На протяжении многих веков огонь играет очень важную роль в жизни человека. Без него практически невозможно представить наше существование. Он используется во всех сферах промышленности, а также для приготовления пищи, согревания дома и развития технического прогресса.

Впервые огонь появился в эпоху раннего палеолита. Изначально он применялся в борьбе против различных насекомых и нападений диких животных, а также давал свет и тепло. И только потом пламя огня применяли в кулинарии, изготовлении посуды и орудий труда. Так огонь вошел в нашу жизнь и стал «незаменимым помощником» человека.

Многие из нас замечали, что пламя может быть разным по своей цветовой гамме, но не многие знают, почему же огненная стихия обладает пестрой окраской. Как правило, цветовая гамма огня зависит от того, какое химическое вещество в нем сгорает. Благодаря воздействию высокой температуры все атомы химических веществ освобождаются, таким образом, придавая оттенок огню. Также было проведено большое количество экспериментов, о которых в этой статье будет написано чуть ниже, с целью того, чтобы понять, каким образом эти вещества оказывают воздействие на цвет полымя.

Еще издавна ученые прилагали усилия, чтобы понять, какие химические вещества сгорают в пламени, в зависимости от того, какую окраску принимал огонь.

Все мы дома при приготовлении пищи можем наблюдать огонек с голубым оттенком. Это предопределено легкосгораемым углеродом и угарным газом, который и придает огоньку этот голубой оттенок. Соли натрия, которыми наделена древесина, придают огню желто-оранжевый оттенок, которым пылает обыкновенный костер или спички. Если посыпать конфорку плиты обычной солью, то можно получить тот же самый колер. Зеленый цвет огню придает медь. При очень высокой концентрации меди, огонек обладает весьма ярким оттенком зеленого цвета, что фактически идентичный бесцветному белому. Такое можно наблюдать, если посыпать конфорку медной стружкой.

Также проводились эксперименты с обыкновенной газовой горелкой и разными минералами, с целью того, чтобы установить их составляющие химические вещества. Для этого минерал аккуратно берут пинцетом и подносят к огню. И, по оттенку, который принимал огонь, можно сделать выводы о разных химических добавках, которые присутствуют в элементе. Зеленый оттенок придают такие минералы, как медь, барий, фосфор, молибден, а бор и сурьма дают сине-зеленый цвет. Еще в синий цвет пламя придает селен. Красное пламя получают при добавке лития, стронция и кальция, фиолетовое получается при сгорании калия, а желто-оранжевый колер дает натрий.

Для изучения различных минералов и определения их состава применяется бунзеновская горелка, изобретенная в XIX веке Бунзеном, которая дает бесцветный окрас пламени, не мешающий ходу эксперимента.

Именно Бунзен стал основоположником методики определения химического состава вещества по цветовой палитре пламени. Конечно же, и до него были попытки провести такие опыты, но такие эксперименты не увенчались успехом, так как отсутствовала горелка. Он внедрял в огненную стихию горелки разные химические компоненты на проволоке, сделанной из платины, потому что платина никак не влияет на цвет огня и не придает ему какого-либо оттенка.

На первый взгляд может показаться, что тут не нужно какое-либо сложное химическое исследование, поднес компонент к огню – и моментально можно увидеть его состав. Однако не все так просто. В природе вещества в чистом виде встречаются весьма редко. Как правило, они включают в себя немалый набор разных примесей, которые способны изменять окраску.

Следовательно, с помощью характерных свойств молекул и атомов излучать свет определенной цветовой гаммы – был создан способ определения химического состава веществ. Такой способ определения называется спектральным анализом. Ученые изучают спектр, которое выделяет вещество. К примеру, во время горения, его сравнивают со спектрами известных компонентов, и, таким образом, устанавливают его химический состав.

Температура огня заставляет в новом свете увидеть привычные вещи - вспыхнувшую белым спичку, голубое свечение горелки газовой печки на кухне, оранжево-красные язычки над пылающим деревом. Человек не обращает внимания на огонь, пока не обожжёт кончики пальцев. Или не спалит картошку на сковороде. Или не прожжёт подошву кроссовок, сохнущих над костром.

Когда первая боль, испуг и разочарование проходят, наступает время философских размышлений. О природе, цветовой гамме, температуре огня.

