연소 중에는 어떤 일이 발생합니까? 연료 에너지. 연소 비열 연소란 무엇이며 그 생성물은 무엇입니까?

어둠을 저주하는 방법
적어도 불을 붙이는 것이 낫습니다
작은 촛불 하나.
공자

처음에는

연소 메커니즘을 이해하려는 첫 번째 시도는 영국인 Robert Boyle, 프랑스인 Antoine Laurent Lavoisier 및 러시아 Mikhail Vasilyevich Lomonosov의 이름과 관련이 있습니다. 연소 중에 물질은 한때 순진하게 믿었던 것처럼 어디에서나 "사라지지"않고 대부분 기체이므로 보이지 않는 다른 물질로 변하는 것으로 나타났습니다. 라부아지에는 연소 중에 약 5분의 1이 공기 중에서 손실된다는 사실을 1774년에 처음으로 보여주었습니다. 19세기에 과학자들은 연소에 수반되는 물리적, 화학적 과정을 자세히 연구했습니다. 이러한 작업의 필요성은 주로 광산의 화재 및 폭발로 인해 발생했습니다.

그러나 20세기 마지막 4분기에 와서야 연소에 수반되는 주요 화학 반응이 확인되었으며 오늘날까지도 불꽃의 화학 반응에는 많은 어두운 점이 남아 있습니다. 많은 실험실에서 가장 현대적인 방법을 사용하여 연구됩니다. 이 연구에는 몇 가지 목표가 있습니다. 한편으로는 공기-가솔린 혼합물이 자동차 실린더에서 압축될 때 폭발적인 연소(폭발)를 방지하기 위해 화력 발전소의 용광로와 내연 기관의 실린더에서 연소 과정을 최적화하는 것이 필요합니다. 한편, 연소과정에서 발생하는 유해물질의 양을 줄이는 동시에 보다 효과적인 화재진압수단을 모색할 필요가 있다.

불꽃에는 두 가지 종류가 있습니다. 연료와 산화제(대부분 산소)는 연소 영역에 별도로 강제로 또는 자발적으로 공급되어 화염에 혼합될 수 있습니다. 또는 미리 혼합할 수도 있습니다. 이러한 혼합물은 화약, 불꽃놀이용 불꽃 혼합물, 로켓 연료와 같이 공기가 없을 때 타거나 폭발할 수도 있습니다. 연소는 공기와 함께 연소 영역으로 들어가는 산소의 참여와 산화 물질에 포함된 산소의 도움으로 발생할 수 있습니다. 이러한 물질 중 하나는 Berthollet 염(염소산칼륨 KClO 3)입니다. 이 물질은 쉽게 산소를 포기합니다. 강력한 산화제는 질산 HNO 3입니다. 순수한 형태에서는 많은 유기 물질을 발화시킵니다. 질산염, 질산 염(예: 비료 형태(칼륨 또는 질산암모늄))은 가연성 물질과 혼합되면 가연성이 높습니다. 또 다른 강력한 산화제인 사산화질소 N 2 O 4 는 로켓 연료의 구성 요소입니다. 산소는 많은 물질이 연소되는 염소나 불소와 같은 강력한 산화제로 대체될 수도 있습니다. 순수한 불소는 가장 강력한 산화제 중 하나입니다.

연쇄반응

연소 및 화염 전파 이론의 기초는 지난 세기 20년대 후반에 마련되었습니다. 이러한 연구 결과, 분지형 연쇄 반응이 발견되었습니다. 이 발견으로 러시아의 물리화학자 니콜라이 니콜라예비치 세메노프(Nikolai Nikolaevich Semenov)와 영국의 연구원 시릴 힌셸우드(Cyril Hinshelwood)는 1956년 노벨 화학상을 수상했습니다. 더 간단한 비분지형 연쇄 반응은 1913년 독일 화학자 Max Bodenstein이 수소와 염소의 반응의 예를 사용하여 발견했습니다. 전체 반응은 간단한 방정식 H 2 + Cl 2 = 2HCl로 표현됩니다. 실제로, 이는 소위 자유 라디칼이라고 불리는 매우 활동적인 분자 조각을 포함합니다. 스펙트럼의 자외선 및 청색 영역 또는 고온에서 빛의 영향으로 염소 분자는 원자로 분해되어 긴(때로는 최대 백만 개의 링크) 변형 체인을 시작합니다. 이러한 각 변환을 기본 반응이라고 합니다.

Cl + H 2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl 등

각 단계(반응 연결)에서 하나의 활성 중심(수소 또는 염소 원자)이 사라지고 동시에 새로운 활성 중심이 나타나 사슬이 계속됩니다. 두 활성 종이 만나면 사슬이 끊어집니다(예: Cl + Cl → Cl 2). 각 사슬은 매우 빠르게 전파되므로 "초기" 활성 입자가 고속으로 생성되면 반응이 너무 빨리 진행되어 폭발로 이어질 수 있습니다.

