Хімічна термодинаміка оперує поняттям “моль”. Моль - це маса речовини в грамах, що чисельно дорівнює відповідно молекулярній або атомній масі речовини.
Може бути моль оксигену, О2, його маса дорівнюватиме 32 г.; моль карбону, С, маса 12 г., моль води, Н2О, 18 г.
Кілограм-молем називають масу речовини в кілограмах, що чисельно дорівнює відповідно атомній або молекулярній масі речовини.
В кожній кг-молекулі 6,02х1026атомів або молекул. Число Авогадро.
Закон Авогадро: “При однакових умовах однакова кількість кг-молів кожного газу займає однаковий об’єм”. За нормальних умов об’єм 1 кг-молю дорівнює 22,4 м3.
Нормальні умови: температура в 0оС і тиск в 1атм, тобто в 760 мм рт. ст., або в 101,3 кПа.
Валентність елементу - це здатність його атомів з’єднуватись з іншими атомами в певних співвідношеннях.
За одиницю валентності прийнято валентність гідрогену
Складні речовини поділяють на неорганічні та органічні.
Органічними прийнято називати сполуки карбону, за винятком найпростіших з них (СО, СО2, Н2СО3, карбіди). По-перше, це чисті прості речовини (водень, кисень, хлор, графіт і інші). Деякі з них можуть становити пожежо- та вибухонебезпечність.
|
|
По-друге, чисті складні неорганічні речовини, з яких небагато речовин, що небезпечні безпосередньо (таких як графіт), але достатня кількість тих, що здатні підтримувати горіння (КМпО4, NaNO3, Н2О2 і т. п.).
По-третє, чисті органічні речовини (гексан, метан, бензол, ацетон і безліч інших). Це те, що становить основну небезпеку і, зрозуміло, є об’єктом нашої підвищеної уваги; зокрема при розробці учбових завдань.
Четверта група - суміші речовин. Це матеріали, які не мають певної хімічної формули і для яких визначають їх кількісний хімічний склад, по елементах: скільки там карбону, гідрогену, нітрогену, сульфуру і т. ін. Саме такими є найбільш поширені горючі речовини - деревина, тканина, папір, полімерні композиції.
Хімічні зв’язк и між атомами забезпечуються електронами зовнішніх орбіт атомів. Хімічна реакція відображає процеси обміну електронів. Горіння є різновидом хімічної реакції окиснення - відновлення. В реальній пожежі окисником виступає кисень повітря, відновником - здебільшого органічна речовина.
Структура полум’я; горючість речовин.
Якщо компоненти горючої суміші поступають в зону горіння порівняно спокійно, то процес горіння буде ламінарним (від латинськогоlamina - шар).
Якщо ж перетин потоку i швидкість великі, шари потоку перемішуються i горіння буде менш організованим, турбулентним (від латинського turbulence - вихор).
Межею турбулізації потоку вважається критичне значення спеціального критерію - критерію Рейнольдса (Re). Критичним вважається значення Re=2300. Коли Re менший за 2300 - течія ламінарна i горiння ламінарне. Від 2300 до 10000 течія i горiння слаботурбулентні - шари потоку перед зоною горiння будуть перемішуватися, але не повністю: чим більший Re - тим краще перемішування.
|
|
Колір полум'я залежить від двох речей. Від природи речовини, що горить, i від умов спалювання, в першу чергу від кількості кисню, що подається.
Якщо кисню мало, полум'я буде яскраво-червоним.
Якщо зовсім мало, то, крім цього, карбон буде виділятися у вигляді вуглецю, сажі. Речовини, що дуже багаті на карбон, горять яскравим червоним полум'ям з великою кількістю кіптяви.
В залежності від перетину потоку горючих парів та газів і швидкості цього потоку полум’я може бути ламінарним або турбулентним. Ламінарне полум’я складається із зони горіння і зони парів. Світіння полум’я залежить від природи речовини, що горить, і від кількості повітря, що подається. Горючість речовин теж залежить від їх природи (від їх складу): чим більше в речовині горючих елементів (карбону, гідрогену, сульфуру) і чим менше окисників (оксигену, хлору, флюору, брому) тим більше вона горюча. Найвища температура полум’я спостерігається в його середній частині.
. Витрати повітря на горіння речовин
Мінімальна кількість повітря, що потрібна для повного згоряння одиниці маси або одиниці об'єму горючої речовини, називається теоретично необхідною i позначається Vп0.
Надлишок записують через коефіцієнт надлишку a, який вказує в скільки разів повітря в наявності більше, ніж теоретично необхідно.
Продукти згоряння. Дим.
В умовах пожежі горючі речовини в-основному перетворюються в газоподібні: в СО2, Н2О, SO2 і таке інше. В суміші, що розлітається від пожежі, є і азот повітря. Кисень витратився, а азот лишився.
Продуктами горіння називають газоподібні, рідкі та тверді речовини, що утворюються внаслідок з’єднання горючої речовини з повітрям в процесі горіння.
Тверді і рідкі продукти згоряння утворюються в дрібнодисперсному стані і піднімаються вгору разом з газоподібними у вигляді диму.
Згідно ДСТУ, дим - це видима суспензія твердих та (або) рідких часток в газах, що утворюються в результаті горіння або піролізу матеріалів.
Дим являє собою дисперсну систему, що складається з дуже дрібних частинок, які розподілені в суміші продуктів горіння з повітрям. Діаметр частинок диму коливається в межах від 1 до 0,01 мм.
При розрахунках умовно продукти горіння ділять на сухі та вологі.
Вологими називають продукти горіння, кількість яких розраховують разом з водяною парою.
Якщо ж вміст води в розрахункові формули не входить, продукти горіння називають сухими.
Приклад.
Маємо ацетон. Згоряє 29 кг цієї речовини при температурі 1000 К і тиску 760 мм рт ст. Треба вирахувати об’єм продуктів згоряння при цих умовах і відсотковий склад цих продуктів.
СН3СОСН3
29 кг Записуємо умову задачі.
1000 К
760 мм рт ст.. Визначаємо масу кілограм-молекули
______ даної речовини М = 3х12+6х1+1х66=58 кг.
V1п.г. =?
% =? Пишемо рівняння реакції горіння.
С3Н6О + 4(О2+3,76 N2) = 3CO2 + 3H2O + 15,04N2
Загальне число кілограм-молів продуктів горіння
Sni = = 3 + 3 + 15,04 = 21,04
Далі треба визначити об’єм одного кг-молю газу при даних умовах за формулою:
= 82,1 м3
Потім помножити цей об’єм на одержану суму кг-молів, одночасно складаючи пропорцію:
При згорянні 58 кг виділяється 82,1х21,04 м3
горючої речовини продуктів горіння
При згорянні 29 кг виділиться V1п.г. про-
горючої речовини дуктів горіння
V1п.г.: 29 = 82,1х21,04: 58