Горит, как спичка

Кратко о строении спички. Она состоит из палочки и головки. Палочки изготавливают из дерева, картона и хлопчатобумажного жгута, пропитанного парафином. Дерево выбирают мягких пород - тополь, сосну, осину. Сырьё для палочек называют спичечной соломкой. Чтобы избежать тления соломки, палочки пропитывают фосфорной кислотой. Российские заводы мастерят соломку из осины.

Головка спички проста по форме, но сложна по химическому составу. Темно-коричневая голова спички содержит семь компонентов: окислители - бертолетова соль и дихромат калия; стекляннюу пыль, сурик свинцовый, серу, цинковые белила.

Головка спички при трении воспламеняется, нагреваясь до полутора тысяч градусов. Порог воспламенения, в градусах Цельсия:

• тополь - 468;
• осина - 612;
• сосна - 624.

Температура огня спички равна температуре Поэтому белая вспышка серной головки сменяется желто-оранжевым язычком спички.

Если пристально разглядывать горящую спичку, то взгляду предстают три зоны пламени. Нижняя - холодная голубая. Средняя в полтора раза теплее. Верхняя - горячая зона.

Огненный художник

При слове «костёр» вспыхивают не менее ярко ностальгические воспоминания: дым костра, создающий доверительную обстановку; красные и желтые огни, летящие к ультрамариновому небу; переливы язычков с голубого до рубиново-красного цвета; багровые остывающие угли, в которых печётся «пионерская» картошка.

Изменяющийся колер пылающего дерева сообщает о колебаниях температуры огня в костре. Тление дерева (потемнение) начинается со 150°. Возгорание (задымление) происходит в интервале 250-300°. При одинаковом поступлении кислорода породы при несовпадающих температурах. Соответственно, градус костра тоже будет отличаться. Берёза горит при 800 градусах, ольха - при 522°, а ясень и бук - при 1040°.

Но цвет огня также определяется химическим составом горящего вещества. Желтый и оранжевый вносят соли натрия. Химический состав целлюлозы содержит и соли натрия, и соли калия, придающие пылающим углям дерева красный оттенок. Романтические в древесном костре возникают из-за недостатка кислорода, когда вместо СО 2 образуется СО - угарный газ.

Энтузиасты научных опытов измеряют температуру огня в костре прибором под названием пирометр. Изготовляют три типа пирометров: оптические, радиационные, спектральные. Это бесконтактные приборы, разрешающие оценивать мощность теплового излучения.

Изучаем огонь на собственной кухне

Кухонные газовые плиты работают на двух видах топлива:

1. Магистральный природный газ метан.
2. Пропан-бутановая сжиженная смесь из баллонов и газгольдеров.

Химический состав топлива определяет температуру огня газовой плиты. Метан, сгорая, образует огонь мощностью 900 градусов в верхней точке.

Сжигание сжиженной смеси даёт жар до 1950°.

Внимательный наблюдатель отметит неравномерность раскраски язычков горелки газовой плиты. Внутри огненного факела происходит деление на три зоны:

• Тёмный участок, расположенный возле конфорки: здесь нет горения из-за недостатка кислорода, а температура зоны равна 350°.
• Яркий участок, лежащий в центре факела: горящий газ разогревается до 700°, но топливо сгорает не до конца из-за недостатка окислителя.
• Полупрозрачный верхний участок: достигает температуры 900°, и сгорание газа полноценное.

Цифры температурных зон огневого факела приведены для метана.

Правила безопасности при огневых мероприятиях

Разжигая спички, плиту, позаботьтесь о вентиляции помещения. Обеспечьте приток кислорода к топливу.

Не пытайтесь самостоятельно ремонтировать газовое оборудование. Газ не терпит дилетантов.

Хозяйки отмечают, что горелки светятся голубым цветом, но иногда огонь становится оранжевым. Это не глобальное изменение температуры. Изменение цвета связано с изменением состава топлива. Чистый метан горит без цвета и без запаха. В целях безопасности в бытовой газ добавляют серу, которая при сгорании окрашивает газ в голубые оттенки и сообщает продуктам сгорания характерный запах.