N. N. Semenov와 Hinshelwood는 인과 수소 증기의 연소 반응이 다르게 진행된다는 사실을 발견했습니다. 즉, 약간의 불꽃이나 화염이 실온에서도 폭발을 일으킬 수 있다는 것입니다. 이러한 반응은 분지형 사슬 반응입니다. 반응 중에 활성 입자가 "증식"됩니다. 즉, 하나의 활성 입자가 사라지면 두 개 또는 세 개가 나타납니다. 예를 들어, 외부 영향이 없으면 수백 년 동안 조용히 보관할 수 있는 수소와 산소의 혼합물에서 어떤 이유로든 활성 수소 원자의 출현은 다음 과정을 촉발합니다.

H + O 2 → OH + O,
O + H 2 → OH + H.

따라서 미미한 시간 내에 하나의 활성 입자(H 원자)가 3개(수소 원자와 2개의 OH 하이드록실 라디칼)로 바뀌고, 이는 이미 하나가 아닌 세 개의 사슬을 시작합니다. 결과적으로, 사슬의 수가 눈사태처럼 증가하고, 이 반응에서 많은 열에너지가 방출되기 때문에 수소와 산소의 혼합물이 즉시 폭발하게 됩니다. 산소 원자는 불꽃과 다른 물질의 연소에 존재합니다. 이는 버너 화염 상단을 가로질러 압축 공기 흐름을 유도하여 감지할 수 있습니다. 동시에 공기 중에서 오존의 특징적인 냄새가 감지됩니다. 이는 산소 원자가 산소 분자에 "고착하여" 오존 분자를 형성하는 것입니다. O + O 2 = O 3, 이는 차가운 공기에 의해 화염에서 나옴 .

많은 가연성 가스(수소, 일산화탄소, 메탄, 아세틸렌)와 산소(또는 공기) 혼합물의 폭발 가능성은 주로 혼합물의 온도, 구성 및 압력과 같은 조건에 따라 달라집니다. 따라서 부엌에서 가정용 가스(주로 메탄으로 구성됨)가 누출되어 공기 중 가스 함량이 5%를 초과하면 혼합물은 성냥이나 라이터의 불꽃에서 폭발할 것입니다. 조명을 켤 때 스위치를 통해 미끄러지는 작은 불꽃. 사슬이 갈라지는 것보다 더 빨리 끊어지면 폭발은 일어나지 않습니다. 영국의 화학자 험프리 데이비가 1816년 화염의 화학적 성질을 전혀 모르고 개발한 광부용 램프가 안전한 이유가 여기에 있습니다. 이 램프에서는 두꺼운 금속 메쉬로 화염이 외부 대기(폭발 가능성 있음)로부터 차단되었습니다. 금속 표면에서는 활성 입자가 효과적으로 사라져 안정적인 분자로 변하므로 외부 환경으로 침투할 수 없습니다.

분지 사슬 반응의 전체 메커니즘은 매우 복잡하며 100개 이상의 기본 반응을 포함할 수 있습니다. 무기 및 유기 화합물의 많은 산화 및 연소 반응은 분지형 사슬 반응입니다. 화학 반응에서 활성 입자의 유사체 역할을 하는 중성자의 영향으로 플루토늄 또는 우라늄과 같은 중원소 핵의 핵분열 반응도 마찬가지입니다. 중성자는 중원소의 핵에 침투하여 핵분열을 일으키고, 이는 매우 높은 에너지 방출을 동반합니다. 동시에 새로운 중성자가 핵에서 방출되어 이웃 핵의 분열을 일으킵니다. 화학적 및 핵 분지 사슬 과정은 유사한 수학적 모델로 설명됩니다.

시작하려면 무엇이 필요합니까?

연소가 시작되려면 여러 가지 조건이 충족되어야 합니다. 우선, 가연성 물질의 온도는 발화 온도라고 불리는 특정 한계값을 초과해야 합니다. 레이 브래드버리(Ray Bradbury)의 유명한 소설 화씨 451(Fahrenheit 451)은 대략 이 온도(233°C)에서 종이에 불이 붙기 때문에 그렇게 명명되었습니다. 이는 고체 연료가 안정적인 연소에 충분한 양으로 가연성 증기 또는 기체 분해 생성물을 방출하는 "점화 온도"입니다. 마른 소나무의 발화 온도는 거의 같습니다.

