Plamen

Plamen - horké plynné médium vznikající při spalování a elektrických výbojích , skládající se převážně z částečně ionizovaných částic, ve kterých dochází k chemickým interakcím a fyzikálně-chemickým přeměnám jednotlivých částic média (včetně paliva, okysličovadla, částic nečistot, produktů jejich interakce) konat). Doprovázeno intenzivním zářením (v UV, IR, viditelné části spektra - "záře") a uvolňováním tepla .

V ruštině neexistuje jasné sémantické oddělení slov plamen a oheň , slovo „oheň“ je však tradičně spojováno s popisem spalovacích procesů , zatímco plamen má obecnější použití, včetně procesů nesouvisejících se spalováním: blesky , elektrický oblouk, záře vakuových lamp a tak dále.

Někdy je ve vědecké literatuře plamen označován jako „studené / nízkoteplotní plazma“, protože v podstatě jde o plyn skládající se z tepelně ionizovaných částic s malým množstvím náboje (obvykle ne více než ± 2-3) , zatímco vysokoteplotní plazma se nazývá stav hmoty , ve kterém jádra atomů a jejich elektronové obaly koexistují odděleně.

Plamenné médium obsahuje nabité částice ( ionty , radikály ), které určují elektrickou vodivost plamene a jeho interakci s elektromagnetickými poli. Na tomto principu jsou postavena zařízení schopná plamen pomocí elektromagnetického záření utlumit, odtrhnout od hořlavých materiálů nebo změnit jeho tvar [1] .

Barva plamene

Barva plamene je určena vyzařováním elektronických přechodů (například tepelného záření) různých excitovaných (nabitých i nenabitých) částic vzniklých v důsledku chemické reakce mezi molekulami paliva a vzdušným kyslíkem, jakož i výsledek tepelné disociace. Zejména při spalování uhlíkového paliva na vzduchu je modrá část barvy plamene způsobena zářením částic CN ± n , červenooranžová část je způsobena zářením částic C 2 ± n a mikročástic sazí. Záření ostatních částic vznikajících při procesu spalování (CH x ± n , H 2 O ± n , HO ± n , CO 2 ± n , CO ± n ) a bazických plynů (N 2 , O 2 , Ar) je neviditelné. UV a IR části spektra lidského oka . Kromě toho je barva plamene silně ovlivněna přítomností v palivu samotném, konstrukčními detaily hořáků, trysek atd., sloučenin různých kovů, především sodíku. Ve viditelné části spektra je záření sodíku extrémně intenzivní a je zodpovědné za oranžovo-žlutou barvu plamene, zatímco záření o něco méně běžného draslíku je na jeho pozadí prakticky nerozeznatelné (protože většina organismů mají v buňkách K + / Na + kanály, v uhlíkovém palivu rostlinného nebo živočišného původu připadají v průměru 2 atomy draslíku na 3 atomy sodíku).

Teplota plamene

• Teplota vznícení u většiny pevných materiálů je 300 °C.
• Teplota plamene v hořící cigaretě > 900 °C [2] .
• Teplota plamene 750–1400 °С; zatímco 300 ° C je teplota vznícení stromu a teplota spalování stromu je přibližně 500–800 ° C.
• Teplota spalování propan-butanu je 800–1970 °С.
• Teplota plamene petroleje  je 800 °C, v prostředí čistého kyslíku  - 2000 °C.
• Teplota spalování benzínu  je 1300–1400 °C.
• Teplota plamene alkoholu nepřesahuje 900 °C.
• Teplota spalování hořčíku  je 2200 °C; významná část záření je v oblasti UV.

Nejvyšší známé teploty spalování: dikyanoacetylen C 4 N 2 5'260 K (4'990 °C) v kyslíku a až 6'000 K (5'730 °C) v ozonu [3] ; kyanogen (CN) 2 4'525 °C v kyslíku [4] .

Protože voda má velmi vysokou tepelnou kapacitu , nepřítomnost vodíku v palivu eliminuje tepelné ztráty při tvorbě vody a umožňuje vyvinout vyšší teplotu.

Klasifikace

Plameny jsou klasifikovány podle:

• agregovaný stav hořlavých látek: plamen plynných, kapalných, pevných a aerodisperzních činidel;
• záření: svítivé, barevné, bezbarvé;
• stav prostředí palivo-oxidační činidlo: difúze, předem namíchaná média (viz níže);
• charakter pohybu reakčního prostředí: laminární, turbulentní, pulzující;
• teplota: studená , nízká teplota, vysoká teplota;
• rychlosti šíření: pomalé, rychlé;
• výška: krátká, dlouhá;
• zrakové vnímání: kouřové, průhledné, barevné.

