Пламя

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Пла́мя — явление, вызванное свечением раскалённой газообразной среды, в ряде случаев содержащей плазму и/или диспергированные твёрдые вещества, в которой происходят физико-химические превращения реагентов, приводящие к свечению, тепловыделению и саморазогреву.

Газообразная среда пламени содержит заряженные частицы (ионы, радикалы), что обусловливает наличие электропроводности пламени и взаимодействие его с электромагнитными полями. На этом принципе построены приборы, способные с помощью электромагнитного излучения приглушить пламя, оторвать от горючих материалов или изменить его форму.[1]

Эффект при смешивании воды с воском

Цвет пламени[править | править исходный текст]

Различный вид горелки Бунзена зависит от притока кислорода. Под номером 1 богатая топливная смесь без предварительного смешивания с кислородом (подача кислорода закрыта) горит жёлтым коптящим рассеянным пламенем. 2 — подача воздуха снизу почти перекрыта. 3 — открыта в средней мере (смесь близка к стехиометрической). 4 — подача воздуха максимальная (бедная смесь).

Цвет пламени определяется в первую очередь тепловым излучением и излучением квантовых переходов.

Температура пламени[править | править исходный текст]

Температура воспламенения для большинства твердых материалов — 300°С. Температура пламени в горящей сигарете — 700—800°С. В спичке температура пламени 750—850 °С, при этом 300°С — температура воспламенения дерева, а температура горения дерева равняется примерно 800—1000 °С. Температура горения пропан-бутана колеблется от 800 до 1970 °С. Температура пламени керосина — 800, в среде чистого кислорода — 2000 °С. Температура горения бензина — 1300—1400 °С. Температура пламени спирта не превышает 900 °С. Температура горения магния — 2200 °С. Температура горения солярки -1800-2000

Пламя свечи[править | править исходный текст]

Анимация пламени свечи

Обычное пламя, которое мы наблюдаем при горении свечи, пламя зажигалки или спички, представляет собой поток раскалённых газов, вытянутый вертикально за счёт силы Архимеда (горячие газы стремятся подниматься вверх). Сначала фитиль свечи нагревается и парафин начинает испаряться. Для зоны 1, самой нижней, характерно небольшое синее свечение — там много топлива и мало кислорода. Поэтому, происходит неполное сгорание топлива с образованием СО, который, окисляясь на самом крае конуса пламени, придает ему синий цвет. В зону 2 за счет диффузии проникает больше кислорода, там происходит дальнейшее окисление топлива, температура больше, чем в зоне 1, но его все же недостаточно для полного сгорания топлива. В зоне 1 и зоне 2 содержатся несгоревшие капельки топлива и частицы угля. Из-за сильного нагревания они светятся. Испарившееся топливо и продукты его горения — углекислый газ и вода — почти не светятся. В зоне 3 концентрация кислорода ещё больше. Там происходит догорание несгоревших частиц топлива, которые светились в зоне 2, поэтому эта зона почти не светится, хотя там самая высокая температура.

Классификация[править | править исходный текст]

Пламя классифицируют по:

  • агрегатному состоянию горючих веществ : пламя газообразных, жидких, твёрдых и аэродисперсных реагентов;
  • излучению : светящиеся, окрашенные, бесцветные;
  • состоянию среды горючее − окислитель : диффузионные, предварительно перемешанных сред;
  • характеру перемещения реакционной среды : ламинарные, турбулентные, пульсирующие;
  • температуре : холодные, низкотемпературные, высокотемпературные;
  • скорости распространения : медленные, быстрые;
  • высоте : короткие, длинные;
  • визуальному восприятию : коптящие, прозрачные, цветные.

В ламинарном диффузионном пламени можно выделить 3 зоны (оболочки). Внутри конуса пламени имеются: тёмная зона (300−350 °C), где горение не происходит из-за недостатка окислителя; светящаяся зона, где происходит термическое разложение горючего и частичное его сгорание (500−800 °C); едва светящаяся зона, которая характеризуется окончательным сгоранием продуктов разложения горючего и макс. температурой (900−1500 °C). Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя.

Распространение пламени по предварительно перемешанной среде (невозмущённой), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени. Величина такой НСРП является основную характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимально возможную скорость пламени. Значения НСРП отличаются у различных горючих смесей − от 0,03 до 15 м/с.

Распространение пламени по реально существующим газовоздушным смесям всегда осложнено внешними возмущающими воздействиями, обусловленными силами тяжести, конвективными потоками, трением и т. д. Поэтому реальные скорости распространения пламени всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения, скорости распространения пламени имеют следующие диапазоны величин: при дефлаграционном горении − до 100 м/с; при взрывном горении − от 300 до 1000 м/с; при детонационном горении − свыше 1000 м/с.

Пламя горящей свечи сопровождало человека тысячи лет.

Окислительное пламя[править | править исходный текст]

Расположено в верхней, самой горячей части пламени, где горючие вещества практически полностью превращены в продукты горения. В данной области пламени избыток кислорода и недостаток топлива, поэтому помещённые в эту зону вещества интенсивно окисляются.

Восстановительное пламя[править | править исходный текст]

Это часть пламени, наиболее близко расположенная к центру или чуть ниже центра пламени. В этой области пламени много топлива и мало кислорода для горения, поэтому, если внести в эту часть пламени вещество, содержащее кислород, то кислород отнимается у вещества.

Проиллюстрировать это можно на примере реакции восстановления сульфата бария BaSO4. С помощью платиновой петли забирают BaSO4 и нагревают его в восстановительной части пламени спиртовой горелки. При этом сульфат бария восстанавливается и образуется сульфид бария BaS. Поэтому пламя и называют восстановительным.

Пламенный тест на натрий.

Цвет пламени зависит от нескольких факторов. Наиболее важны: температура, наличие в пламени микрочастиц и ионов, определяющих эмиссионный спектр.

Применение[править | править исходный текст]

Пламя (окислительное и восстановительное) используется в аналитической химии, в частности, при получении окрашенных перлов для быстрой идентификации минералов и горных пород, в том числе в полевых условиях, с помощью паяльной трубки.


Пламя в условиях невесомости[править | править исходный текст]

В условиях, когда ускорение свободного падения компенсируется центробежной силой, например, при полете по орбите земли, горение вещества выглядит несколько иначе. Поскольку ускорение свободного падения компенсировано, сила Архимеда практически отсутствует. Таким образом, в условиях невесомости горение веществ происходит у самой поверхности вещества (пламя не вытягивается), а сгорание более полное. Продукты горения постепенно равномерно распространяются в среде.

В струе воздуха пламя вытягивается и принимает привычный облик. Пламя газовых горелок благодаря давлению газа в условиях невесомости внешне также не отличается от горения в земных условиях.

См. также[править | править исходный текст]

Литература[править | править исходный текст]

Тидеман Б. Г., Сциборский Д. Б. Химия горения. — Л., 1935.

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Журнал «Популярная механика» Выпуск 106 август 2011. стр. 18