화염 온도는 가연성 물질의 성질과 연소 조건에 따라 달라집니다. 따라서 공기 중 메탄 불꽃의 온도는 1900°C에 도달하고, 산소 중에서 연소할 때는 2700°C에 이릅니다. 수소(2800°C)와 아세틸렌(3000°C)이 순수한 산소 속에서 연소되면 더욱 뜨거운 불꽃이 생성됩니다. 아세틸렌 토치의 불꽃이 거의 모든 금속을 쉽게 절단하는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 가장 높은 온도인 약 5000°C(기네스북에 기록됨)는 저비점 액체인 탄소 아질화물 C 4 N 2(이 물질은 디시아노아세틸렌 NC-C 구조를 가짐)에 의해 산소에서 연소될 때 얻어집니다. =C-CN). 그리고 일부 정보에 따르면 오존 대기에서 연소할 때 온도는 최대 5700°C에 도달할 수 있습니다. 이 액체가 공기 중에서 불에 붙으면 녹색-보라색 경계가 있는 붉은 연기가 나는 불꽃으로 타오를 것입니다. 반면에 차가운 불꽃도 알려져 있습니다. 예를 들어, 인 증기는 낮은 압력에서 연소됩니다. 특정 조건에서 이황화탄소와 경질 탄화수소가 산화되는 동안 상대적으로 차가운 화염이 얻어집니다. 예를 들어, 프로판은 감소된 압력과 260~320°C 사이의 온도에서 차가운 불꽃을 생성합니다.

20세기 후반이 되어서야 많은 가연성 물질의 불꽃 속에서 일어나는 과정의 메커니즘이 더욱 명확해지기 시작했습니다. 이 메커니즘은 매우 복잡합니다. 원래 분자는 일반적으로 너무 커서 산소와 직접 반응하여 반응 생성물을 생성할 수 없습니다. 예를 들어 휘발유의 성분 중 하나인 옥탄의 연소는 2C 8 H 18 + 25 O 2 = 16 CO 2 + 18 H 2 O라는 방정식으로 표현됩니다. 옥탄 분자는 50개의 산소 원자와 동시에 결합할 수 없습니다. 이것이 일어나려면 많은 화학 결합이 끊어지고 많은 새로운 결합이 형성되어야 합니다. 연소 반응은 여러 단계에서 발생합니다. 따라서 각 단계에서는 소수의 화학 결합만 끊어지고 형성되며, 이 과정은 순차적으로 발생하는 많은 기본 반응으로 구성되며, 그 전체는 관찰자에게 불꽃으로 나타납니다. 화염 내 반응성 중간 입자의 농도가 매우 작기 때문에 기본 반응을 연구하는 것은 어렵습니다.

불꽃 속

레이저를 사용하여 불꽃의 다양한 영역을 광학적으로 조사하면 거기에 존재하는 활성 입자(가연성 물질의 분자 조각)의 질적 및 양적 구성을 확립할 수 있었습니다. 산소 2H 2 + O 2 = 2H 2 O에서 수소 연소의 겉보기에 단순한 반응에서도 분자 O 2, H 2, O 3, H 2 O 2의 참여로 20개 이상의 기본 반응이 발생하는 것으로 나타났습니다. , H 2 O, 활성 입자 N, O, OH, BUT 2. 예를 들어, 영국의 화학자 Kenneth Bailey가 1937년에 이 반응에 대해 쓴 내용은 다음과 같습니다. “수소와 산소의 반응 방정식은 화학을 처음 접하는 대부분의 사람들이 익숙해지는 첫 번째 방정식입니다. 이 반응은 그들에게 매우 단순해 보입니다. 그러나 전문 화학자들조차도 1934년에 Hinshelwood와 Williamson이 출판한 "산소와 수소의 반응"이라는 제목의 100페이지 분량의 책을 보면 다소 놀랐습니다. 여기에 우리는 1948년에 A. B. Nalbandyan과 V. V. Voevodsky가 쓴 "수소 산화 및 연소의 메커니즘"이라는 제목의 훨씬 더 큰 논문이 출판되었다는 점을 덧붙일 수 있습니다.

현대 연구 방법을 사용하면 이러한 공정의 개별 단계를 연구하고 다양한 활성 입자가 서로 반응하고 서로 다른 온도에서 안정한 분자와 반응하는 속도를 측정할 수 있습니다. 공정의 개별 단계의 메커니즘을 알면 전체 공정을 "조립"하는 것, 즉 화염을 시뮬레이션하는 것이 가능합니다. 이러한 모델링의 복잡성은 기본 화학 반응의 전체 복합체를 연구하는 것뿐만 아니라 화염의 입자 확산, 열 전달 및 대류 흐름 과정을 고려할 필요성에도 있습니다. 불타는 불의 방언 놀이).

모든 것은 어디서 오는가?