Появление оранжевых и желтых оттенков в огне конфорки сообщает о необходимости профилактических манипуляций с плитой. Мастера прочистят оборудование, удалят пыль и сажу, горение которых и изменяет привычный цвет огня.

Иногда огонь в горелке становится красным. Это сигнал опасного содержания угарного газа в Поступления кислорода к топливу настолько мало, что плита даже тухнет. Угарный газ без вкуса и запаха, и человек рядом с источником выделения вредного вещества заметит слишком поздно, что отравился. Поэтому красный цвет газа требует немедленного вызова мастеров для профилактики и наладки оборудования.

Нетрудно догадаться, что оттенок пламени определяется химическими веществами, сгорающими в нем, в том случае, если воздействие высокой температуры высвобождает отдельные атомы сгораемых веществ, окрашивая огонь. Чтобы определить влияние веществ на цвет огня, проводились различные эксперименты, о которых поговорим ниже.

С древних времен алхимики и ученые старались узнать, какие вещества сгорают, в зависимости от цвета, который приобретало пламя.

Пламя газовых колонок и плит, имеющихся во всех домах и квартирах, имеет голубой оттенок. Такой оттенок при сгорании дает углерод, угарный газ. Желто-оранжевый цвет пламени костра, который разводят в лесу, или бытовых спичек, обусловлен высоким содержанием солей натрия в природной древесине. Во многом благодаря этому - красный. Пламя конфорки газовой плиты приобретет тот же цвет, если посыпать ее обыкновенной поваренной солью. При горении меди пламя будет зеленого цвета. Думаю, вы замечали, что при долгой носке кольца или цепочки из обычной меди, не покрытой защитным составом, кожа становится зеленого оттенка. То же самое происходит при процессе горения. Если содержание меди высокое, имеет место очень яркий зеленый огонь, практически идентичный белому. Это можно увидеть, если насыпать на газовую конфорку медной стружки.

Было проведено много экспериментов с участием обыкновенной газовой горелки и различных минералов. Таким образом определялся их состав. Нужно взять минерал пинцетом и поместить в пламя. Цвет, который приобретет огонь, может указать на различные примеси, имеющиеся в элементе. Пламя зеленого цвета и его оттенков говорит о присутствии меди, бария, молибдена, сурьмы, фосфора. Бор дает сине-зеленый цвет. Селен придает пламени синий оттенок. В красный пламя окрашивается при наличии стронция, лития и кальция, в фиолетовый - калия. Желто-оранжевый цвет получается во время горения натрия.

Исследования минералов для определения их состава проводятся с использованием бунзеновской горелки. Цвет ее пламени ровный и бесцветный, он не мешает ходу опыта. Бунзен изобрел горелку в середине XIX века.

Он и придумал метод, позволяющий определить состав вещества по оттенку пламени. Подобные эксперименты ученые пытались проводить и до него, но они не обладали бунзеновской горелкой, бесцветное пламя которой не мешало ходу эксперимента. Он помещал в огонь горелки разные элементы на проволоке из платины, так как при внесении этого металла пламя не окрашивается. На первый взгляд метод кажется хорошим, можно обойтись без трудоемкого химического анализа. Достаточно лишь поднести элемент к огню и увидеть из чего он состоит. Но вещества в чистом виде можно встретить в природе крайне редко. Обычно в них в большом количестве содержатся различные примеси, которые изменяют окраску пламени.

Бунзен пытался выделить цвета и оттенки различными методами. К примеру, с помощью цветных стекол. Допустим, если смотреть через синее стекло, не будет виден желтый цвет, в который огонь окрашивается при горении наиболее часто встречающихся солей натрия. Тогда становится различимым лиловый или малиновый оттенок искомого элемента. Но даже такие ухищрения приводили к верному определению состава сложного минерала в очень редких случаях. Большего такая технология не смогла добиться.

В наши дни такую горелку используют только для пайки.

В большинстве случаев пламя камина или костра бывает желто-оранжевым из-за содержащихся в дровах солей. Добавляя определенные химические вещества, можно изменить цвет пламени, чтобы он больше соответствовал особому событию или чтобы просто полюбоваться сменой цветов. Чтобы изменить цвет пламени, вы можете добавить определенные химические соединения непосредственно в огонь, приготовить парафиновые лепешки с химикатами или замочить дрова в специальном химическом растворе. Несмотря на все то удовольствие, которое может подарить вам процесс создания цветного пламени, обязательно соблюдайте особую осторожность, когда работаете с огнем и химическими веществами.

