در فرآیند احتراق شعله ای تشکیل می شود که ساختار آن به دلیل مواد واکنش دهنده است. ساختار آن بسته به شاخص های دما به مناطق تقسیم می شود.
تعریف
شعله ها را گازهای داغ می نامند که در آن اجزا یا مواد پلاسما به صورت پراکنده جامد وجود دارند. آنها دگرگونی هایی از نوع فیزیکی و شیمیایی را انجام می دهند که با درخشندگی، آزادسازی انرژی حرارتی و گرمایش همراه است.
وجود ذرات یونی و رادیکال در یک محیط گازی مشخصه رسانایی الکتریکی و رفتار خاص آن در میدان الکترومغناطیسی است.
شعله ها چیست
معمولاً این نام فرآیندهای مرتبط با احتراق است. در مقایسه با هوا، چگالی گاز کمتر است، اما دمای بالا باعث افزایش گاز می شود. به این ترتیب شعله های آتش بلند و کوتاه به وجود می آیند. اغلب یک انتقال آرام از یک شکل به شکل دیگر وجود دارد.
شعله: ساختار و ساختار
برای تعیین ظاهر پدیده توصیف شده کافی است یک مشعل گاز روشن کنید. شعله غیر درخشان حاصل را نمی توان همگن نامید. از نظر بصری، سه مورد وجود داردنواحی اصلی. به هر حال، مطالعه ساختار شعله نشان می دهد که مواد مختلف با تشکیل نوع متفاوتی از مشعل می سوزند.
هنگامی که مخلوطی از گاز و هوا می سوزد، ابتدا مشعل کوتاهی تشکیل می شود که رنگ آن دارای رنگ های آبی و بنفش است. هسته در آن قابل مشاهده است - سبز-آبی، شبیه یک مخروط. این شعله را در نظر بگیرید. ساختار آن به سه ناحیه تقسیم می شود:
- منطقه آماده سازی را که در آن مخلوط گاز و هوا هنگام خروج از سوراخ مشعل گرم می شود، جدا کنید.
- پس از آن منطقه ای که احتراق در آن رخ می دهد، قرار می گیرد. او بالای مخروط را اشغال می کند.
- وقتی جریان هوا کم باشد، گاز به طور کامل نمی سوزد. اکسید کربن دو ظرفیتی و بقایای هیدروژن آزاد می شوند. پس سوزاندن آنها در ناحیه سوم، جایی که دسترسی به اکسیژن وجود دارد، انجام می شود.
حالا بیایید فرآیندهای احتراق مختلف را جداگانه در نظر بگیریم.
شمع سوز
سوزاندن شمع مانند سوزاندن کبریت یا فندک است. و ساختار شعله شمع شبیه جریان گاز داغ است که در اثر نیروهای شناور به سمت بالا کشیده می شود. این فرآیند با گرم کردن فتیله و سپس تبخیر پارافین آغاز می شود.
پایین ترین ناحیه در داخل و مجاور نخ، اولین ناحیه نامیده می شود. به دلیل مقدار زیاد سوخت، اما حجم کم مخلوط اکسیژن، درخشش آبی کمی دارد. در اینجا، فرآیند احتراق ناقص مواد با آزاد شدن مونوکسید کربن انجام می شود که بیشتر اکسید می شود.
منطقه اولاحاطه شده توسط یک پوسته دوم نورانی، که ساختار شعله شمع را مشخص می کند. حجم بیشتری از اکسیژن وارد آن می شود که باعث ادامه واکنش اکسیداتیو با مشارکت مولکول های سوخت می شود. شاخص های دما در اینجا بالاتر از منطقه تاریک خواهد بود، اما برای تجزیه نهایی کافی نیست. در دو ناحیه اول است که وقتی قطرات سوخت نسوخته و ذرات زغال سنگ به شدت گرم می شوند، یک اثر نورانی ظاهر می شود.
منطقه دوم توسط یک پوسته ظریف با مقادیر دمای بالا احاطه شده است. بسیاری از مولکول های اکسیژن وارد آن می شوند که به احتراق کامل ذرات سوخت کمک می کند. پس از اکسید شدن مواد، اثر نورانی در ناحیه سوم مشاهده نمی شود.
شماتیک
برای وضوح تصویری از یک شمع در حال سوختن را در اختیار شما قرار می دهیم. الگوی شعله شامل:
- منطقه اول یا تاریک.
- منطقه نورانی دوم.
- سومین پوسته شفاف.
نخ شمع نمی سوزد، بلکه فقط زغال شدن انتهای خم شده رخ می دهد.