현대 산업의 주요 연료는 가장 단순한 메탄부터 연료유에 포함된 중질 탄화수소까지 탄화수소입니다. 가장 단순한 탄화수소인 메탄의 불꽃에도 최대 100가지의 기본 반응이 포함될 수 있습니다. 그러나 이들 모두가 충분히 자세히 연구된 것은 아닙니다. 파라핀에서 발견되는 것과 같은 중질 탄화수소가 연소되면 해당 분자는 그대로 남아 있지 않고는 연소 영역에 도달할 수 없습니다. 불꽃에 접근해도 높은 온도로 인해 파편으로 흩어집니다. 이 경우 두 개의 탄소 원자를 포함하는 그룹은 일반적으로 분자에서 분리됩니다(예: C 8 H 18 → C 2 H 5 + C 6 H 13). 홀수 개의 탄소 원자를 가진 활성 종은 수소 원자를 추출하여 이중 C=C 및 삼중 C=C 결합을 가진 화합물을 형성할 수 있습니다. 화염 속에서 이러한 화합물은 화염 외부에서 발생하지 않기 때문에 화학자들에게 이전에 알려지지 않았던 반응을 일으킬 수 있다는 것이 발견되었습니다(예: C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → CO 2 + H + N.

초기 분자에 의한 점진적인 수소 손실은 입자 C 2 H 2, C 2 H, C 2가 형성될 때까지 탄소 비율의 증가로 이어집니다. 청청색 불꽃 구역은 이 구역에서 여기된 C 2 및 CH 입자의 빛으로 인해 발생합니다. 연소 영역으로의 산소 접근이 제한되면 이러한 입자는 산화되지 않지만 집합체로 수집됩니다. C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H 방식에 따라 중합됩니다. + C 4 H 2 → C 6 H 2 + N 등

그 결과 거의 전적으로 탄소 원자로 구성된 그을음 입자가 생성됩니다. 그들은 직경이 최대 0.1 마이크로미터에 달하는 작은 공 모양이며 약 백만 개의 탄소 원자를 포함합니다. 고온에서 이러한 입자는 잘 빛나는 노란색 불꽃을 생성합니다. 양초 불꽃 꼭대기에서 이 입자들이 타서 양초에서 연기가 나지 않습니다. 이러한 에어로졸 입자의 추가 부착이 발생하면 더 큰 그을음 입자가 형성됩니다. 결과적으로 화염(예: 고무 연소)은 검은 연기를 생성합니다. 이러한 연기는 원래 연료의 수소에 대한 탄소의 비율이 증가하면 나타납니다. 예를 들어 테레빈 유는 C 10 H 16 (C n H 2n–4), 벤젠 C 6 H 6 (C n H 2n–6) 및 수소가 부족한 기타 가연성 액체 조성의 탄화수소 혼합물입니다. 그 중 불에 타면 연기가 난다. 연기가 나고 밝게 빛나는 불꽃은 아세틸렌 C 2 H 2 (C n H 2n–2)가 공기 중에서 연소되면서 생성됩니다. 옛날에는 이러한 불꽃이 자전거나 자동차에 장착된 아세틸렌 랜턴, 광부의 램프에 사용되었습니다. 그 반대도 마찬가지입니다. 수소 함량이 높은 탄화수소 - 메탄 CH 4, 에탄 C 2 H 6, 프로판 C 3 H 8, 부탄 C 4 H 10 (일반식 C n H 2n + 2) - 충분한 공기 접근으로 연소됩니다. 거의 무색의 불꽃. 저압에서 액체 형태의 프로판과 부탄의 혼합물은 여름 거주자와 관광객이 사용하는 실린더뿐만 아니라 라이터에서도 발견됩니다. 가스 구동 자동차에도 동일한 실린더가 설치됩니다. 최근에는 그을음에 60개의 탄소 원자로 구성된 구형 분자가 포함되어 있는 경우가 많다는 사실이 밝혀졌습니다. 그들은 풀러렌이라고 불렸고, 이 새로운 형태의 탄소의 발견은 1996년 노벨 화학상을 수상했습니다.

세상에는 가연성 물질이 너무 많아서 일일이 나열하는 것이 불가능합니다. 그중에는 석탄, 황, 인, 목재 및 일부 금속과 같은 고체 물질이 있습니다. 휘발유, 등유, 에테르, 알코올, 아세톤과 같은 액체가 있습니다. 예를 들어 부엌에서 타는 가연성 가스 메탄이나 실린더로 판매되는 다른 가연성 가스, 프로판 또는 아세틸렌과 같은 기체도 있습니다. 아마도 철판이 아세틸렌 토치의 불꽃으로 용접되는 방식을 보았을 것입니다. ). 메탄, 프로판, 아세틸렌의 분자는 탄소 원자와 수소 원자, 즉 다른 유형의 원자로 구성됩니다. 그리고 한 가지 유형의 원자로만 구성된 분자가이 과정에 참여하기 시작하면 연소와 같은 복잡한 과정을 이해하는 것이 더 쉬울 것입니다.
아시다시피 수소는 가연성 가스이며 각 분자는 동일한 유형의 두 원자, 즉 수소 원자로 구성됩니다. 그럼 수소가 어떻게 연소되는지 살펴보겠습니다. 그런데 완벽하게 타서 불꽃이 너무 뜨거워서 공장에서는 수소 토치의 불꽃으로 두꺼운 철판을 자릅니다.