Uvnitř kužele laminárního difúzního plamene lze rozlišit 3 zóny (skořepiny):

1. tmavá zóna (300-350 °C), kde nedochází ke spalování kvůli nedostatku oxidačního činidla;
2. světelná zóna, kde dochází k tepelnému rozkladu paliva a jeho částečnému spalování (500-800 °C);
3. sotva svítivá zóna, která se vyznačuje konečným spalováním produktů rozkladu paliva a maximální teplotou (900-1500 °C).

Teplota plamene závisí na povaze hořlavé látky a intenzitě přívodu okysličovadla.

K šíření plamene v předem namíchaném médiu (nenarušené) dochází z každého bodu čela plamene podél normály k povrchu plamene: hodnota takové normální rychlosti šíření plamene (NSRP) je hlavní charakteristikou hořlavého média. Představuje nejnižší možnou rychlost plamene. Hodnoty NSRP se liší pro různé hořlavé směsi - od 0,03 do 15 m/s.

Šíření plamene reálnými směsmi plynu a vzduchu je vždy komplikováno vnějšími rušivými vlivy v důsledku gravitace, konvektivního proudění, tření a podobně. Proto se skutečné rychlosti šíření plamene vždy liší od normálních. V závislosti na povaze spalování mají rychlosti šíření plamene následující rozsahy hodnot: při deflagračním spalování - do 100 m/s; při výbušném spalování - od 300 do 1000 m / s; s detonačním spalováním - přes 1000 m/s.

Oxidující plamen

Nachází se v horní, nejžhavější části plamene, kde se hořlavé látky téměř úplně přeměňují na zplodiny hoření. V této oblasti plamene je přebytek kyslíku a nedostatek paliva, proto jsou látky umístěné v této zóně intenzivně oxidovány .

Restorative Flame

Toto je část plamene nejblíže nebo těsně pod středem plamene. V této oblasti plamene je hodně paliva a málo kyslíku pro spalování, takže pokud se do této části plamene zavede látka obsahující kyslík, kyslík se z látky odebere.

To lze ilustrovat na příkladu redukční reakce síranu barnatého BaSO 4 . Pomocí platinové smyčky se BaSO 4 odebírá a zahřívá v redukční části plamene lihového kahanu. V tomto případě se redukuje síran barnatý a vzniká sulfid barnatý BaS. Proto se plamen nazývá obnovující .

Barva plamene závisí na několika faktorech. Nejdůležitější jsou: teplota , přítomnost mikročástic a iontů v plameni , které určují emisní spektrum .

Aplikace

Plamen (oxidační a redukční) se používá v analytické chemii , zejména při výrobě barevných perel pro rychlou identifikaci minerálů a hornin, a to i v terénu pomocí foukačky .

Plamen v nulové gravitaci

Za podmínek, kdy je zrychlení volného pádu kompenzováno odstředivou silou, například při letu po oběžné dráze Země, vypadá spalování hmoty poněkud jinak. Protože je gravitační zrychlení kompenzováno, Archimédova síla prakticky neexistuje. V podmínkách beztíže tedy dochází ke spalování látek na samotném povrchu látky (plamen není vytažen) a spalování je úplnější. Zplodiny hoření se postupně rovnoměrně šíří v prostředí. To je velmi nebezpečné pro ventilační systémy. Vážným nebezpečím jsou také prášky , proto se ve vesmíru práškové materiály nikde nepoužívají, kromě speciálních experimentů s prášky.

V proudu vzduchu se plamen vytáhne a získá známý tvar. Plamen plynových hořáků se vlivem tlaku plynu v podmínkách beztíže také navenek neliší od spalování v pozemských podmínkách.

• Plamen ve stavu beztíže

Viz také

• Spalování včetně bezplamenného spalování.
• oheň
• Pyrochemická analýza  - metody detekce chemických prvků různým zbarvením plamene.

Literatura

Tideman B. G., Stsiborsky D. B. Chemie spalování. - L. , 1935.

Poznámky

1. ↑ Popular Mechanics Magazine Vydání 106. srpna 2011. s. 18
2. ↑ Baker, R.R. Rozložení teploty uvnitř hořící cigarety  // Nature. - 1974. - T. 247 . - S. 405-406 . - doi : 10.1038/247405a0 .
3. ↑ Kirshenbaum, AD; A. V. Grosse (květen 1956). „Spalování uhlíkového subnitridu, NC4N, a chemická metoda pro výrobu kontinuálních teplot v rozsahu 5000-6000 ° K“. Journal of the American Chemical Society. 78 (9): 2020. doi:10.1021/ja01590a075
4. ↑ Thomas, N.; Gaydon, A.G.; Brewer, L. (1952). „Kyanogenové plameny a disociační energie N2“ . Journal of Chemical Physics. 20(3): 369–374. Bibcode:1952JChPh..20..369T. doi:10.1063/1.1700426.

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Skvělý norský Velký Rus Britannica (online)
V bibliografických katalozích	GND : 4154542-4 J9U : 987007535924305171 LCCN : sh85048979