Горіння і вибух [1984 Ландау Л.Д., Китайгородский А.І.

Наши партнеры ArtmMisto

Для того щоб почалося горіння, треба, як відомо, піднести до пального предмету запалений сірник. Але і сірник не запалює сама, нею треба чиркнути про коробку. Таким чином, для того щоб почалася така хімічна реакція, необхідно попереднє нагрівання. Підпалювання створює в початковий момент необхідну для реакції температуру. Далі високу температуру підтримує вже тепло, яке виділяється при реакції.

Початковий місцевий підігрів повинен бути достатній для того, щоб виділення тепла при реакції перевищувало тепловіддачу в навколишнє холодне середовище. Тому кожна реакція має свою, як кажуть, температуру займання. Горіння починається, тільки якщо початкова температура вища за температуру займання. Наприклад, температура займання дерева 610 ° С; бензину - близько 200 ° С, білого фосфору - 50 ° С.

Горіння дров, вугілля або нафти - це хімічна реакція сполуки цих речовин з киснем повітря. Тому така реакція йде з поверхні: поки не вигорить зовнішній шар, наступний не може взяти участь в горінні. Цим і пояснюється відносна повільність горіння. У справедливості сказаного неважко переконатися на практиці. Якщо подрібнювати пальне, то швидкість горіння можна значно збільшити. Для цієї мети в багатьох пічних пристроях проводиться розпорошення вугілля в топках.

Так само подрібнюється і змішується з повітрям паливо в циліндрі двигуна. Пальним в моторі служить не вугілля, а більш складні речовини, наприклад, бензин. Молекула октану, що входить до складу цієї речовини (рис. 7.2 зліва), складається з 8 атомів вуглецю і 18 атомів водню, з'єднаних так, як показано на малюнку. При горінні ця молекула піддається ударам кисневих молекул. Зустрічі з молекулами кисню руйнують молекулу октану. Сили, що з'єднують в молекулі октану один або два атоми вуглецю з атомом водню, а також сили, що з'єднують два атома кисню в молекулу кисню, не можуть -протівостоять більш, сильному, як кажуть хіміки, "спорідненості" між атомами кисню, з одного боку, і атомами 'вуглецю і водню - з іншого. Тому старі зв'язки між атомами молекул порушуються, атоми перегруповуються і створюють нові молекули. Як показує рис. 7.2 праворуч, новими молекулами - продуктами горіння - і в цьому випадку є вуглекислий газ і вода. Вода при цьому утворюється у формі пара,

Зовсім інакше йде справа в тому випадку, коли повітряна атмосфера не потрібна, а все необхідне для реакції міститься всередині речовини. Прикладом такої речовини є суміш водню з киснем (її називають гримучим газом). Реакція йде не з поверхні, а проісходіт1 всередині речовини. На відміну від випадку горіння вся енергія, що утворюється при реакції, віддається майже миттєво, внаслідок цього різко підвищується тиск і відбувається вибух. Гримучий газ не горить, а вибухає.

Отже, вибухова речовина має містити в собі атоми або молекули, необхідні для реакції. Зрозуміло, що можна приготувати вибухають газові суміші. Існують і тверді вибухові речовини. Вони є вибуховими саме тому, що в їх склад входять всі атоми, необхідні для хімічної реакції, що дає тепло і світло.

Хімічна реакція, яка відбувається під час вибуху, - це реакція розпаду, розщеплення молекули на частини. На рис. 7.3 показана для прикладу вибухова реакція - розщеплення на частини молекули нітрогліцерину. Як видно на правій частині схеми, з вихідної молекули утворюються молекули вуглекислого газу, води, азоту. У складі продуктів реакції ми знаходимо звичайні продукти горіння, але горіння відбулося без участі молекул кисню повітря - всі необхідні для горіння атоми містяться всередині молекули нітрогліцерину.

Як поширюється вибух по вибуховій речовині, наприклад гримуча газу? Коли підпалюють вибухову речовину, виникає місцевий нагрів. Реакція відбувається в нагрітому обсязі. Але при реакції виділяється тепло, яке шляхом теплопередачі переходить в сусідні шари суміші. Цього тепла достатньо для того, щоб і в сусідньому шарі сталася реакція. Знову виділилося тепло надійде в наступні шари гримучого газу, і так зі швидкістю, пов'язаної з передачею тепла, реакція поширюється по всьому речовині. Швидкість такої передачі - близько 20-30 м / с. Зрозуміло, це дуже швидко. Метрова трубка з газом вибухає за 1/20 с, т. Е. Майже миттєво, в той час як швидкість горіння дров або шматків вугілля, що відбувається з поверхні, а не в обсязі, вимірюється сантиметрами в хвилину, т. Е. В кілька тисяч разів менше.