그러한 버너를 본 적이 있다면(적어도 영화에서) 아마도 두 개의 강철 실린더의 튜브가 버너로 연결되는 것을 보았을 것입니다. 한 병에는 수소가 들어 있고, 다른 병에는 산소가 들어 있습니다. 따라서 이 버너를 수소가 아니라 수소-산소라고 부르는 것이 더 정확합니다.
수소-산소 버너의 불꽃에서는 무슨 일이 일어나는가? 우선, 매우 중요한 사실에 주목하세요. 불꽃이 나타나려면 불이 붙은 성냥이나 라이터를 버너에 가져와야 합니다. 수소 자체는 발화하지 않습니다. (같은 방식으로 주방 버너의 가스는 빛을 가져올 때까지 발화되지 않습니다.) 그런데 왜 수소가 발화하려면 먼저 최소한 외부 불꽃의 작은 혀로 가열되어야 합니까?
사실은 수소 분자를 구성하는 수소 원자가 서로 매우 단단히 붙어 있다는 것입니다. 매우 친절한 커플! 사실, 수소 원자는 끔찍하게 안절부절 못합니다. 마치 그들 사이에 스프링이 있는 것처럼 항상 회전하고 씰룩거리며 때로는 서로 가까워지고 때로는 멀어집니다(다른 모든 분자의 원자에서도 동일한 방식으로 동작합니다). 하지만 스프링이 아무리 늘어나도 터지지 않는 건... 어떡하지? 수소 온도가 너무 높지 않은 한!
여러분은 이미 가스의 온도가 올라가면 분자의 속도가 빨라진다는 것을 알고 있습니다. 그러나 동시에 분자의 원자는 더욱 불안해지며 점점 더 꿈틀거리는 것으로 나타났습니다. 그리고 이는 무작위 열 운동이 세상의 모든 분자뿐만 아니라 이러한 분자를 구성하는 모든 원자의 특성이라는 것을 의미합니다!
그러나 이제 우리는 수소 분자에 관심이 있습니다. 실온에서 이 분자에 있는 원자의 열 운동은 친화력이 있는 쌍을 분리할 만큼 강하지 않습니다. 그러나 그들은 버너에 성냥불을 가져왔습니다... 수소 분자가 지옥에 떨어지자마자, 그 원자는 너무 활발하게 회전하고 경련하기 시작하여 그들 사이의 연결이 끊어질 것입니다. 또한 고온에서는 분자 자체가 거의 우주 속도로 돌진합니다.
분자의 세계에는 교통경찰도 없고 누구도 "속도를 초과하지 마십시오. 사고가 발생할 수 있습니다!"라고 전화하는 사람도 없습니다. 그리고 사고는 오래지 않아 발생합니다. 더욱이 희생자들과의 사고가 있습니다. 다른 분자와 미친 속도로 충돌 한 수소 분자가 죽습니다. 이를 구성하는 원자는 모든 방향으로 흩어집니다. 그리고 가장 흥미로운 일이 일어납니다.
우리는 이 책에서 대부분의 원자가 혼자 사는 것을 좋아하지 않는다고 여러 번 말했습니다. 수소 원자의 경우, 그들은 혼자 있는 것을 참을 수 없습니다! 당연히 고아가 된 수소 원자는 누군가와 연결되기 위해 노력합니다. 하지만 누구와? 사고로 인해 두 사람은 서로 다른 방향으로 흩어졌기 때문에 다시 만날 희망은 없습니다. 수십억 개의 분자가 돌진하는 상상할 수 없는 군중 속에서 정말로 서로를 찾을 수 있습니까? 그리고 다른 모든 원자는 점유되어 있습니다. 각각은 자체 분자에 위치합니다.
홀로 남겨진 수소 원자는 무엇을 합니까?
이것을 상상해 보십시오: 학교 무도회가 한창이고 커플들이 어디에서나 춤을 추고 있습니다. 더욱이, 종종 그렇듯이 소녀들은 소녀들과, 소년들은 소년들과 춤을 춥니다. 파트너 없이 단 한 명의 소년만이 남았습니다. 그래서 그는 주저하지 않고 두 명의 소녀에게 달려가 가장 가까운 사람의 손을 잡고 그녀를 파트너에게서 떼어 내고 그녀와 춤을 추기 시작했습니다. "아 그렇군요?!" - 전 파트너는 즉시 가장 가까운 소년 쌍에게 가서 그 중 한 명을 손으로 잡고 그를 파트너에게서 떼어 냈습니다. "아 그렇군요?!" - 혼자임을 알게 된 파트너가 외쳤다.
내 생각엔 우리가 계속할 필요는 없을 것 같아. 당신은 모든 것이 계속해서 체인을 따라갈 것임을 이해합니다.
단일 원자는 무의식적으로 동일한 작업을 수행합니다. 버너에는 수소와 함께 산소도 공급된다는 점 잊지 않으셨으면 좋겠습니다. 이 가스의 분자도 이원자입니다. 이는 두 개의 산소 원자로 구성됩니다. 분자들 사이에서 떠밀려 다니는 고아 수소 원자는 곧 (10억분의 1초 안에) 산소 원자의 "춤추는 쌍"을 우연히 발견하게 될 것입니다. 붙잡다! - 그리고 이제 수소 원자는 산소 원자와 함께 춤을 추고 있고, 두 번째 산소 원자는 아무것도 남지 않은 채… “그리고 그는 사과도 하지 않고 처음 만난 수소 분자에서 새로운 파트너를 빼앗아 갑니다. "아 그렇군요?!" - 그리고 혼자 발견된 수소 원자... 음, 등등, 사슬 아래로.
하지만 그게 전부는 아닙니다! 식욕은 식사와 함께 제공됩니다. 산소 원자의 관점에서 볼 때 하나의 "아기", 즉 짝을 이루는 수소 원자는 이것도 아니고 저것도 아닙니다. 결국, 산소 원자에는 두 번째 "손"이 비어 있습니다. 즉, 비슷한 아기를 옆에 안을 수 있습니다. 어디서 구할 수 있나요? 예, 모두 동일합니다. 분자에서 수소를 제거하세요. 그 결과 또 다른 수소 원자가 집을 잃고 마주칠 사람을 찾아야만 했다. 그리고 그가 그것을 찾을 것이기 때문에 안심하십시오! 그리고 또 다른 파트너들의 교류가 시작될 것이다...
여기 그림이 학교 무도회보다 더 복잡하다는 것을 아셨나요? 보통 세 사람은 거기서 춤을 추지 않아요! 그리고 여기서 두 개의 수소 원자를 차례로 결합하는 산소 원자의 탐욕으로 인해 결과는 하나의 사슬이 아니라 여러 사슬입니다. 매 순간 점점 더 많은 것들이 나무처럼 가지를 치며, 곧 수천 분의 1초가 지나면 버너에 새로 들어가는 모든 수소와 산소 분자가 파트너 교환에 참여합니다. 그가 연소를 부르는 것은 당연합니다. 가지 사슬 화학 반응.

