ayrim portlovchi moddalarning portlovchi xususiyatlari

Portlash sodir bo'ladigan portlash energiyani chiqaradi, chunki qattiq yoki suyuq portlovchi moddalar miqdori minglab haroratlarda qizdirilgan gazlarning katta miqdoriga aylanadi. Har xil turdagi portlovchi moddalar uchun dastlabki miqdori 0,8-1 l dan oshmagan 1 kg portlovchi moddalar bo'yicha chiqadigan gazlar miqdori 300 dan 1000 l va undan ko'p bo'lgan qiymatga ega. Portlash sodir bo'lgan issiq gazsimon mahsulotlarning portlashi natijasida hosil bo'lgan portlovchi moddalar mexanik ish olib boradi. Shunday qilib, portlovchi moddalar portlash paytida yoritilgan kimyoviy energiyaning zaxirasiga ega. Biroq, faqat portlovchi moddalar yashirin energiyaga ega emas, balki, masalan, benzin, ko'mir, o'tin va boshqa yonuvchan moddalar. Yonuvchan moddalarning bu energiyasi yonish vaqtida chiqarilishi mumkin. Nimaga yo'q qilish va otish maqsadida, masalan, benzin o'rniga portlovchi moddalar va porox ishlatiladi? Ma'lumki, 1 kg benzin energiyasi 1 kilogramm TNTdan 10 barobar ko'p va tuxumsiz piroksilin kukuniga nisbatan 12 baravar ko'p. Ammo portlovchi zaryad va katta tezlik bilan o'qqa tutadigan gazlar gazga aylanadi va benzin yoki biron bir yoqilg'i etarlicha havo va erkin kislorodsiz yoqolmaydi. 1 kg benzinning yonishi 15,5 kg havoda bo'lgani kabi juda ko'p kislorod talab qiladi. Shuning uchun yoqilg'ining (yonilg'i) yonishini (energiya) uning 1 kg aralashmasidan to'liq kislotasi uchun zarur bo'lgan kislorod bilan hisoblash kerak. Bu hisob-kitobda benzin aralashmasi kislorod bilan yonish energiyasi va shu miqdordagi portlovchi moddalar portlashi energiyasidagi farq yuqorida ko'rsatilgan qiymatdan pastroq bo'lsa-da, bu holda benzinning yonishi paytida chiqarilgan energiyaning miqdori ko'proq: dumansiz kukun, 2860 kJ / kg, trikol - 4100 kJ / kg, kislorod bilan benzin aralashmasi - 11000 kJ / kg. Natijada, portlatish va tozalashda mavjud bo'lgan energiya miqdori emas, bu ularni yo'q qilish va tashlash maqsadlarida foydalanish uchun asosiy sababdir. Asosiy sabab energiyaning miqyosida emas, balki uning tezkor chiqarilishida. Avtomobil motorida 1 kg benzin yoqilganda 10-60 daqiqada (motor quvvatiga va yukga bog'liq holda) yonib ketadigan bo'lsa, 1 kg toz changni yutish kamerasida soniyasining bir necha mingdan bir qismiga o'tadi va 1 kg TNT portlashi faqat 30 -40 soniya. Portlash paytida energiya yonilg'i yoqilganda yonilg'idan ko'ra o'n millionlab tezroq chiqadi. Bu portlashning ulkan kuchini ochib beradi. Biroq, portlashning kuchini barcha zaryadning detonatsiya vaqtidan emas, balki portlash mahsuloti atmosfera bosimining normal darajasidan oshib ketishi bilan hisoblash yanada aniqroq bo'ladi, portlash jarayonining yuqori tezlikda tortilishi natijasida bunday darajaga erishish bir necha millisekundlarda bo'ladi. Bunday holatda, 1 kg TNT kuchi 1 MVt dan ortiq ifoda etiladi. Haqiqiy sharoitda ham, bu kuch, uning qisqa muddati, o'tkaziladigan yoki vayron qilingan materiallarning ommaviy harakatsizligi, shuningdek, atrof-muhit isishi, haddan tashqari silliqlash va tarqalishi oqibatida yuzaga keladigan yo'qotishlar tufayli qudratli issiqlikka erishish uchun to'liq amalga oshirilmaydi. portlash mahsulotlarini so'nggi kengayishidan so'ng va muqarrar kimyoviy yo'qotishlarga olib keldi. Natijada, foydali mexanik ish odatda 1-2% dan oshmaydi va qattiq muhitda portlash paytida portlovchi moddada mavjud energiyaning 8-9%. Biroq, portlovchi moddalar va portlatishdagi mavjud potentsial energiyaning katta miqdori ularni portlashdan to'liq foydalanishga qaramasdan ularni ajralmas qiladi. Yuqori quvvat portlovchi moddalar uchun odatiy holdir va ular moziyga otish uchun ishlatilganda. Buyuk kalibrli artilleriya otishni o'rganish zarbasining quvvati 10 MVt.

Birinchi xronologik (XIX asr oxiri) termal nazariya edi, asoschilari rassom, Le Chatelier va Nusselt. Ushbu nazariyaning asosi kimyoviy reaksiya tezligining haroratga bog'liqligi haqidagi van Gut gipotezasi. Issiqlik portlashining holati issiqlik energiyasidan kelib chiqadigan energiyaning atrof-muhitga ta'sirini kamaytirishga bog'liq. Bu holda, tizim issiqlikni to'playdi, bu o'z-o'zidan isitishga va shunga mos ravishda reaksiya o'zini o'zi tezlashishiga olib keladi.

Yonuvchan oksidlanish reaktsiyasi tizimida yuzaga keladigan o'zgarishlar odatda sistemaning bir yoki bir boshqa yonish manbai bilan isitilishi bilan bog'liq. Yoqilg'i tizimi qizdirilganda, yoqilg'i molekulalarining energiyasi va kislorod ortadi va ma'lum bir qiymatga yetganda ular faollashadi. bo'sh valentlar bilan faol markazlar (radikallar va atomlar) hosil bo'ladi, natijada yonuvchan moddalarning molekulalari havodan kislorod bilan osonlik bilan birlashadi. A.N. Bach va C. Engler 1898 yilda mustaqil ravishda oksidlanishning peroksidatsiya nazariyasini taklif qildilar, unga ko'ra yonadigan tizimni isitganda, kislorod atomlar orasidagi aloqani buzish orqali faollashadi va faol molekulalar yonadigan moddalar bilan birikma ichiga kiradi, atomlarga bo'linib, shakllanmaydi turdagi periks aralashmalari: R1-OOR2 yoki ROO-OH.

