En el procés de combustió es forma una flama, l'estructura de la qual es deu a les substàncies que reaccionen. La seva estructura es divideix en regions en funció dels indicadors de temperatura.
Definició
Les flames s'anomenen gasos calents, en què els components o substàncies del plasma estan presents en forma sòlida dispersa. Realitzen transformacions de tipus físic i químic, acompanyades de luminescència, alliberament d'energia tèrmica i escalfament.
La presència de partícules iòniques i radicals en un medi gasós caracteritza la seva conductivitat elèctrica i el seu comportament especial en un camp electromagnètic.
Què són les flames
En general, aquest és el nom dels processos associats a la combustió. En comparació amb l'aire, la densitat del gas és menor, però les altes temperatures fan que el gas augmenti. Així es formen les flames, que són llargues i curtes. Sovint hi ha una transició suau d'una forma a una altra.
Flama: estructura i estructura
Per determinar l'aparició del fenomen descrit, n'hi ha prou d'encendre un cremador de gas. La flama no lluminosa resultant no es pot anomenar homogènia. Visualment, n'hi ha tresàrees principals. Per cert, l'estudi de l'estructura de la flama mostra que diferents substàncies cremen amb la formació d'un altre tipus de torxa.
Quan una barreja de gas i aire crema, es forma per primera vegada una torxa curta, el color de la qual té tonalitats blaves i morades. El nucli és visible en ell: verd-blau, semblant a un con. Considereu aquesta flama. La seva estructura es divideix en tres zones:
- Separa la zona preparatòria on s'escalfa la barreja de gas i aire quan surt del forat del cremador.
- Va seguit de la zona on es produeix la combustió. Ella ocupa la part superior del con.
- Quan hi ha f alta de flux d'aire, el gas no es crema completament. S'alliberen residus d'òxid de carboni divalent i hidrogen. La seva postcombustió té lloc a la tercera zona, on hi ha accés a l'oxigen.
Ara considerem diferents processos de combustió per separat.
Espelmes enceses
Cremar una espelma és com cremar un lluminós o un encenedor. I l'estructura de la flama d'una espelma s'assembla a un corrent de gas calent, que s'aixeca a causa de les forces de flotació. El procés comença amb l'escalfament de la metxa, seguit de l'evaporació de la parafina.
La zona més baixa dins i adjacent al fil s'anomena primera regió. Té un lleuger resplendor blau a causa de la gran quantitat de combustible, però el petit volum de la barreja d'oxigen. Aquí, el procés de combustió incompleta de substàncies es porta a terme amb l'alliberament de monòxid de carboni, que s'oxida encara més.
Primera zonaenvoltat per una segona petxina lluminosa, que caracteritza l'estructura de la flama de la vela. Hi entra un volum més gran d'oxigen, fet que provoca la continuació de la reacció oxidativa amb la participació de molècules de combustible. Els indicadors de temperatura aquí seran més alts que a la zona fosca, però insuficients per a la descomposició final. És a les dues primeres zones on apareix un efecte lluminós quan les gotes de combustible no cremat i partícules de carbó s'escalfen fortament.
La segona zona està envoltada per una closca subtil amb alts valors de temperatura. Hi entren moltes molècules d'oxigen, la qual cosa contribueix a la combustió completa de les partícules de combustible. Després d'oxidar les substàncies, l'efecte lluminós no s'observa a la tercera zona.
Esquemàtic
Per a més claredat, us presentem la imatge d'una espelma encesa. El patró de flames inclou:
- Primera zona o zona fosca.
- Segona zona lluminosa.
- Tercera closca transparent.
El fil de l'espelma no es crema, però només es produeix la carbonització de l'extrem doblegat.