그래서 수소 원자(파란 공)와 산소(빨간 공)로부터 물 분자를 얻습니다.

그리고 상상하기 어려울 만큼 많은 수의 분자가 포함되어 있는 이 반응의 전체 분기 트리는 성냥의 불꽃 속에서 두 개의 단일 원자로 분해되는 단일 수소 분자로 시작되었습니다. 그 후에는 아시다시피 성냥을 안전하게 제거할 수 있습니다. 단일 원자가 나타나자마자(이것이 성냥이 필요한 이유입니다) 연소는 저절로 계속됩니다.
이제 연소에 대해 또 무엇을 말할 수 있습니까? 일부 분자는 죽지만 다른 분자는 탄생합니다. 우리의 경우, 즉 수소-산소 버너에서는 수소와 산소 분자가 죽고 산소 원자가 "양손으로"그 근처에 두 개의 수소 원자를 보유하는 분자가 탄생합니다. 신생아들은 누구입니까? 이름이 무엇입니까? 글쎄, 그들의 이름은 당신에게 매우 친숙합니다. 왜냐하면 이것들은 당신과 내가 하루도 살 수 없는 물질의 분자이기 때문입니다. 물! 세계에서 가장 가벼운 가스를 "수소", 즉 "물을 낳는 것"이라고 부르는 것은 아무것도 아닙니다.
연료가 연소될 때 생성되는 물질을 해당 연료의 연소 생성물이라고 합니다. 이는 수소가 연소되면 단 하나의 연소 생성물, 즉 물만 얻어짐을 의미합니다.
그래서 우리는 이미 연소에 관해 많은 것을 배웠습니다. 하지만 우리가 그것을 제대로 연구했다고 생각할 권리가 있습니까? 아니요, 그렇지 않습니다. 우리는 아직 두 가지 중요한 질문에 답하지 않았기 때문입니다.