لامپ روح سوز
مخازن کوچک الکل اغلب برای آزمایشات شیمیایی استفاده می شود. به آنها لامپ الکلی می گویند. فتیله مشعل آغشته به سوخت مایع است که از طریق سوراخ ریخته می شود. این با فشار مویرگی تسهیل می شود. با رسیدن به بالای آزاد فتیله، الکل شروع به تبخیر می کند. در حالت بخار، آتش زده می شود و در دمای بیش از 900 درجه سانتی گراد می سوزد.
شعله چراغ روح شکل معمولی دارد، تقریباً بی رنگ است، با رنگ کمی.آبی. نواحی آن به وضوح مانند مناطق شمع قابل مشاهده نیستند.
در مشعل الکلی که به نام دانشمند بارتل نامگذاری شده است، ابتدای آتش در بالای شبکه رشته ای مشعل قرار دارد. این عمیق شدن شعله منجر به کاهش مخروط تیره داخلی می شود و قسمت میانی از سوراخ خارج می شود که داغ ترین آن محسوب می شود.
ویژگی رنگ
انتشار رنگهای مختلف شعله، ناشی از انتقال الکترونیکی. به آنها حرارتی نیز می گویند. بنابراین، در نتیجه احتراق جزء هیدروکربنی موجود در هوا، شعله آبی به دلیل آزاد شدن ترکیب H-C است. و هنگامی که ذرات C-C ساطع می شوند، مشعل نارنجی مایل به قرمز می شود.
دیدن ساختار شعله، که ترکیب شیمیایی آن شامل ترکیبات آب، دی اکسید کربن و مونوکسید کربن، پیوند OH است، دشوار است. زبان‌های آن عملاً بی‌رنگ هستند، زیرا ذرات فوق در هنگام سوختن، اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز ساطع می‌کنند.
رنگ شعله با نشانگرهای دما، با حضور ذرات یونی در آن، که به گسیل یا طیف نوری خاصی تعلق دارند، به هم مرتبط است. بنابراین، سوختن برخی از عناصر منجر به تغییر رنگ آتش در مشعل می شود. تفاوت در رنگ‌آمیزی مشعل با چیدمان عناصر در گروه‌های مختلف سیستم تناوبی مرتبط است.
آتش برای حضور تشعشعات مربوط به طیف مرئی، طیف سنجی را مطالعه کنید. در همان زمان، مشخص شد که مواد ساده از زیر گروه عمومی نیز رنگ مشابهی از شعله دارند. برای وضوح، احتراق سدیم به عنوان آزمایشی برای این مورد استفاده می شودفلز. وقتی داخل شعله می‌روند، زبان‌ها زرد روشن می‌شوند. بر اساس ویژگی های رنگ، خط سدیم در طیف انتشار ایزوله می شود.
فلزات قلیایی با خاصیت تحریک سریع تابش نور ذرات اتمی مشخص می شوند. هنگامی که ترکیبات کم فرار چنین عناصری به آتش سوزی بونسن وارد می شود، رنگی می شود.
معاینه طیف سنجی خطوط مشخصی را در ناحیه قابل مشاهده با چشم انسان نشان می دهد. سرعت برانگیختگی تابش نور و ساختار طیفی ساده ارتباط نزدیکی با ویژگی الکتروپوزیتیو بالای این فلزات دارد.
ویژگی
طبقه بندی شعله بر اساس ویژگی های زیر است:
- حالت کل ترکیبات در حال سوختن. آنها به شکل های گازی، هوا پراکنده، جامد و مایع هستند؛
- نوعی تشعشع که می تواند بی رنگ، درخشان و رنگی باشد؛
- سرعت توزیع. انتشار سریع و آهسته وجود دارد؛
- ارتفاع شعله. ساختار می تواند کوتاه یا بلند باشد؛
- شخصیت حرکت مخلوط های واکنش دهنده. تخصیص حرکت ضربانی، آرام، متلاطم؛
- ادراک بصری. مواد با شعله دودی، رنگی یا شفاف می سوزند؛
- نشانگر دما. شعله می تواند دمای پایین، سرد و زیاد باشد.
- وضعیت سوخت فاز - عامل اکسید کننده.
اشتعال در نتیجه انتشار یا پیش اختلاط مواد فعال رخ می دهد.
منطقه اکسیداسیون و احیا
فرایند اکسیداسیون در یک منطقه نامحسوس انجام می شود. او داغ ترین است و در بالا قرار دارد. در آن، ذرات سوخت تحت احتراق کامل قرار می گیرند. و وجود اکسیژن اضافی و کمبود سوخت منجر به فرآیند اکسیداسیون شدید می شود. این ویژگی باید هنگام گرم کردن اجسام روی مشعل استفاده شود. به همین دلیل ماده در قسمت بالایی شعله فرو می رود. چنین احتراقی بسیار سریعتر پیش می رود.