Шаги

Выбор подходящих химикатов

Выберите цвет (или цвета) пламени. Несмотря на то, что у вас есть возможность выбирать среди целого набора различных оттенков пламени, необходимо решить, какие из них вам наиболее важны, чтобы вы могли подобрать подходящие химические вещества. Пламя можно сделать синим, бирюзовым, красным, розовым, зеленым, оранжевым, фиолетовым, желтым или белым.

Определите необходимые вам химические реагенты на основании того цвета, который они создают при горении. Чтобы окрасить пламя в нужный цвет, необходимо подобрать подходящие химикаты. Они должны быть порошковыми и не включать в себя хлораты, нитраты или перманганаты, образующие при горении вредные побочные продукты.

• Чтобы создать синее пламя, возьмите хлорид меди или хлористый кальций.
• Чтобы сделать пламя бирюзовым, используйте сульфат меди.
• Для получения красного пламени возьмите хлорид стронция.
• Для создания розового пламени используйте хлорид лития.
• Чтобы сделать пламя светло-зеленого цвета, используйте буру.
• Чтобы получить зеленое пламя, возьмите квасцы.
• Чтобы создать оранжевое пламя, используйте хлорид натрия.
• Для создания пламени фиолетового цвета возьмите хлористый калий.
• Для получения желтого пламени используйте углекислый натрий.
• Чтобы создать белое пламя, возьмите сернокислый магний.

1. Купите нужные химические вещества. Некоторые из окрашивающих пламя реагентов относятся к широко используемым в хозяйстве веществам, поэтому их можно найти в продуктовом, хозяйственном или садовом магазине. Другие химикаты можно приобрести в специализированных магазинах химических реактивов или купить в интернет-магазинах.

   • Сульфат меди используется в сантехнических целях для уничтожения корней деревьев, которые могут повредить трубы, поэтому его можно поискать в хозяйственных магазинах.
   • Хлорид натрия – это обычная поваренная соль, поэтому ее можно купить в продуктовом магазине.
   • Хлористый калий используется как средство для смягчения воды, поэтому его также можно поискать в хозяйственных магазинах.
   • Бура нередко используется для стирки, поэтому ее можно найти в отделе моющих средств некоторых супермаркетов.
   • Сернокислый магний содержится в соли Эпсома, которую можно поспрашивать в аптеках.
   • Хлорид меди, хлористый кальций, хлорид лития, углекислый натрий и квасцы следует приобретать в магазинах химических реагентов или через интернет-магазины.

Изготовление парафиновых лепешек

1. Растопите парафин на водяной бане. Поставьте термостойкую миску на кастрюлю с медленно кипящей водой. Добавьте в миску несколько кусочков парафина и дайте им полностью растять.

   • Можно использовать покупной кусковой или баночный парафин (или воск) либо остатки парафина от старых свечек.
   • Не топите парафин на открытом пламени, иначе вы можете устроить пожар.

2. Добавьте в парафин химикат и размешайте. Как только парафин полностью растает, снимите его с водяной бани. Добавьте 1–2 столовые ложки (15–30 г) химического реагента и тщательно размешайте до получения однородного состава.

   • Если вы не хотите добавлять химикаты напрямую в парафин, их можно предварительно завернуть в использованный абсорбирующий материал и потом положить полученный сверток в емкость, которую вы собираетесь залить парафином.

3. Дайте парафиновому составу немного остыть и разлейте его по бумажным чашечкам. После приготовления парафиновой смеси с химикатом, дайте ей остыть в течение 5–10 минут. Пока смесь все еще будет жидкой, разлейте ее по бумажным чашечкам для кексов, чтобы приготовить парафиновые лепешки.

   • Для приготовления парафиновых лепешек можно использовать как небольшие бумажные чашечки, так и картонную упаковку от яиц.

4. Позвольте парафину застыть. После того как парафин будет разлит по формам, дайте ему постоять до затвердения. На полное охлаждение уйдет примерно час времени.

   Подбросьте парафиновую лепешку в огонь. Когда парафиновые лепешки застынут, освободите одну из них от упаковки. Подбросьте лепешку в самую жаркую часть костра. По мере того как воск будет плавиться, пламя начнет менять свой цвет.