열은 어디에 있고
불꽃이 뭐야?

Konstantinovsky M. 춥다... 더 따뜻하다... 더워요!

목재가 연소되는 동안 연기가 형성됩니다. 이는 가스 연소 생성물과 고체 입자의 혼합물입니다.

연소 생성물의 구성은 목재의 구성과 연소 조건에 따라 달라집니다. 목재는 주로 탄소, 수소, 산소 및 질소의 화합물로 구성됩니다. 결과적으로 목재 연소의 일반적인 생성물은 이산화탄소, 질소, 수증기, 일산화탄소, 이산화황입니다. 1kg의 목재가 연소되면 7.5-8.0m 3의 가스 연소 생성물이 방출됩니다. 일산화탄소를 제외한 연소 생성물은 미래에 더 이상 연소할 수 없습니다. 나무가 연소될 때 연기에 포함된 입자상 물질은 그을음(탄소)입니다. 연소 생성물의 구성은 연소 과정이 진행되는 조건의 영향을 받습니다. 연소는 불완전할 수도 있고 완전할 수도 있습니다.

공기 접근이 충분하지 않으면 불완전 연소 생성물이 생성되어 화재 중에 종종 방출되는 매운 연기가 생성됩니다. 불완전 연소 생성물은 매우 다양할 수 있으며, 우선 연소되는 목재의 구성 및 특성은 물론 연소 조건에 따라 달라집니다. 공기 접근이 충분하지 않으면 연소할 시간이 없는 건식 증류 생성물이 형성됩니다. 이러한 제품은 매우 다양하며 다양한 종류의 유기 화합물에 속합니다. 완전 연소 생성물 외에도 일산화탄소, 알코올, 케톤, 알데히드, 산 및 기타 복합 유기 화합물이 포함됩니다. 화재가 발생하는 동안 이러한 화합물의 증기가 연기에 존재할 수 있어 독성이 증가할 수 있습니다. 불완전 연소 생성물은 연소되어 공기와 폭발성 혼합물을 형성할 수 있습니다. 이러한 혼합물의 폭발은 다량의 가연성 물질이 있는 건조기, 지하실 및 밀폐된 공간에서 화재를 진압할 때 발생했습니다. 다량의 목재가 집중되어 있는 건조실에서 화재가 발생하면 불완전 연소가 관찰됩니다. 목재 연소로 인해 일산화탄소와 기타 탄화수소가 방출되어 눈과 코의 점막을 자극하고 소방서의 화재 진압을 어렵게 만듭니다.

0.4%의 일산화탄소를 함유한 연기를 흡입하면 치명적입니다. BN 방독면은 일산화탄소로부터 보호하지 않습니다. 화재 발생시 특수 산소 차단 장치(KIP-5, KIP-7 등)가 사용됩니다.

그래서, 불완전한이를 연소라고 하며, 이로 인해 여전히 연소할 수 있는 생성물(일산화탄소, 그을음 및 다양한 탄화수소)이 생성됩니다.

가득한이를 연소라고 하며 더 이상 연소할 수 없는 생성물(이산화탄소, 수증기, 이산화황)이 생성됩니다.

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1.6. 연소 제품

연소 생성물은 연소 과정에서 형성된 기체, 액체 또는 고체 물질입니다. 연소 생성물의 구성은 연소 물질의 구성과 연소 조건에 따라 달라집니다. 유기 및 무기 가연성 물질은 주로 탄소, 산소, 수소, 황, 인 및 질소로 구성됩니다. 이들 중 탄소, 수소, 황 및 인은 연소 온도에서 산화되어 연소 생성물(CO, CO 2 , SO 2 , P 2 O 5 . 질소는 연소 온도에서 산화되지 않고 자유 상태로 방출되며 산소는 물질의 가연성 요소의 산화에 소비됩니다. 이러한 모든 연소 생성물(일산화탄소 CO 제외)은 미래에 더 이상 연소할 수 없습니다. 이는 완전 연소 중에, 즉 충분한 양의 공기가 유입되고 고온에서 발생하는 연소 중에 형성됩니다.

저온 및 공기 부족 조건에서 유기 물질의 불완전 연소로 인해 일산화탄소, 알코올, 케톤, 알데히드, 산 및 기타 복잡한 화합물과 같은 더욱 다양한 생성물이 형성됩니다. 이는 연료 자체와 건식 증류(열분해) 생성물을 부분적으로 산화하여 얻습니다. 이러한 제품은 매콤하고 유독한 연기를 생성합니다. 또한 불완전 연소 생성물 자체가 연소되어 공기와 폭발성 혼합물을 형성할 수 있습니다. 이러한 폭발은 지하실, 건조기 및 인화성 물질이 다량으로 존재하는 밀폐된 공간에서 화재를 진압할 때 발생합니다. 주요 연소 생성물의 특성을 간략하게 고려해 보겠습니다.