Ammo, periksit nazariyasi oksidlanish jarayonining ba'zi xarakterli xususiyatlarini tushuntira olmaydi, masalan, o'tkir ta'sir, ba'zan begona moddalar izlari.

Kimyoviy reaksiya tezligi, m / s, Arrenius qonuni asosida quyidagi tenglama bilan ifodalanishi mumkin:

, (1.12)

reaktsiya stavkasi sobit bo'lgan joyda (kimyoviy reaksiya tezligi reagentlarning konsentrasiyalarda birligiga kamaytiriladi);

Reaktivlarning konsentratsiyasi, mol / m 3;

Stoikiometrik koeffitsientlar stoikiometrik reaktsiya tenglamasida dastlabki reaktivlar konsentratsiyalari nisbati bilan aniqlanadi;

Tabiiy logaritma asoslari;

Umumiy gaz barqarorligi, = 8.3 J / (mol ∙ K);

  - harorat, K.

O'z-o'zidan otashning termal nazariyasi (shuningdek termal portlash nazariyasi deb ataladi) ekzotermik oksidlanish jarayonida issiqlik hosil qilish stavkalarini va uni o'z ichiga olgan idishning devoridagi isituvchi aralashdan issiqlik chiqarishni taqqoslashga asoslangan. O'z-o'zini yoqish holati bu tezliklarning tengligi bilan belgilanadi. Bu tenglikka erishiluvchi idish devorlarining harorati, o'z-o'zidan sovutish harorati deb ataladi. Bu haroratdan boshlab (har bir holatda berilgan o'ziga xos sharoitlar uchun - tomning hajmi va shakli, gazning termofizik xususiyatlari) o'z-o'zidan isitadi, bu esa o'z-o'zidan yonib ketishiga olib kelishi mumkin.

Yuqoridagilarni hisobga olib, reaktiv muhitda o'z-o'zidan isitish uchun quyidagilarni yozishimiz mumkin:

qattiq hajmdagi issiqlik quvvati qaerda, J / K;

Gazning zichligi, kg / m 3;

Gaz harorati, K;

Vaqt, s;

Reaktsiya issiqlik ta'siri, Vt;

Reaksiya darajasi, m / s;

Reaktsiya idishining sirti, m 2;

Reaktsiya idishining hajmi, m 3;

Issiqlik energiyasini uzatish koeffitsienti, W / (m 2 × K);

Kema devori harorati, K.

DA Frank-Kamenetskiy, jet idishida issiqlik uzilish tezligini ta'minlaydigan statsionar temperaturaning taqsimlanishiga qarab, termal otash uchun mezonni taklif qildi:

, (1.14)

kema xarakterli kattaligi qaerda, m;

Preeksponent omil;

Gaz aralashmasi issiqlik o'tkazuvchanligi, W / (m × K);

3.3 o'lchamsiz mezon; Sharsimon, tekis parallel va silindrli tomirlarga tegishlidir.

D.A. Frank-Kamenetskiyning mezonlari quyidagicha tushunilishi kerak: agar belgilanadigan barcha parametrlarni almashtirish vaqtida biz qiymatga ega bo'lsak, keyin olov kelib chiqqanda hech qanday olov bo'lmaydi. Kriterning tenglamasidan reaksiyaning issiqligi va reaksiya sodir bo'lgan tomning radiusi portlashning muhim hal qiluvchi omillaridan iborat. Termiz portlashi yorqinroq ifodalanadi, tengsizliklar qanchalik yaxshilanadi:

Agar bu tengsizliklar yomonlashib ketgan bo'lsa, u holda termal portlash degenerat - bir vaqtning o'zida haroratning oshishi bilan, portlashning rasmini yoqib yuboradigan asl moddaning tez tükenmesi mavjud.

Yonish sodir bo'lishi ko'pincha yonishi mumkin bo'lgan tizimning bir yoki bir boshqa yonish manbai bilan isishi bilan bog'liq. Akademik N.N. Nazarov nazariyasiga ko'ra. Semenov, oksidlanish jarayoni issiqlikning tarqalishi bilan birga keladi va muayyan sharoitlarda tezlashishi mumkin. Oksidlanish reaktsiyasini yonish jarayoniga o'tishi bilan o'z-o'zini tezlatish bu jarayon o'z-o'zidan yoqish deyiladi.

Issiqlik o'z-o'zidan yoqilganda, u issiqlik chiqaradigan sig'im tezligi bo'yicha issiqlik uzatish tezligini oshiradi.

Yonuvchan gaz yoki havo bilan yonadigan suyuqlikning bug'lari, masalan, tovushli idishda joylashtirilgan termal portlash jarayonini ko'rib chiqing. Kema haroratining ko'tarilishi va yonuvchi aralashmaning reaktsiya tezligi va issiqligi oshadi. Issiqlik relefining issiqlik darajasi haroratiga bog'liqligi, J / s quyidagicha aniqlanadi:

, (1.15)

gazning yonishi issiqligi qaerda, J;

Yonuvchan aralashmaning hajmi, m 3;

Reaksiya darajasi sobit;

Reaktivning konsentratsiyasi, kg / m 3;

Reaktsiya tartibi;

Aktivlashtirish energiyasi, j / mol;

Umumiy gaz sig'imi J / (mol · K);

Aralashmaning harorati K.

Chiqqan issiqlik yonuvchi aralashga o'tkaziladi va u isitiladi. Aralashmaning harorati tomir devorlarining haroratidan oshib ketishi bilan tomir devorlari orqali issiqlik chiqarilishi vaqt oralig'ida boshlanadi, bu aralashmaning tomir devorlari orasidagi haroratga mos keladi va o'zaro bog'liqlik bilan aniqlanadi:

, (1.16)

qaerda - kema devorlari orqali issiqlikni yo'qotish tezligi, k / sek;

Issiqlik energiyasini uzatish koeffitsienti, J / (K · m 2 × s);

Kema devorlarining sirtlari, m 2;

Aralashmaning harorati, K;

Kema devorlarining harorati, K.