Проте можна назвати і цей вибух повільним, так як можливий інший вибух, в сотні разів більш швидкий, ніж описаний.

Швидкий вибух викликається ударною хвилею. Якщо в будь-якому шарі речовини різко підвищується тиск, то від цього місця почне поширюватися фронт підвищеного тиску. В цьому випадку і говорять про ударної хвилі. Ця хвиля призводить до значного стрибка температури, який передається від шару до шару. Підвищення температури дає початок вибуховий реакції, а вибух призводить до підвищення тиску і підтримує ударну хвилю, інтенсивність якої інакше швидко падала б у міру її поширення. Таким чином, ударна хвиля викликає вибух, а вибух в свою чергу підтримує ударну хвилю.

Описаний нами вибух називається детонацією. Так як детонація поширюється по речовині зі швидкостями ударної хвилі (близько 1 км / с), то вона дійсно швидше "повільного" вибуху в сотні разів.

Які ж речовини вибухають "повільно", а які "швидко"? Так ставити питання не можна: один і той же речовина, що знаходиться в різних умовах, може і вибухати "повільно" і детонувати, а в деяких випадках "повільний" вибух переходить в детонацію.

Деякі речовини, наприклад йодистий азот, вибухають від дотику соломинки, від невеликого нагрівання, від світлового спалаху. Таке вибухову речовину, як тротил, не вибухає, якщо його впустити, навіть якщо його прострелити з гвинтівки. Для вибуху потрібно сильна ударна хвиля.

Існують речовини, ще менш чутливі до зовнішніх впливів. Удобрювальна суміш аміачної Селітри і сірчанокислого амонію не зважала вибухової до трагічного випадку, що стався в 1921 р на німецькому хімічному заводі в Оппа. Для дроблення злежалася суміші там був застосований вибуховий спосіб. В результаті на повітря злетіли склад і весь завод. У нещастя не можна було дорікати інженерів заводу: приблизно двадцять тисяч підривів пройшло нормально і лише один раз створилися умови, сприятливі для детонації.

Речовини, які вибухають лише під дією ударної хвилі, а при звичайних умовах стійко існують і навіть не бояться вогню, вельми зручні для техніки вибухової справи. Такі речовини можна виробляти і зберігати в великих кількостях. Однак для приведення цих інертних вибухових речовин в дію потрібні ініціатори або, як кажуть, ініціатори вибуху. Такі ініціюють вибухові речовини вкрай необхідні як джерела ударних хвиль.

Прикладом ініціюють речовин можуть служити азид свинцю або гримуча ртуть. Якщо крупинку такого речовини покласти на лист жерсті і підпалити, то відбувається вибух t пробиває в жерсті отвір. Вибух таких речовин в будь-яких умовах детонаційний.

Якщо трохи азида свинцю помістити на заряд вторинного вибухової речовини і підпалити, то вибух ініціатора дає ударну хвилю, достатню для детонації вторинного вибухової речовини. На практиці вибух проводиться за допомогою капсули-детонатори (1-2 г ініціюючого речовини). Капсуль може бути підпалений на відстані, наприклад за допомогою довгого шнура (бікфордів шнур); що виходить від капсуля ударна хвиля підірве вторинне вибухова речовина.

У ряді випадків техніці треба боротися з детонаційними явищами. У двигуні автомобільного мотора в звичайних умовах відбувається "повільний вибух" суміші бензину з повітрям. Однак іноді виникає і детонація. Ударні хвилі в моторі як систематичне явище абсолютно неприпустимі, так як під їх дією стінки циліндрів двигуна швидко вийдуть з ладу.

Для боротьби з детонацією в двигунах треба або застосовувати спеціальний бензин (так званий бензин з високим октановим числом), або підмішувати в бензин спеціальні речовини - антидетонатори що не дають розвиватися ударної хвилі. Одним з поширених антидетонаторов є тетраетилсвинець (ТЕС). Ця речовина дуже отруйна, і в інструкції попереджено шоферів про необхідність обережно поводитися з таким бензином.

Детонації потрібно уникати при конструюванні артилерійської гармати. Ударні хвилі не повинні утворюватися всередині стовбура при пострілі, в іншому випадку знаряддя вийде з ладу.

Душові кабіни в інтернет магазині.

магазин автокосметики та автохімії в Москві