   • В огонь можно добавлять сразу несколько парафиновых лепешек с разными химическими добавками, только располагайте их в разных местах.
   • Парафиновые лепешки хорошо подходят для костров и каминов.

Обработка древесины химикатами

1. Соберите сухие и легкие материалы для костра. Вам подойдут такие материалы древесного происхождения, как щепки, обрезки пиломатериалов, сосновые шишки и хворост. Также можно использовать скрученные газеты.

2. Растворите химикат в воде. Добавьте по 450 г выбранного химиката на каждые 4 л воды, используйте для этого пластиковую емкость. Тщательно размешайте жидкость, чтобы ускорить растворение химиката. Для достижения наилучших результатов добавляйте в воду только один вид химического реагента.

   • Можно также взять стеклянную емкость, но избегайте применения металлической тары, которая может вступить в реакцию с химическими веществами. Соблюдайте осторожность, чтобы не уронить и не разбить используемые стеклянные емкости вблизи от очага костра или камина.
   • Обязательно наденьте защитные очки, маску (или респиратор) и резиновые перчатки, когда будете готовить химический раствор.
   • Лучше всего готовить раствор на открытом воздухе, так как некоторые виды химикатов могут оставлять пятна на рабочей поверхности или выделять вредные испарения.
3. Обязательно используйте защитные средства, включая защитные очки и перчатки, когда создаете окрашенное пламя.

Предупреждения

• Осторожно обращайтесь со всеми химикатами и соблюдайте инструкции, приведенные на их упаковках. Даже вполне безобидные вещества (как поваренная соль) в больших концентрациях могут вызвать раздражение кожи и химические ожоги.
• Держите опасные химикаты в герметичных контейнерах из пластика или стекла. Не допускайте к ним детей и домашних питомцев.
• При добавлении химикатов непосредственно в камин в первую очередь убедитесь в наличии хорошей вентиляции, чтобы ваш дом не наполнился едким химическим дымом.
• Огонь – не игрушка и никогда не должен расцениваться как таковой. Без слов ясно, что огонь опасен и быстро может выйти из-под контроля. Обязательно держите под рукой огнетушитель или емкость с достаточным количеством воды.

В процессе горения образуется пламя, строение которого обусловлено реагирующими веществами. Его структура поделена на области в зависимости от температурных показателей.

Определение

Пламенем называют газы в раскаленном виде, в которых присутствуют составляющие плазмы или вещества в твердой дисперсной форме. В них осуществляются преобразования физического и химического типа, сопровождающиеся свечением, выделением тепловой энергии и разогревом.

Наличие же в газообразной среде ионных и радикальных частичек характеризует его электрическую проводимость и особое поведение в электромагнитном поле.

Что такое языки пламени

Обычно так называют процессы, связанные с горением. По сравнению с воздухом, газовая плотность меньше, но высокие температурные показатели обуславливают поднятие газа. Так и образуются языки пламени, которые бывают длинными и короткими. Часто происходит и плавный переход одних форм в другие.

Пламя: строение и структура

Для определения внешнего вида описываемого явления достаточно зажечь Появившееся несветящееся пламя нельзя назвать однородным. Визуально можно выделить три его основные области. Кстати, изучение строения пламени показывает, что различные вещества горят с образованием различного типа факела.

При горении смеси из газа и воздуха вначале происходит формирование короткого факела, цвет которого имеет голубые и фиолетовые оттенки. В нем просматривается ядро - зелено-голубое, напоминающее конус. Рассмотрим это пламя. Строение его разделяется на три зоны:

1. Выделяют подготовительную область, в которой происходит нагревание смеси из газа и воздуха при выходе из отверстия горелки.
2. За ней следует зона, в которой происходит горение. Она занимает верхушку конуса.
3. Когда имеется недостаток воздушного потока, газ сгорает не полностью. Выделяется углерода двухвалентный оксид и водородные остатки. Их догорание протекает в третьей области, где есть кислородный доступ.

Теперь отдельно рассмотрим разные процессы горения.