1.5-rasm - Issiqlik mahsulotlarini turli bosimlarda haroratga bog'liqligi

1.5-rasmda 2, 3 va 4-chiziqlar issiqlik hosilining turli bosimlarda va bir xil aralash kompozitsiyasidagi temperaturaga bog'liqligini ko'rsatadi. Doimiy kema va o'rta haroratlarda va aralash aralashmasida yonish zonasidan chiqarilgan issiqlik miqdori to'g'ri chiziq bilan ifodalanadi. Aralash tarkibi o'zgarganda, issiqlik yo'qotish tezligi va shuning uchun to'g'ri chiziqning burchagi o'zgaradi. Bosim qanchalik yuqori bo'lsa, reaktsiya vaqtida ko'proq issiqlik hosil bo'ladi (egri 4). 2-sonli egri chiziq bilan belgilanadigan sharoitlarda o'z-o'zidan otash tutilishi mumkin emas, chunki issiqlik yo'qotilishi (to'g'ri chiziq 1) bu bosimda issiqlik hosil qilishdan yuqori. To'g'ri chiziq bilan egri chiziqli nuqtaning nuqtasi ma'lum shartlar ostida berilgan yong'inga qarshi tizimning minimal avtomatik ateşleme harorati - ozod etilgan va chiqarilgan issiqlik o'rtasidagi muvozanatga mos keladi. Tashqi tomondan kichik energiya ta'minoti bilan o'z-o'zidan yoqish mumkin. Ichak 4 o'z-o'zidan yoqib yuborilishi mumkin bo'lgan shart-sharoitlarni ta'riflaydi, chunki issiqlik chiqarilgandan ko'ra ko'proq tashlanadi.

Berilgan sxemani tahlil qilish, N.N. Semyonov o'ziga qaramlikni o'rnatdi:

, (1.17)

minimal ateşleme bosimi qaerda, Pa;

O'z-o'zini yoqishning minimal harorati, K;

Reaktsiya tartibi;

Aralashning tarkibi va boshqa xususiyatlariga qarab doimiy.

Ushbu tenglamaga (1.17) asoslangan holda, ushbu maxsus sharoitlarda yonish aralashmasining o'z-o'zidan yoqilishi mumkinligini oldindan aniqlash mumkin. Minimal bosim va o'zboshimchalik harorati o'rtasidagi munosabat ko'plab tajribalar bilan tasdiqlangan va yonish jarayonlarini o'rganishda muhim ahamiyatga ega.

Chin nazariyasi yonish nazariyasi

1928 yilga kelib N.N.Semenov kimyoviy tizimda mavjud bo'lgan ikki turdagi portlashlar - zanjirli va termal mavjudligi haqidagi fikrni ilgari surdi.

Zanjir reaksiyalari, erkin valentlar bo'lgan oraliq birikmalar hosil bo'ladigan bir qator bosqichlar orqali (intermediate reaktsiyalar orqali), jarayonning keyingi tez suradigan bosqichlari mikroblari bo'lgan faol markazlar deb ataladiganlardir.

Bir zanjirli reaksiya tushunchasi birinchi bo'lib 1913 yilda, nemis fizik kimyogari M. Bodenstayn, xlor bilan vodorod aralashmasi yoritilganida, kvant nur energiyasini o'zlashtiradigan xlor molekulasi atomlarga bo'linib ketganini topdi:

.

Xlor atomlari vodorod bilan reaksiyaga kirishib, aralashmaning portlashiga olib keladi. Bir xlor molekulasini faollashtirish ikkita molekula hosil bo'lishiga sabab bo'lar edi:

.

Ammo, tajribalar shuni ko'rsatmoqdaki, bu 100,000 molekula vodorod xloridi hosil qiladi. Bu xlorning vodorod bilan o'zaro ta'siri, ikkilamchi reaktsiyaga kirganida, qayta tiklanadi va reaktsiyani davom ettirishi mumkin bo'lgan mahsulot ishlab chiqaradi deb taxmin qilingan bo'lsa, tushuntirilishi mumkin. Ushbu taxmin quyidagi reaktsiya sxemasiga mos keladi:

I asosiy reaktsiya

IV ochiq oqim davri

Ushbu sxema bo'yicha bir xlor molekulasining (I) faollashuvi ikki xlor atomining paydo bo'lishiga olib keladi - zanjir reaktsiyasining ikki faol markazi. Xlor atomlarining har biri o'zining faol zanjir reaktsiyasini yuzaga keltiradi, unda faol markaz doimiy ravishda tiklanadi (II, III). Shunday qilib, boshlang'ich reaksiya (I) ta'siri ostida zanjirni (II, III, va hokazo) tashkil etuvchi ketma-ket reaktsiyalar paydo bo'ladi. Zanjirning boshlang'ich paytidan to buzilishiga qadar bunday reaktsiyalar soni zanjirning uzunligi deb ataladi. Zanjir xlor (IV) atomlari yoki vodorod (V) atomlarining to'qnashuvida va ulardagi molekula hosil bo'lishida yoki faol sirtlarning bir qatlam yuzasi bilan to'qnashganda kesilishi mumkin. Bu odatiy bo'lmagan dallanmagan zanjirli reaktsiya. Unda har bir faol markaz faqat bitta yangi faol markaz paydo bo'lishiga olib keladi, shuning uchun reaktsiya davom etishi mumkin, ammo tezlashtirilmaydi.

Dallanuvchi zanjir reaktsiyasida har bir faol markaz ikki yoki undan ortiq faol markazlarni hosil qiladi.

Zanjirli reaksiyalar nazariyasiga ko'ra, oksidlanish jarayoni yonuvchan moddalarning faollashuvidan boshlanadi.

Amaliyot izotermik sharoitlar ostida, masalan, reaktsiya vositasining haroratini ko'tarmasdan (aralashmaning "sovuq" ateşi). Bunday holda ular zanjir (izometrik) portlash haqida gapirishadi.