이산화탄소

이산화탄소 또는 이산화탄소(CO 2)는 탄소의 완전 연소 산물입니다. 무취이고 무색입니다. 공기에 대한 밀도 = 1.52. 온도에서의 이산화탄소 밀도 티= 0 0 C 및 정상 압력에서 아르 자형= 수은 760밀리미터(mm HG )는 1.96kg/m 3 과 같습니다(동일한 조건에서 공기 밀도는 ρ = 1.29kg/m 3 입니다). 이산화탄소는 물에 매우 잘 녹습니다. 티= 15 0 C 기체 1리터는 물 1리터에 용해됩니다. 이산화탄소는 알칼리 및 알칼리 토금속을 제외한 물질의 연소를 지원하지 않습니다. 예를 들어, 마그네슘의 연소는 다음 방정식에 따라 이산화탄소 대기에서 발생합니다.

CO 2 +2 Mg = C + 2 MgO .

이산화탄소의 독성은 무시할 수 있습니다. 공기 중 이산화탄소 농도 1.5%는 오랫동안 인체에 무해합니다. 공기 중 이산화탄소 농도가 3~4.5%를 넘으면 실내에 머물며 30분 동안 가스를 흡입하는 것은 생명에 위협이 된다. 온도에서 티= 0 0 C 및 압력 아르 자형= 3.6 MPa 이산화탄소가 액체가 됩니다. 액체 이산화탄소의 끓는점은 티= –78 0 C. 액체 이산화탄소의 급속한 증발로 인해 가스는 냉각되어 고체 상태로 변합니다. 액체 및 고체 상태 모두에서 이산화탄소 방울과 분말을 사용하여 화재를 진압합니다.

일산화탄소

일산화탄소 또는 일산화탄소(CO)는 탄소의 불완전 연소의 산물입니다. 이 가스는 무취, 무색이어서 특히 위험합니다. 상대 밀도 = 0.97. 일산화탄소 밀도 티= 0 0C 및 아르 자형= 760mm HG 1.25kg/m3입니다. 이 가스는 공기보다 가벼우며 화재 발생 시 실내 상부에 축적됩니다. 일산화탄소는 물에 거의 녹지 않습니다. 공기와 연소하여 폭발성 혼합물을 형성할 수 있음. 일산화탄소는 연소되면 푸른 불꽃을 생성합니다. 일산화탄소는 매우 독성이 있습니다. 일산화탄소 농도 0.4%의 공기를 흡입하면 사람에게 치명적입니다. 표준 방독면은 일산화탄소로부터 보호하지 못하므로 화재 발생 시 특수 필터나 산소 차단 장치를 사용합니다.

이산화황

이산화황(SO 2 )는 황과 황 화합물의 연소 생성물입니다. 특유의 자극적인 냄새를 지닌 무색의 가스. 이산화황의 상대밀도 = 2.25. 이 가스의 밀도는 티= 0 0C 및 아르 자형= 760mm HG 2.9kg/m3, 즉 공기보다 훨씬 무겁습니다. 이산화황은 예를 들어 다음 온도에서 물에 잘 녹습니다. 티= 0 0 C 80리터는 물 1리터에 용해됩니다.그래서 2 , 그리고 언제 티= 20 0 C – 40리터. 이산화황은 연소를 지원하지 않습니다. 호흡기 점막을 자극하므로 독성이 매우 높습니다.

연기

위에서 설명한 연소 생성물 외에도 많은 물질이 연소되면 연기가 방출됩니다. 이는 가스에 부유하는 작은 고체 입자로 구성된 분산 시스템입니다. 연기 입자의 직경은 10 -4 –10 -6 cm(1 ~ 0.01 마이크론)입니다. 1 µm(미크론)은 10 -6 m 또는 10 -4 와 같습니다. cm. 연소 중에 형성된 더 큰 고체 입자는 그을음과 그을음의 형태로 빠르게 침전됩니다. 유기 물질이 연소되면 연기에는 고체 그을음 입자가 포함되어 있습니다. CO 2 , CO , N 2 , SO 2 그리고 다른 가스. 물질의 조성과 연소 조건에 따라 다양한 조성과 색상의 연기가 생성됩니다. 예를 들어, 나무가 타면 회흑색 연기가 발생하고, 직물은 갈색 연기가 발생하고, 석유 제품은 검은 연기가 발생하고, 인은 흰색 연기가 발생하고, 종이, 짚은 희끄무레한 노란색 연기가 발생합니다.