Горение свечи

Горение свечи подобно горению спички или зажигалки. А строение пламени свечи напоминает раскаленный газовый поток, который вытягивается вверх за счет выталкивающих сил. Процесс начинается с нагревания фитиля, за которым следует испарение парафина.

Самую нижнюю зону, находящуюся внутри и прилегающую к нити, называют первой областью. Она обладает небольшим свечением из-за большого количества топлива, но малого объема кислородной смеси. Здесь осуществляется процесс неполного сгорания веществ с выделением который в дальнейшем окисляется.

Первую зону окружает светящаяся вторая оболочка, характеризующая строение пламени свечи. В нее поступает больший кислородный объем, что обуславливает продолжение окислительной реакции с участием топливных молекул. Температурные показатели здесь будут выше, чем в темной зоне, но недостаточные для конечного разложения. Именно в первых двух областях при сильном нагревании капелек несгоревшего топлива и угольных частичек появляется светящийся эффект.

Вторая зона окружена слабозаметной оболочкой с высокими температурными значениями. В нее заходит много кислородных молекул, что способствует полному догоранию топливных частичек. После окисления веществ, в третьей зоне светящийся эффект не наблюдается.

Схематическое изображение

Для наглядности представляем вашему вниманию изображение горения свечи. Схема пламени включает:

1. Первую или темную область.
2. Вторую светящуюся зону.
3. Третью прозрачную оболочку.

Нить свечи не подвергается горению, а только происходит обугливание загнутого конца.

Горение спиртовки

Для химических экспериментов часто используют небольшие резервуары со спиртом. Их называют спиртовками. Фитиль горелки пропитывается залитым через отверстие жидким топливом. Этому способствует давление капиллярное. При достижении свободной верхушки фитиля, спирт начинает испаряться. В парообразном состоянии он поджигается и горит при температуре не более 900 °C.

Пламя спиртовки имеет обычную форму, оно практически бесцветное, с небольшим оттенком голубого. Его зоны не так четко видны, как у свечки.

У названной в честь ученого Бартеля, начало огня располагается над калильной сеткой горелки. Такое заглубление пламени приводит к уменьшению внутреннего темного конуса, а из отверстия выходит средний участок, который считается самым горячим.

Цветовая характеристика

Излучения различных вызывается электронными переходами. Их еще называют тепловыми. Так, в результате горения углеводородного компонента в воздушной среде, синее пламя обусловлено выделением соединения H-C. А при излучении частичек C-C, факел окрашивается в оранжево-красный цвет.

Трудно рассмотреть строение пламени, химия которого включает соединения воды, углекислого и угарного газа, связь OH. Его языки практически бесцветны, так как вышеуказанные частички при горении выделяют излучения ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

Окраска пламени взаимосвязана с температурными показателями, с наличием в нем ионных частиц, которые относятся к определенному эмиссионному или оптическому спектру. Так, горение некоторых элементов приводит к изменению цвета огня в горелке. Отличия в окрашивании факела связаны с расположением элементов в разных группах системы периодической.

Огонь на наличие излучений, относящихся к видимому спектру, изучают спектроскопом. При этом было установлено, что простые вещества из общей подгруппы оказывают и подобное окрашивание пламени. Для наглядности используют горение натрия в качестве теста на данный металл. При внесении его в пламя, языки становятся ярко-желтыми. На основании цветовых характеристик выделяют натриевую линию в эмиссионном спектре.

Для характерно свойство быстрого возбуждения светового излучения атомарных частиц. При внесении труднолетучих соединений таких элементов в огонь горелки Бунзена происходит его окрашивание.

Спектроскопическое исследование показывает характерные линии в области, видимой для глаза человека. Быстрота возбуждения светового излучения и простое спектральное строение тесно взаимосвязаны с высокой электроположительной характеристикой данных металлов.

Характеристика

В основе классификации пламени лежат следующие характеристики:

• состояние агрегатное сгорающих соединений. Они бывают газообразной, аэродисперсной, твердой и жидкой формы;
• тип излучения, которое может быть бесцветным, светящимся и окрашенным;
• распределительная скорость. Существует быстрое и медленное распространение;
• высота пламени. Строение может быть коротким и длинным;
• характер передвижения реагирующих смесей. Выделяют пульсирующее, ламинарное, турбулентное перемещение;
• визуальное восприятие. Вещества горят с выделением коптящего, цветного или прозрачного пламени;
• температурный показатель. Пламя может быть низкотемпературным, холодным и высокотемпературным.
• состояние фазы топливо - окисляющий реагент.