Ikkita dastlabki komponent: yonilg'i va oksidlovchi, nisbatan barqaror molekulyar sharoitda, yangi, yanada barqaror yonish mahsuloti bilan bog'lanmasidan oldin murakkab qidiruv transformatsiyalar zanjiridan o'tadi va unda beqaror mahsulotlarning paydo bo'lishiga olib keladi: atomlar, radikallar, ionlash darajasi (formaldegid, uglevodorod va gidroxloridli radikallar, atomik kislorod va vodorod).

Kondratyevu V.N. Har xil uglevodorodlar olovida yuqori miqdorda atomik kislorod (OH), gidroksi oksidli radikal (OH), uglevodorod radikallari (CH3), karbon monoksit, formaldegid (CH2O) va boshqa moddalarni aniqlash mumkin bo'lgan bu moddalarning olovda konsentrasiyalari ming va oxirgi reaktsiya mahsulotlarining olov haroratida termoyani parchalanish davrida muvozanat kontsentratsiyasidan millionlab marta ko'pdir, masalan, H 2 O → H + OH.

Ushbu kuzatishlar natijalari, ko'rib chiqilayotgan atomlar va radikaller mahsulotlarning yakuniy dekompozitsiyasiga bog'liq emas, balki reaktsiyaning oraliq mahsulotlari bo'lgan reaktsiyali gazda paydo bo'lishiga olib keldi.

Shunday qilib, olovning zanjir mexanizmi bir moddaning boshqasiga kimyoviy o'zgarishlarning butun bir zanjiriga asoslanadi, natijada kimyoviy jihatdan juda beqaror mahsulotlarning muayyan oraliq bosqichlarida hosil bo'ladigan, faol markazlar deb ataladigan va boshlang'ich moddalar molekulalarini hosil qiladigan Yangi faol markazlar va oxirgi mahsulot, masalan, H 2 O va CO 2 metan-havo aralashmasi uchun.

Radikalar va atomlarning yuqori reaktivligi atom reaktsiyalarining aktivizatsiya energiyasiga yaqin bo'lgan reaktsiyalarining past faollashuv energiyasi bilan izohlanadi:

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

SN 3 + S 3 H 6 - 12,5 kJ / mol

CH 3 + C 6 H 6 - 23,5 kJ / mol

H 2 O → H + OH

Olingan faol zarrachalar (H yoki OH) juda noaniq va shuning uchun kimyoviy jihatdan faol bo'lib, original modul molekulasi bilan to'qnashadi, yangi faol zarrachalarni hosil qiladi:

H + O 2 = OH + O

OH + H 2 = H 2 O + H

H va H zarralaridagi reaktsiyaning hosil bo'ladigan zarralari yana reaksiyaga kiradi va O zarralari vodorod bilan o'zaro ta'sir qiladi:

O + H 2 = OH + H.

Ya'ni, faol zarrachalar va boshlang'ich materiallari molekulalari o'rtasidagi reaktsiya natijasida nafaqat yakuniy mahsulotlarni, balki yangi faol zarralar ham hosil bo'ladi. Reaksiya natijasida hosil bo'lgan faol zarralar boshlang'ich materiallari to'liq iste'mol qilinishidan oldin sodir bo'ladigan kimyoviy konvertatsiya qilishning yangi bosqichlariga olib keladi.

Bunday takrorlanuvchi kimyoviy reaktsiyalar zanjir reaktsiyalari deb ataladi va yangi zanjirlarni hosil qiluvchi faol zarrachalar faol markazlardir.

Yuqoridagi zanjirli vodorod yonish jarayoni diagramma sifatida ifodalanishi mumkin (1.6-rasm).

Shakl. 1.6 - Vodorod zanjirini yoqish diagrammasi

Shaklda faqat faol markazlar bo'lgan vodorod (H) zarralarining yangi transformatsiyalar zanjirlari paydo bo'lishini ko'rish mumkin. Shu bilan birga, zanjirli jarayonning har bir yo'nalishida faol markaz H va kislorod molekulasi O 2 o'rtasidagi reaktsiyaning natijasida H 2 O yakuniy mahsulotiga qo'shimcha ravishda H yangi transformatsiyalar zanjirlarini hosil qiladigan 3 yangi faol markaz paydo bo'ladi.

Faol markazlarning ko'payishi bilan yuzaga keladigan bunday zanjirli reaktsiyaga tarvaqay deyiladi. Reaktsiya qor ko'chkilari sifatida rivojlanadi va oddiy molekulyar reaktsiyalar tezligidan ancha yuqori darajada yuqori tezlikda ishlaydi.

Zaytun bo'lmagan zanjir bilan odatda reaktsiya xlor bilan vodorod bilan o'zaro ta'siri hisoblanadi. Bu reaktsiyaning faol markazlari xlor va vodorod atomlarini o'zgartiradi. Agar xlor atomi reaksiyaga kirsa, xuddi bir vodorod atomi reaksiya berganidek, bitta vodorod atomi hosil bo'ladi, xlor atomi hosil bo'ladi. Shuning uchun reaksiya davom etishi mumkin, ammo tezlashtirilmaydi.

Xlorning vodorod bilan fotokimyoviy reaksiyasi hali ham portlashda (o'z-o'zidan yoqish) tugaganligi sababli, yuqori zanjirli reaktsiya tezligida issiqlik chiqaradigan issiqlik chiqaruvchi siqib chiqaruvchi moddadan oshib ketishi natijasida uning aralashmasi juda issiq bo'ladi va issiqlik o'z-o'zidan yoqish uchun zarur bo'lgan shartlar paydo bo'ladi.

Uglevodorodlar uchun odatiy bo'lgan tarvaqaylab zanjirli reaktsiya sodir bo'lganda, faol markazlarning kontsentratsiyasi dastlabki ishga tushirish shartlaridan qat'i nazar kuchayishi mumkin va agar dallanma jarayonida faol markazlarning shakllanishi zanjirning sinishi tezligidan oshib ketadigan bo'lsa, u holda o'z-o'zidan tezlashib borayotgan qiqish kabi jarayonlar sodir bo'ladi va bu natijasida olov kelib chiqadi.

