Cжигание газа
Процесс горения.
Горение относят к экзотермическим физико-химическим реакциям, то есть реакциям которые протекают с выделением тепла. Горение - экзотермическая реакция в ходе которой при высоких температурах взаимодействуют горючие газы и кислород.
Горение — основной источник тепла в мире. Камины прекрасно используют этот принцип для отопления всего помещения. Реакция горения проходит с растущим самоускорением вследствие выделения тепла в ходе реакции. Скорость данного процесса сильно зависит от температуры. Смесь может храниться при комнатной температуре достаточно долго. Если температура достигнет критической, смесь может взорваться или воспламениться.
Условия горения.
Сжигание природных и смешанных газов, которые состоят из таких компонентов, как водород, метан, оксид углерода, тяжелые углеводороды, проводят в бытовых печах. В них и в остальных тепловых агрегатах горение может происходить при определенных условиях, когда концентрация газа в пределах воспламеняемости. Это объясняется потерями тепла при горении. Они растут, когда смесь разбавлена кислородом, воздухом или газом, снижается скорость распространения пламени, тогда после устранения источника зажигания горение прекращается.
Понятие нижнего и верхнего пределов взрываемости.
Пределы взрываемости подразделяют на верхний и нижний. У простых газов существуют разные пределы возгорания, которые можно найти в специальных таблицах. Если концентрация газа слишком большая и превосходит верхний предел взрываемости, то в смеси слишком мало воздуха, чтобы полностью сжечь газ. Когда газа мало, и его количество не соответствует нижнему пределу, то данная смесь гореть не будет, так как производимой теплоты недостаточно для того, чтобы подогреть газовоздушную смесь до температуры воспламенения. Чем шире диапазон пределов воспламеняемости, а нижний предел ниже, тем взрывоопаснее газ. Если Вас смущает опасность использования таких отопительных приборов, то обратите внимание на электрокамины.
Активные центры.
Молекулы всех веществ состоят из атомов, которые удерживаются благодаря взаимному притяжению с разной степенью прочности. Молекулы движутся и сталкиваются.
Они сталкиваются с небольшой скоростью, если температура смеси невысокая и, ударяясь отскакивают друг от друга. По мере роста температуры молекулы начинают двигаться быстрее, в связи с этим сила удара молекул друг о друга также увеличивается и в итоге столкновения связи между атомами нарушаются, что приводит к распаду молекулы. Вследствие химической реакции высвобождается энергия, ранее затраченная на соединение атомов, эта энергия добавится к кинетической энергии, унаследованной атомами в процессе разрушения молекулы. Осколки молекулы превратятся в активные центры.
Воздействие температуры на реакцию горения.
Невысокая температура поддерживает в смеси относительное равновесие процессов, поэтому даже если некоторые центры соединяются, то эти соединения очень непрочные и быстро распадаются, так как гибнут сами активные центры. Если температура высокая, то активные центры, при столкновении с молекулами способны разбить их и создать новые активные центры или образовать новые молекулы, так как их запаса энергии вполне достаточно. Для того, чтобы началось взаимодействие кислорода с горючим газом нужно, чтобы температура смеси превосходила температуру воспламенения. Только при таких условиях скорость появления активных центров будет выше скорости их гибели.
Образование новых молекул.
Вновь возникшие центры активности вызывают серию превращений и в результате появляются молекулы инертного конечного продукта, а также продолжается появление активных центров, образование которых в дальнейшем также приводит к возникновению молекул конечного продукта и появлению активных центров.
Столкновение между активным атомом водорода и молекулой кислорода приводит к тому, что из последней выбивается один атом, а с оставшимся образуется неустойчивое соединение — гидроксильная группа OH. В свою очередь столкновение между активным атомом кислорода и молекулой водорода приводит к тому, что теперь уже из молекулы водорода выбивается один атом, а с другим образуется гидроксильная группа.
Молекула водяного пара.
Гидроксильная группа сталкивается с молекулой водорода и, выбивая один атом водорода, образует устойчивую молекулу водяного пара с другим. Постоянные соударения меняют состав смеси, уменьшается концентрация водорода и кислорода, образуется водяной пар. В процессе реакции взаимодействия газа с кислородом происходит выделение энергии, которая увеличивает скорость движения молекул газов, участвующих в реакции, что приводит к росту скорости появления активных центров. Реакция самоускоряется и приводит к тому, что время взаимодействия между веществами стремится у нулю. Таким образом, после достижения нужной температуры реакция горения проходит очень быстро, сопровождаясь выделением достаточного количества теплоты.