Làmpada d'esperit ardent
Sovint s'utilitzen petits dipòsits d'alcohol per a experiments químics. S'anomenen làmpades d'alcohol. La metxa del cremador està impregnada amb combustible líquid abocat pel forat. Això es facilita per la pressió capil·lar. En arribar a la part superior lliure de la metxa, l'alcohol comença a evaporar-se. En estat de vapor, s'encén i crema a una temperatura no superior a 900 °C.
La flama del llum d'esperit té una forma normal, és gairebé incolora, amb una lleugera tonalitatblau. Les seves zones no són tan clarament visibles com les d'una espelma.
Al cremador d'alcohol, que porta el nom del científic Bartel, l'inici del foc es troba a sobre de la graella incandescent del cremador. Aquest aprofundiment de la flama provoca una disminució del con fosc interior i la secció central surt del forat, que es considera la més calenta.
Característica del color
Emissions de diferents colors de flama, causades per transicions electròniques. També s'anomenen tèrmiques. Així, com a resultat de la combustió del component hidrocarbur a l'aire, la flama blava es deu a l'alliberament del compost H-C. I quan s'emeten partícules C-C, la torxa es torna de color taronja-vermell.
És difícil veure l'estructura de la flama, la química de la qual inclou compostos d'aigua, diòxid de carboni i monòxid de carboni, l'enllaç OH. Les seves llengües són pràcticament incolores, ja que les partícules anteriors emeten radiació ultraviolada i infraroja quan es cremen.
El color de la flama està interconnectat amb indicadors de temperatura, amb la presència de partícules iòniques, que pertanyen a un determinat espectre d'emissió o òptic. Així, la crema d'alguns elements provoca un canvi de color del foc en el cremador. Les diferències en el color de la torxa estan associades amb la disposició dels elements en diferents grups del sistema periòdic.
Foc per la presència de radiació relacionada amb l'espectre visible, estudia l'espectroscopi. Al mateix temps, es va trobar que les substàncies simples del subgrup general també tenen una coloració similar de la flama. Per a més claredat, la combustió de sodi s'utilitza com a prova per a aixòmetall. Quan es posa a la flama, les llengües es tornen de color groc brillant. Segons les característiques del color, la línia de sodi s'aïlla en l'espectre d'emissió.
Els metalls alcalins es caracteritzen per la propietat d'excitació ràpida de la radiació lumínica de les partícules atòmiques. Quan s'introdueixen compostos poc volàtils d'aquests elements al foc d'un cremador Bunsen, aquest es pinta.
L'examen espectroscòpic mostra línies característiques a la zona visible per l'ull humà. La velocitat d'excitació de la radiació lumínica i l'estructura espectral simple estan estretament relacionades amb la característica alta electropositiva d'aquests metalls.
Característica
La classificació de la flama es basa en les característiques següents:
- estat agregat dels compostos en combustió. Es presenten en formes gasoses, aerodisperses, sòlides i líquides;
- un tipus de radiació que pot ser incolora, lluminosa i acolorida;
- velocitat de distribució. Hi ha una propagació ràpida i lenta;
- alçada de la flama. L'estructura pot ser curta o llarga;
- caràcter de moviment de mescles que reaccionen. Assigna moviments pulsatius, laminars i turbulents;
- percepció visual. Les substàncies cremen amb una flama fumosa, de color o transparent;
- indicador de temperatura. La flama pot ser de baixa temperatura, freda i alta temperatura.
- estat de la fase combustible - agent oxidant.
La ignició es produeix com a resultat de la difusió o la barreja prèvia dels ingredients actius.
Regió d'oxidació i reducció
El procés d'oxidació té lloc en una zona poc visible. Ella és la més calenta i es troba a la part superior. En ell, les partícules de combustible es sotmeten a una combustió completa. I la presència d'excés d'oxigen i deficiència de combustible condueix a un procés d'oxidació intensiu. Aquesta funció s'ha d'utilitzar per escalfar objectes sobre el cremador. És per això que la substància està immersa a la part superior de la flama. Aquesta combustió procedeix molt més ràpid.