Zanjirli reaktsiyalar nazariyasi bizda yonish jarayonlarining ko'pgina xususiyatlarini (kirlarni kuchli ta'siri, bosim yordamida kataliz va bosimni inhibe qilish chegaralari va boshqalar) tushuntirishga imkon berdi, bu termal nazariya bilan izohlanmaydi. Haqiqiy yong'inlar va portlashlarning paydo bo'lishi va rivojlanish mexanizmi birlashgan zanjir-issiqlik jarayoni bilan tavsiflanadi. Zanjirli usuldan boshlab, uning ekzotermikligiga bog'liq oksidlanish reaktsiyasi issiqlik yo'li bilan tezlashadi. Shuning uchun, oxir-oqibat, yonishning paydo bo'lishi va rivojlanishi uchun kritik (cheklovchi) shartlar reaktsiya tizimining issiqlik hosil qilish va issiqlik almashinuvi sharoitlari bilan atrof muhit bilan belgilanadi.

Ko'pgina kimyoviy jarayonlar kimyoviy zanjir reaktsiyalariga asoslangan. Bunday jarayonlarga, masalan, sintetik kauchuk, plastmassa, polimer tolasi va boshqa ko'plab mahsulotlarni ishlab chiqarish asosini tashkil etuvchi polimerizatsiya jarayonlari kiradi. Ular shuningdek, sintetik yog' kislotalarini ishlab chiqarish kabi ilgari ishlatiladigan yog'larni o'rnini bosuvchi yuvish vositalarini ishlab chiqarishda, yuqori sifatli yoqilg'ilarni neftdan olish va hokazo kabi muhim sanoat jarayonlarini o'z ichiga oladi.

Yonmoqda  - Yonuvchan moddalarni oksidlovchi razvedka bilan tezkor oqayotgan kimyoviy shovqin, katta miqdorda issiqlik va yorqin nurli (olov) chiqishi bilan birga. Yonish faqat uch omil mavjud bo'lganda mumkin: yonuvchan moddalar, oksidlovchi agent, issiqlik manbai.

Issiqlik manbasi  (yong'in) ochiq olov, uchqun, issiqlik, ishqalanish (belbog'larni uzatishdagi kamarlar), zarba, bosim natijasida qizdirilishi mumkin. Issiqlik manbai ham quyoshning elektr (issiqlik o'tkazgichlari, boshq), kimyoviy va yorqin energiya bo'lishi mumkin.

Oksidlovchi moddalar  xlor, florin, bromdir. Eng ko'p oksidlovchi moddalar havodagi kislorod bo'lib, yonish jarayoni uning tarkibidagi havoga bog'liq bo'ladi. Havoda kislorod 14-16% dan ortiq bo'lsa, unda doimiy yonish kuzatiladi. Kislorod miqdori 14% dan kamroq bo'lganida, tebranish kuzatiladi va uning tarkibi 8-10% dan kam bo'lsa, tebranish ham to'xtaydi.

Yonuvchan moddalar. Ular gaz (ammiak, asetilen, vodorod), suyuqliklar (benzin, aseton, alkogol), qattiq (ko'mir, yog'och) bo'lishi mumkin. Qattiq yoki suyuqlikka tutashishi uchun ularni issiqlik manbasi yordamida haroratga qizdirish kerak, shunda ularning yuzalarida yonish bug'lari zich chiqib ketishi yuzaga keladi. Muayyan kontsentratsiyaga erishilganda bu bug'lar yorishadi. Yonish jarayonidagi gazlar agregatlash holatini o'zgartirmaydi.

Yonishning quyidagi turlari mavjud: 1) Fleshli; 2) tutashuv; 3) o'z-o'zini yoqish; 4) o'z-o'zidan yonish; 5) tebranish; 6) portlash.

1. Flash  havo gazining aralashmasidan hosil bo'lmaydigan gazlar, changlar, havo bu kislorod aralashmasining tezda yonishi deb nomlanadi. Fleshli nuqtasi yonuvchan moddalarning eng past harorati bo'lib, u erda bug 'va gazlar yuzadan yuqorida hosil bo'ladigan, tutqich manbasidan yona boshlaydi, ammo keyinchalik doimiy yonib ketish uchun ularning hosil bo'lish tezligi etarli emas.

Ushbu haroratning kattaligiga qarab, Yonuvchan suyuqliklar quyidagilarga bo'linadi:

a) Yonuvchan (Yonadigan suyuqliklar - benzin, aseton, alkogol) - tf ≤ + 45 ° C;

b) yonuvchi suyuqliklar (GZh - moylar, dizel yoqilg'isi, yoqilg'i moylari) - t vec\u003e + 45 ° C

2. Ateşleme  bir moddadan issiqlik manbasidan muntazam ravishda yonib turish deb ataladi. Yonuvchan moddalardan minimal harorat, yonishdan keyin yonib ketadi va uni yoqishdan keyin otash harorati deyiladi. Fleshli nuqtadan yuqori.

Ateşleme yoki portlash sodir bo'lishi mumkin bo'lgan havodagi Yonuvchan moddalarning konsentratsiyasi ma'lum chegaralarda bo'ladi: pastki CWP va yuqori ERW. Yonuvchan qorishmalarning yallig'lanishi CELdan (aralashmaning etarli yonuvchan molekulalari) kamroq konsentrasiyalarda va yuqori ERW (aralashmasidan etarli bo'lmagan kislorod molekulalari) da mumkin emas. ERW va CWP o'rtasidagi farq qanchalik xavfli bo'lsa, moddaning qanchalik xavfli bo'lishi. Ushbu parametrlarning qiymatlari, masalan, chang-havo aralashmasining (PLN) namlik miqdori oshishi bilan, masalan, shakar, un, ko'mir qatlami bilan havo aralashmasi kamayishi mumkin.

Bir qator gazlar va suyuqlik bug'lari uchun NVP va SVV qiymatlari misollarini keltiramiz:

Asetilen 3,5-82%;

Tabiiy gaz 3.8-19.2%;

Benzin 1-6%;

Karbon monoksit 12,8-75%.

3.O'z-o'zidan olov- Ateşleme haroratida to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilmasdan, tashqi manbalardan (olov, isitilgan yoki qizib ketgan jism) moddalarni olov qilish jarayoni. Bu harorat ortib borayotgan bosim bilan kamayadi va ko'plab yonadigan gazlar uchun 400-700 ° C oralig'ida, yog'och uchun - 340-400 ° C; ko'mir - 400-500 ° S. O'z-o'zidan yonishning namunasi: ochiq olov yonida joylashgan (yoqilg'isiz) yoki issiq narsalarga (isitgich, isitgichning ochiq spirali) yaqinida joylashgan o'tin, qog'ozni isitish va keyinchalik olovda tutish.