Возгорание происходит в результате диффузии или при предварительном перемешивании активных компонентов.

Окислительная и восстановительная область

Процесс окисления протекает в слабозаметной зоне. Она самая горячая и располагается вверху. В ней топливные частицы подвергаются полному сгоранию. А наличие в кислородного избытка и горючего недостатка приводит к интенсивному процессу окисления. Этой особенностью следует пользоваться при нагревании предметов над горелкой. Именно поэтому вещество погружают в верхнюю часть пламени. Такое горение протекает намного быстрее.

Восстановительные реакции проходят в центральной и нижней части пламени. Здесь содержится большой запас горючих веществ и малое количество O 2 молекул, осуществляющих горение. При внесении в эти области осуществляется отщепление O элемента.

В качестве примера восстановительного пламени используют процесс расщепления железа двухвалентного сульфата. При попадании FeSO 4 в центральную часть факела горелки, происходит вначале его нагревание, а затем разложение на оксид трехвалентного железа, ангидрид и двуокись серы. В данной реакции наблюдается восстановление S с зарядом от +6 до +4.

Сварочное пламя

Данный вид огня образуется в результате сгорания смеси из газа или пара жидкости с кислородом чистого воздуха.

Примером служит формирование пламени кислородно-ацетиленового. В нем выделяют:

• зону ядра;
• среднюю область восстановления;
• факельную крайнюю зону.

Так горят многие газокислородные смеси. Различия в соотношении ацетилена и окислителя приводят к разному типу пламени. Оно может быть нормального, науглероживающего (ацетиленистого) и окислительного строения.

Теоретически процесс неполного сгорания ацетилена в чистом кислороде можно охарактеризовать следующим уравнением: HCCH + O 2 → H 2 + CO +CO (для реакции необходима одна моль O 2) .

Полученный же молекулярный водород и угарный газ реагируют с воздушным кислородом. Конечными продуктами является вода и оксид четырехвалентного углерода. Уравнение выглядит так: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 +H 2 O. Для этой реакции необходимо 1,5 моля кислорода. При суммировании O 2 получается, что 2,5 моль затрачивается на 1 моль HCCH. А так как на практике трудно найти идеально чистый кислород (часто он имеет небольшое загрязнение примесями), то соотношение O 2 к HCCH будет 1,10 к 1,20.

Когда значение пропорции кислорода к ацетилену меньше 1,10, возникает науглероживающее пламя. Строение его имеет увеличенное ядро, очертания его становятся расплывчатыми. Из такого огня выделяется копоть, вследствие недостатка кислородных молекул.

Если же соотношение газов больше 1,20, то получается окислительное пламя с кислородным избытком. Лишние его молекулы разрушают атомы железа и другие компоненты стальной горелки. В таком пламени ядерная часть становится короткой и имеет заострения.

Температурные показатели

Каждая зона огня свечи или горелки имеет свои значения, обусловленные поступлением кислородным молекул. Температура открытого пламени в разных его частях колеблется от 300 °C до 1600 °C.

Примером служит пламя диффузионное и ламинарное, которое образовано тремя оболочками. Конус его состоит из темного участка с температурой до 360 °C и недостатком окисляющего вещества. Над ним располагается зона свечения. Ее температурный показатель колеблется от 550 до 850 °C, что способствует разложению термическому горючей смеси и ее горению.

Внешняя область едва заметная. В ней температура пламени доходит до 1560 °C, что обусловлено природными характеристиками топливных молекул и быстротой поступления окисляющего вещества. Здесь горение наиболее энергичное.

Вещества воспламеняются при разных температурных условиях. Так, металлический магний горит только при 2210 °С. Для многих твердых веществ температура пламени около 350 °С. Возгорание спичек и керосина возможно при 800 °С, тогда как древесины - от 850 °С до 950 °С.

Сигарета горит пламенем, температура которого варьируется от 690 до 790 °С, а в пропан-бутановой смеси - от 790 °С до 1960 °С. Бензин воспламеняется при 1350 °С. Пламя горения спирта имеет температуру не более 900 °С.