Les reaccions de reducció tenen lloc a la part central i inferior de la flama. Conté una gran quantitat de substàncies combustibles i una petita quantitat de molècules O2 que duen a terme la combustió. Quan s'introdueixen compostos que contenen oxigen en aquestes àrees, l'element O es trenca.
El procés de divisió de sulfat ferros s'utilitza com a exemple de flama reductora. Quan FeSO4 entra a la part central de la flama del cremador, primer s'escalfa i després es descompon en òxid fèrric, anhídrid i diòxid de sofre. En aquesta reacció, s'observa la reducció de S amb una càrrega de +6 a +4.
Flama de soldadura
Aquest tipus de foc es forma com a resultat de la combustió d'una barreja de gas o vapor líquid amb oxigen a l'aire net.
Un exemple és la formació d'una flama d'oxi-acetilè. Destaca:
- zona bàsica;
- àrea de recuperació mitjana;
- zona final de flare.
Tantes cremadesmescles gas-oxigen. Les diferències en la proporció d'acetilè i oxidant condueixen a un tipus diferent de flama. Pot ser d'estructura normal, cementant (acetilènica) i oxidant.
Teòricament, el procés de combustió incompleta de l'acetilè en oxigen pur es pot caracteritzar per la següent equació: HCCH + O2 → H2+ CO + CO (la reacció requereix un mol d'O2).
L'hidrogen molecular i el monòxid de carboni resultants reaccionen amb l'oxigen de l'aire. Els productes finals són aigua i monòxid de carboni tetravalent. L'equació té aquest aspecte: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. Aquesta reacció requereix 1,5 mols d'oxigen. En resumir O2, resulta que es gasten 2,5 mol en 1 mol d'HCCH. I com que a la pràctica és difícil trobar oxigen perfectament pur (sovint té una lleugera contaminació amb impureses), la proporció de O2 a HCCH serà d'1,10 a 1,20.
Quan la proporció d'oxigen a acetilè és inferior a 1,10, es produeix una flama de cementació. La seva estructura té un nucli engrandit, els seus contorns es tornen borrosos. Aquest incendi s'emet sutge a causa de la manca de molècules d'oxigen.
Si la proporció de gasos és superior a 1, 20, s'obté una flama oxidant amb un excés d'oxigen. El seu excés de molècules destrueix els àtoms de ferro i altres components del cremador d'acer. En aquesta flama, la part nuclear es torna curta i punxeguda.
Lectures de temperatura
Cada zona de foc d'espelma o cremador téels seus valors a causa del subministrament de molècules d'oxigen. La temperatura d'una flama oberta en les seves diferents parts oscil·la entre els 300 °C i els 1600 °C.
Un exemple és una flama de difusió i laminar, que està formada per tres closques. El seu con consta d'una zona fosca amb una temperatura de fins a 360 ° C i una manca d'agent oxidant. A sobre hi ha una zona de resplendor. El seu indicador de temperatura oscil·la entre els 550 i els 850 °C, la qual cosa contribueix a la descomposició de la mescla tèrmica combustible i la seva combustió.
La zona exterior amb prou feines és visible. En ell, la temperatura de la flama arriba als 1560 ° C, que es deu a les característiques naturals de les molècules de combustible i la velocitat d'entrada de l'agent oxidant. Aquí és on la crema és més intensa.
Les substàncies s'encenen a diferents condicions de temperatura. Per tant, el magnesi metàl·lic només es crema a 2210 °C. Per a molts sòlids, la temperatura de la flama és d'uns 350 °C. Els llumins i el querosè es poden encendre a 800 °C, mentre que la fusta es pot encendre entre 850 °C i 950 °C.
Un cigarret crema amb una flama la temperatura de la qual varia de 690 a 790 °C, i en una barreja de propà-butà de 790 °C a 1960 °C. La gasolina s'encén a 1350 °C. La flama de la crema d'alcohol té una temperatura no superior a 900 °C.