4. Spontan yonish  modda modda (material) o'zi yuzaga kelgan jismoniy, kimyoviy va biologik reaktsiyalar natijasida yuzaga keladi va bu ateşleme manbai bo'lmasa yanmaya olib keladi.

Ko'p miqdorda nam hububot, pichan, somon va bu materiallar ichida etarli shamollatilganda saqlanayotganda, biokimyoviy jarayonlar (parchalanish) issiqlikning chiqishi bilan sodir bo'ladi. Ushbu materiallarning harorati ortadi, ularning katta massasi (kalamushlar, yig'im) hosil bo'ladigan issiqlikni tarqalishiga to'sqinlik qiladi, bu esa olovga olib keladi. Bunday materiallar saqlashdan oldin yaxshilab quritilishi kerak. Yog 'qorishmasini o'z ichiga olgan va shamollatilmagan holda to'plangan holda to'qilgan kontaktli aloqa (shkaflar, tozalovchi materiallar) ham o'z-o'zidan yonadi. Shu sababli, ish kiyimlari havodan erkin foydalanishni ta'minlaydigan tarzda osilgan bo'lishi kerak, va neft zudlik bilan ish joylaridan olib tashlanishi kerak.

Reaksiya tezligiga qarab yonish jarayoni davom etadi korruptsiya  (Bir necha sm / s tezlikni), aslida yonish  (Bir necha m / sek) va portlash sodir bo'ldi  (Bir necha yuz ming m / s).

5. Portlash- yuqori harorat, bosim, kimyoviy reagentlar ta'siri ostida moddaning jismoniy va kimyoviy holatida to'satdan o'zgarish. Portlash natijasida hosil bo'lgan gazlar va bug'larning miqdori sezilarli darajada oshib boradi, zarb to'lqini shaklida mexanik ishlarni amalga oshirishi mumkin (binolar, inshootlarni yo'qotish, odamlarga zarar etkazish).

Materiallarning yonishi to'liq yoki to'liq bo'lmasligi mumkin. To'liq yonish paytida (ortiqcha kislorod) yonuvchan bo'lmagan mahsulotlar hosil bo'ladi (CO 2 va H2O), to'liq bo'lmagan yonish (O 2 etishmasligi) bo'lsa, to'liq oksidlanish (CO, alkogol, kislotalar) mahsuloti hosil bo'ladi. Ular toksik va portlovchi. Shuning uchun yoqilg'ini yoqish jarayonini (qozonlarda, pechda) tashkil qilayotganda olovda etarli miqdorda kislorodni ta'minlash kerak.

1. Yonish nazariyasining asosiy tushunchalari.

1. Yonish jarayonlarining xususiyatlari.

Yonish - bu kimyoviy jarayonda murakkab fizik-kimyoviy jarayon

schenie energiya (asosan issiqlik va radiatsiya shaklida) chiqarilishi bilan birga,

va atrof-muhit bilan issiqlik va massa o'tkazish.

Yonish jarayonining asosi kimyoviy reaksiya bo'lib, u bilan davom etishi mumkin

tezlashtirish. O'z-o'zini tiklashning sabablari quyidagilar bo'lishi mumkin:

1. Tizimda issiqlik to'planishi - issiqlik tezlashuvi

2. Faol zarralar to'planishi - zanjirning o'z-o'zidan tezlashishi

3. Autokataliz reaksiya mahsuloti bilan tezlashadi.

Ko'pgina hollarda amalda muhim yonish jarayoni jismoniy jismoniy holatga mos keladi

yuqori haroratlarda kimyoviy konvertatsiya qilish yuqori tezlikda davom etishi va kimyoviy jarayonlar issiqlik uzatish va diffuziya kabi oddiy fizik qonunlarga bo'ysunishi va ular tomonidan tartibga solinishi sababli. Bu degani, kimyoviy reaksiya yuqori darajada davom etishi mumkin

cheklangan tezlikda va bir yoki birining qonunlariga bo'ysunadi

zik fenomeni.

Yonish jarayonlarining asosiy xususiyati - o'zini-o'zi tezlashtirish shartlari

kimyoviy reaksiya o'zi tomonidan yaratilgan. Kibernetikada bu hodisa ijobiy geribesleme, ya'ni tashqi sharoitda kichik o'zgarish bilan deyarli tezroq rejimga o'tish uchun statsionar reaksiya rejimidan o'tish mumkin, deyiladi.

reaktsiya tezligi chidamli ravishda oshadi. Tashqi muhit sharoitida kichik o'zgarish bilan reaksiya rejimida keskin o'zgarishlarning bunday hodisalari deyiladi

mavjud tanqidiy hodisalarva ular kuzatiladigan sharoitlar deyiladi

muhim shartlar.

Muhim voqealarga quyidagilar kiradi:

1. O'z-o'zidan olov

Ateşleme

3. Yong'in tarqalishi chegaralari.

Tanqidiy hodisalar tabiat qonunlari tubdan o'zgarib borayotganidan kelib chiqmaydi

reaktsiya tizimi va atrof-muhit o'rtasidagi muvozanatning natijasidir

atrof-muhit.

O'z-o'zidan yonish holati issiqlik yoki diffuziyaning teng bo'lmasligi hisoblanadi

atrof muhitning holati, kontaktning bu sharti dastlabki shartlarga muvofiq muvozanatdir.

Yonish jarayonlarining ikkinchi xususiyati ularning tarqalish qobiliyatidir

kosmosda. Yonishning issiqlik rejimida propagatsiya issiqlik o'tkazmasidan, zanjir yoki otokatalitik holda - faol zarralar tarqalishi orqali sodir bo'ladi.

2. Yonish turlari va turlari.

1. Ishtirokchilarning umumiy ahvoliga ko'ra:

a. Yonish gaz tizimlari - bir hil yonish

b. Qattiq va suyuq yonuvchan (qattiq-suyuq tizimlar va qattiq gaz tizimlarining) yonishi - heterojen yonish

v. Yengil tizimlarning yonishi (qattiq-suyuq tizimlar,

suyuq - suyuq, qattiq - suyuq).