واکنش های کاهشی در قسمت های مرکزی و پایینی شعله انجام می شود. حاوی مقدار زیادی مواد قابل احتراق و مقدار کمی مولکول O2 است که احتراق را انجام می دهند. هنگامی که ترکیبات حاوی اکسیژن به این مناطق وارد می شوند، عنصر O شکسته می شود.
فرآیند تقسیم سولفات آهن به عنوان نمونه ای از شعله کاهنده استفاده می شود. هنگامی که FeSO4 وارد قسمت مرکزی شعله مشعل می شود، ابتدا گرم می شود و سپس به اکسید آهن، انیدرید و دی اکسید گوگرد تجزیه می شود. در این واکنش کاهش S با بار از 6+ به 4+ مشاهده می شود.
شعله جوش
این نوع آتش در نتیجه احتراق مخلوط گاز یا بخار مایع با اکسیژن در هوای پاک ایجاد می شود.
یک مثال، تشکیل شعله اکسی استیلن است. برجسته می کند:
- منطقه اصلی؛
- منطقه بهبودی متوسط؛
- منطقه پایان شعله ور شدن.
خیلی ها می سوزندمخلوط گاز و اکسیژن تفاوت در نسبت استیلن و اکسید کننده منجر به نوع متفاوتی از شعله می شود. این می تواند ساختار معمولی، کربوردار (استیلنیک) و اکسید کننده باشد.
از نظر تئوری، فرآیند احتراق ناقص استیلن در اکسیژن خالص را می توان با معادله زیر مشخص کرد: HCCH + O2 → H2+ CO + CO (واکنش به یک مول O2 نیاز دارد).
هیدروژن مولکولی و مونوکسید کربن حاصل با اکسیژن هوا واکنش می دهند. محصولات نهایی آب و مونوکسید کربن چهار ظرفیتی هستند. معادله به این صورت است: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. این واکنش به 1.5 مول اکسیژن نیاز دارد. وقتی O2 را جمع می کنیم، معلوم می شود که 2.5 مول روی 1 مول HCCH خرج می شود. و از آنجایی که در عمل یافتن اکسیژن کاملا خالص دشوار است (اغلب آلودگی جزئی به ناخالصی ها دارد)، نسبت O2 به HCCH 1.10 به 1.20 خواهد بود..
هنگامی که نسبت اکسیژن به استیلن کمتر از 1.10 باشد، شعله کربورسازی رخ می دهد. ساختار آن دارای یک هسته بزرگ است، خطوط آن تار می شود. دوده از چنین آتش سوزی به دلیل کمبود مولکول های اکسیژن منتشر می شود.
اگر نسبت گازها بیشتر از 1، 20 باشد، شعله اکسید کننده با اکسیژن اضافی به دست می آید. مولکول های اضافی آن اتم های آهن و سایر اجزای مشعل فولادی را از بین می برند. در چنین شعله ای قسمت هسته کوتاه و نوک تیز می شود.
خوانش دما
هر منطقه آتش شمع یا مشعل دارایارزش آنها به دلیل تامین مولکول های اکسیژن است. دمای شعله باز در قسمت های مختلف آن از 300 درجه سانتیگراد تا 1600 درجه سانتیگراد متغیر است.
یک مثال شعله پخشی و آرام است که توسط سه پوسته تشکیل می شود. مخروط آن شامل یک منطقه تاریک با دمای تا 360 درجه سانتیگراد و عدم وجود عامل اکسید کننده است. بالای آن یک منطقه درخشش است. نشانگر دمای آن بین 550 تا 850 درجه سانتیگراد است که به تجزیه مخلوط قابل احتراق حرارتی و احتراق آن کمک می کند.
ناحیه بیرونی به سختی قابل مشاهده است. در آن دمای شعله به 1560 درجه سانتی گراد می رسد که به دلیل ویژگی های طبیعی مولکول های سوخت و سرعت ورود عامل اکسید کننده است. اینجاست که سوزش شدیدتر است.
مواد تحت شرایط دمایی مختلف مشتعل می شوند. بنابراین، منیزیم فلزی تنها در دمای 2210 درجه سانتیگراد می سوزد. برای بسیاری از مواد جامد، دمای شعله حدود 350 درجه سانتیگراد است. کبریت و نفت سفید می توانند در دمای 800 درجه سانتیگراد مشتعل شوند، در حالی که چوب می تواند از 850 درجه سانتیگراد تا 950 درجه سانتیگراد مشتعل شود.
یک سیگار با شعله ای می سوزد که دمای آن از 690 تا 790 درجه سانتی گراد و در مخلوط پروپان-بوتان از 790 درجه سانتی گراد تا 1960 درجه سانتی گراد متغیر است. بنزین در دمای 1350 درجه سانتیگراد مشتعل می شود. شعله الکل در حال سوختن دمایی بیش از 900 درجه سانتیگراد ندارد.