2. Jarayonning tarqalish tezligiga ko'ra:

a. Deflatratsiya yonishi - jarayonning sekin tarqalishi (issiqlik o'tkazuvchanligi yoki diffuziya bilan)

b. Detonatsiya yonishi - jarayonning tez tarqalishi (

zarba to'lqinining kuchi).

3. Aerodinamik sharoitda:

a. Laminar yonish - tekis olov oldidir.

b. Turbulent yonish - yuqori buruqli olov yondiradi.

Ishtirokchilarning umumiy ahvoliga turli turdagi yonish misollar:

Homojen yonish:

Kislorodda organik yonish

CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (bug ')

Boshqa oksidlovchi gazlar mavjudligida yonish

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

Turg'un bo'lmagan moddalarning (ozon) parchalanishi

2O3 (g) = 3O2 (g)

Heterojen yonish:

Suyuq hidrazin yonishi:

N2 H4 (g) + O2 (g) = N2 (g) + 2H2O (bug ')

Karbon yonishi:

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

Barqaror bo'lmagan moddalarni parchalash (asetilen)

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

Yonish tizimlarining yonishi:

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

3. Yonish jarayonlarining termodinamikasi. Issiqlik balansi.

Yonish harorati: Yonish jarayonlarini to'rtta haroratda ifodalash odatiy holdir

perurat yonishi

t 0 273K boshlang'ich haroratga ega bo'lgan aralashmani issiqlik almashinuvini hisobga olmaganda

atrof-muhit.

3. Adiabatik Tg adabiyoti - atrof-muhit bilan issiqlik almashinuvini hisobga olmagan holda ixtiyoriy tarkibiy aralashmaning yonishi issiqligi bilan aniqlanadi.

4. Haqiqiy Tg operatsiyalari aslida kuzatilgan (o'lchangan) haroratdir

Yonish haroratining turli ta'riflari orasidagi nisbat

Yonish jarayonlarining issiqlik muvozanati so'rilgan issiqlikni aniqlashga asoslanadi

yonib turgan mahsulotlar. Issiqlik balansi tenglamasi quyidagicha:

q PG - yonish mahsuloti tomonidan so'rilgan issiqlik, Q p - kimyoviy reaksiyaning issiqligi,

Q ex tashqi manbalardan olinadigan issiqlik, Q ter esa issiqlik yo'qotishdir.

yonish. Yonuvchan mahsulotlarning deyarli tarqalishi faqatgina 20,000 S dan yuqori haroratlarda sezilarli hissa qo'shadi.

Yuqori va quyi issiqlik qiymati bor. Birinchi holatda, suv yonish mahsuloti sifatida suyuq shaklda, ikkinchi holatda, bug 'shaklida olinadi. Sizning soningizdan beri

bo'linadigan issiqlik yonadigan modda miqdoriga bog'liq, molar harorat esa

ssh va yonishning maxsus issiqligi. Ya'ni Yonish vaqtida chiqadigan issiqlik 1

mol yoki kilogramm yonuvchan material.

Yonishning o'ziga xos issiqligini hisoblash uchun (kJ / kg), D.I. formula tez-tez ishlatiladi.

Mendeleev

bu erda X - yoqilg'ining tarkibidagi elementlarning tarkibi% (massa), V - namlik.

Reaksiyaning issiqligini hisoblashning umumiy yondashuvi kimyoviy termodinamikaga asoslanadi

tizim tomonidan amalga oshiriladi. Keyin termodinamiğin birinchi qonunidan (energiya tejash qonuni

izobarik jarayonda p = const, integratsiya (1.7) va oddiy transformatsiyalar beradi

From (1.8) va (1.10), izochorik va izobar jarayonlarida issiqlik davlat funktsiyasining xususiyatlarini oladi, ya'ni, jarayonning yo'liga bog'liq emas. Ushbu qoidaga chaqiriladi gI qonuni Hess. Kimyoviy dastlabki va yakuniy holati

aktsiyalar boshlanadigan materiallar va reaktsiya mahsulotlaridan iborat. Oddiy moddalarning entalpi,

standart sharoitda (298K va 0.10113 MPa) barqarorligi nolga teng. Murakkab moddalar uchun entalpiyadagi o'zgarishlar elementlardan hosil bo'lganda ko'rib chiqiladi.

ekzotermik (issiqlik hosil qiladi).

4. Issiqlik quvvati. Reaksiyaning issiqlik ta'sirining haroratga bog'liqligi

Issiqlik quvvati - bu birlikni isitish uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori

moddaning massasi 1 K. Muayyan imolar termal imkoniyatlarini farqlash, ya'ni. 1 kg issiqlik uchun zarur bo'lgan issiqlik miqdori. Yoki 1 K uchun 1 mollik modda.

Haqiqiy molar issiqlik quvvati quyidagicha aniqlanadi.

C (1.12) dT

bu erda C - molyar issiqlik quvvati, mol K.

Issiqlik quvvati uchun doimiy hajm va bosim (isochoric va isobaric) bilan

(1,8) va (1,10) ni hisobga olamiz

Jarayonning issiqligining haroratda doimiy hajmda yoki bosimdagi bog'liqligiga e'tibor qarating. Tenglama (1.13) ni hisobga olamiz

Tenglama (1.14) deyiladi kirchhoff Tenglama.

Reaktsiya vaqtida issiqlik quvvatining o'zgarishi ifoda bilan aniqlanadi

ya'ni, reaktsiya mahsulotlari va boshlang'ich materiallarining issiqlik quvvati summasi o'rtasidagi farq.

Tenglama (1.14) dan kelib chiqqan holda, reaktsiya vaqtida issiqlik quvvatining o'zgarishi kuzatiladi

bu oqilona (ya'ni, mahsulotlarning issiqlik quvvati boshlang'ich materiallarining issiqlik quvvatlaridan past) va reaktsiyaning termal ta'siri salbiyroq bo'ladi, reaksiya yanada samaraliroq bo'ladi.

zotermik

(1.11) yordamida hisoblangan dart shartlari.

Haqiqiy moddalarning murakkab bir shaklda issiqlik qobiliyati haroratga bog'liq

Yonishning molekulyar energiyasi

Ko'p yonish jarayoni yonuvchan bo'lib, vodorod va uglerodni o'z ichiga oladi, havodan kislorod bilan ta'minlanadi.

Yonish nazariyasi fizikaviy-matematik asoslarini ko'rib chiqmasdan oldin, keladigan energiyaning molekulyar darajasida tushunishga harakat qilaylik, bularning barchasi ozod qilinadiganidan: gazni isitish, faol kimyoviy markazlarning paydo bo'lishi va boshqalar.

Keling, uglerod va vodorodni havoning kislorod bilan birlashtiradigan asosiy reaktsiyalarini qanday isloh qilishni ko'rib chiqamiz.

Biz ma'lumotlar jadvaliga muvofiq yozamiz. 3.1 Qattiq uglerodni ketma-ket oksidlanish reaksiyalarining energiya balansi, masalan, grafit:

Shunday qilib, jami qattiq uglerod oksidlanish reaktsiyasida 386 kJ / mol:

Vodorodni kislorod bilan birlashtirib, hajmini va energiyasini yopish:

CO molekulasi, ehtimol, eng bardoshli, bog'lash energiyasi esa 1016 kJ / mol dir. (Keyingi kuchda 892 kJ / mol molekulasi bo'lgan N2 molekulasi bo'lib, har ikkala molekulada ham uchta biriktiruvchi elektron mavjud bo'lib, kimyoviy tilda uchta valentlik aloqasi mavjud: CO molekulasida birinchi elektrondan O dan Cgacha, keyin O + va C- azot atomlariga o'xshashdir, bu CO molekulasida bir dipol momentning mavjudligi bilan tasdiqlanadi.) CO 2 molekulasida ikkinchi kislorod atomining bog'lanishi zaifdir: jadvalga muvofiq. 3.1

Bu birikmalardagi kislorodning ulanish energiyasi asl kislorod molekulasining ulanish energiyasiga o'xshash. Shunday qilib

keyin kislorod atomi uchun faqat 240 kJ / mol. Kislorod molekulasining past ulanish energiyasida, uning kimyoviy faolligi va energiya manbai sifatida oksidlanishdan foydalanishning sababi.

Grafitning kristall panjarasidagi (shuningdek olmos va amorf uglerod) bir uglerod atomining bog'lanish kuchi juda yuqori. CO (s) + 0.5O2 = = CO + 98 kJ / mol nisbiy kichik reaktsiya energiyasi ikkita juda katta miqdordagi farqi: CO ga ulanish energiyasidan (256 kJ / mol) (59 kJ / mol) ) va uglerod atomining vaporizatsiya issiqligidan chiqaring. Aslida bug'lanish issiqligi 671 kJ / molga teng. Bu juda katta miqdor.

Qattiq uglerod va gazsimon vodorodning uglevodorod yoqilg'iga aylanishi energiyaning kichik o'zgarishi bilan sodir bo'ladi. Boshqa tomondan, kislorod tina spirtlari, aldegid va ketonlarning organik molekulalariga kiritilganda, organik kislotalar, uglevodlar, tabiiy ravishda, teng miqdorda kislorod iste'mol qilish bilan to'liq yonish (CO2 va H2O) vaqtida chiqarilgandek deyarli ko'p energiya chiqariladi. Shuning uchun, har qanday organik yoqilg'ining to'liq yonishi bilan iste'mol qilingan kislorodning 419-500 kJ / mol bo'lganligi taxmin qilinadi. Faqat istisnolardan ayrim endotermik, energiyaga boy birikmalar, masalan, asetilen va dicyan, masalan, ularning yonishi issiqligi katta.

To'liq yonish nafaqat yoqilg'i molekulalarini hisoblashda emas, balki ishlatilgan kislorod molekulasida ham befoyda. Reaksiyoda 2Q (s) + O2 = 2CO bo'lsa, vodorod yonganda 466 o'rniga 210 litr kJ / mol va CO yonib ketganda 526 bo'ladi.

Uglerod atomida C atomining mustahkam birikmasi uglerod bug'lanmasligiga olib keladi. Karbon CO yoki CO2 shaklida kislorod bilan qattiq holni tark etadi.

To'liq yonish va past haroratda 2SO = SO2 + S (tv)) + 41 kJ / mol reaktsiyasi faqat kuchli uglerodga nisbatan foydali bo'ladi. Erkin uglerod atomini hisoblashda, 2CO = S02 + S - 129 kJ / mol bo'lgan reaktsiya katta energiya to'siqlariga ega. Shuning uchun, yonish vaqtida soot va kuyikish faqat uglerod skeletlari bo'lgan organik molekulalarning parchalanishidan hosil bo'ladi, lekin CO dan emas.

Endi azotni o'z ichiga olgan oksidlovchi reaktsiyaga o'tamiz.

N2 azot molekulasi juda kuchli - uning ajralishi energiyasi 226 kJ / mol dir. Shuning uchun N2 va O2 ni 2NOga aylantirish reaktsiyasi endotermik va termodinamik sabablarga ko'ra yuqori haroratda bo'lishi mumkin.

Azot va kisloroddan yuqori oksidi (NO2, N2O3, N2O4, N2O5) shakllanishi energiyaning deyarli hech qanday o'zgarishiga (N2 va O2ning ulanish energiyasiga nisbatan) bog'liq. Shuning uchun, energiya nuqtai nazaridan, azot (CH3-ONO2 - nitro Ester, CH3 (CeH2) (NO2) 3 - trinitrotolüen) aralashmalari bilan paketlangan kislorod deyarli gazli kislorodga teng. Organik molekula tarkibiga kiradigan, ammo azotga bog'langan kislorod molekulalar N2ni hosil qilish uchun qayta tashkil etilganda ko'p miqdorda energiya chiqaradigan moddalar yaratish imkonini beradi va kislorod CO2 va H2O molekulalariga o'tkaziladi. Shuning uchun kislorodning azotga (shuningdek xlorga, SYu3 va S04 guruhlarida) birikmalari aralashmalar va portlovchi moddalar sifatida ishlatiladi.

Ular yonishning molekulyar energiyasi haqida umumiy g'oyalar.