O.S.GABRIELYAN,
I.G.
A.K.AKHLEBININ

MULAI DALAM KIMIA

kelas 7

Kelanjutan. Lihat permulaannya pada No. 1/2006

§ 2. Observasi dan eksperimen sebagai metode
mempelajari sains dan kimia

Seseorang memperoleh pengetahuan tentang alam dengan menggunakan metode penting seperti observasi.

Pengamatan- ini adalah pemusatan perhatian pada objek-objek yang dapat dikenali dengan tujuan mempelajarinya.

Dengan bantuan observasi, seseorang mengumpulkan informasi tentang dunia di sekitarnya, mensistematisasikannya, dan mencarinya pola dalam informasi ini.

Langkah penting selanjutnya adalah mencari alasan yang menjelaskan pola yang ditemukan.

Agar observasi dapat membuahkan hasil, sejumlah syarat harus dipenuhi.

1. Penting untuk mendefinisikan dengan jelas subjek pengamatan, apa yang akan menjadi perhatian pengamat - zat tertentu, sifat-sifatnya atau transformasi beberapa zat menjadi zat lain, kondisi untuk pelaksanaan transformasi ini, dll.

2. Pengamat harus mengetahui alasan dia melakukan pengamatan, yaitu. merumuskan dengan jelas tujuan observasi. 3. Untuk mencapai tujuan Anda, Anda dapat menyusun rencana observasi. Dan untuk itu lebih baik membuat asumsi tentang bagaimana fenomena yang diamati akan terjadi, yaitu. mengajukan hipotesa . Diterjemahkan dari bahasa Yunani "hipotesis" (

hipotesa

) berarti "menebak". Hipotesis juga dapat diajukan sebagai hasil observasi, yaitu. ketika beberapa hasil diperoleh yang perlu dijelaskan. Observasi ilmiah berbeda dengan observasi dalam arti kata sehari-hari. Biasanya, observasi ilmiah dilakukan dalam kondisi yang dikontrol ketat, dan kondisi ini dapat diubah atas permintaan pengamat. Paling sering, observasi semacam itu dilakukan di ruangan khusus - laboratorium (Gbr. 6)..

Pengamatan yang dilakukan dalam keadaan terkendali secara ketat disebut percobaan Kata "eksperimen" ( percobaan.

) berasal dari bahasa Latin dan diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia sebagai "pengalaman", "ujian". Eksperimen memungkinkan Anda untuk mengkonfirmasi atau menyangkal hipotesis yang lahir dari observasi. Ini adalah bagaimana hal itu dirumuskan

Nyalakan lilin dan periksa apinya dengan cermat. 1 Anda akan melihat bahwa warnanya tidak seragam. Nyala api memiliki tiga zona (Gbr. 7). Zona Gelap 2 terletak di bagian bawah nyala api. Ini adalah zona terdingin dibandingkan zona lainnya. Zona gelap dikelilingi oleh bagian nyala api yang paling terang 3 .

. Suhu di sini lebih tinggi dibandingkan di zona gelap, namun suhu tertinggi ada di bagian atas nyala api 2 Untuk memastikan bahwa zona nyala api yang berbeda memiliki suhu yang berbeda, Anda dapat melakukan percobaan ini. Tempatkan serpihan (atau korek api) ke dalam nyala api sehingga melintasi ketiga zona tersebut. Anda akan melihat bahwa serpihannya lebih hangus jika mengenai zona tersebut 3 Dan

. Artinya nyala api di sana lebih panas.

Timbul pertanyaan: apakah nyala api lampu alkohol atau bahan bakar kering memiliki struktur yang sama dengan nyala lilin? Jawaban atas pertanyaan ini dapat berupa dua asumsi – hipotesis: 1) struktur nyala api akan sama dengan nyala lilin, karena didasarkan pada proses pembakaran yang sama; 2) struktur nyala api akan berbeda, karena itu muncul sebagai akibat dari pembakaran berbagai zat. Untuk mengkonfirmasi atau menyangkal hipotesis ini atau itu, mari kita beralih ke eksperimen – mari kita lakukan eksperimen.

Dengan menggunakan korek api atau serpihan, kami memeriksa struktur nyala lampu alkohol (Anda akan mengetahui struktur alat pemanas ini selama kerja praktek) dan bahan bakar kering.

Terlepas dari kenyataan bahwa nyala api dalam setiap kasus berbeda dalam bentuk, ukuran dan bahkan warna, semuanya memiliki struktur yang sama - tiga zona yang sama: bagian dalam gelap (terdingin), bagian tengah bercahaya (panas) dan bagian luar tidak berwarna (terpanas) .

Oleh karena itu, kesimpulan dari percobaan tersebut dapat berupa pernyataan bahwa struktur nyala api adalah sama. Arti praktis dari kesimpulan ini adalah sebagai berikut: untuk memanaskan suatu benda dalam nyala api, benda itu harus dibawa ke tempat terpanas, yaitu. ke bagian atas nyala api.

Eksperimen biasanya didokumentasikan dalam jurnal khusus, yang disebut jurnal laboratorium. Buku catatan biasa cocok untuk ini, tetapi entri di dalamnya tidak biasa. Tanggal percobaan, namanya dicatat, dan kemajuan percobaan sering disajikan dalam bentuk tabel.

Coba gambarkan eksperimen mempelajari struktur nyala api dengan cara ini.

Semua ilmu alam adalah ilmu eksperimental. Dan untuk melakukan eksperimen, sering kali diperlukan peralatan khusus. Misalnya, dalam biologi, alat optik banyak digunakan yang memungkinkan untuk memperbesar bayangan suatu benda yang diamati berkali-kali: kaca pembesar, kaca pembesar, mikroskop. Fisikawan menggunakan instrumen untuk mengukur tegangan, arus, dan hambatan listrik ketika mempelajari rangkaian listrik. Ahli geografi memiliki instrumen khusus - dari yang paling sederhana (misalnya, kompas, balon cuaca) hingga stasiun orbit luar angkasa yang unik dan kapal penelitian.

Ahli kimia juga menggunakan peralatan khusus dalam penelitiannya. Yang paling sederhana adalah, misalnya, alat pemanas yang sudah dikenal, lampu alkohol, dan berbagai wadah kimia tempat transformasi zat dilakukan dan dipelajari, yaitu. reaksi kimia (Gbr. 8).

Beras. 8. Peralatan gelas kimia laboratorium dan peralatan

Mereka benar mengatakan bahwa lebih baik melihat sekali daripada mendengar seratus kali. Atau lebih baik lagi, pegang di tangan Anda dan pelajari cara menggunakannya.

1. Oleh karena itu, perkenalan pertama Anda dengan peralatan kimia akan terjadi pada saat kerja praktek yang menanti Anda pada pelajaran berikutnya.
2. Apa itu observasi? Kondisi apa yang harus dipenuhi agar observasi menjadi efektif?
3. Apa perbedaan antara hipotesis dan kesimpulan?
4. Apa itu eksperimen?
5. Bagaimana struktur nyala api?
6. Bagaimana seharusnya pemanasan dilakukan?
7. Peralatan laboratorium apa yang Anda gunakan saat mempelajari biologi dan geografi?

Peralatan laboratorium apa yang digunakan saat mempelajari kimia?
Kerja Praktek No.1.
Pengenalan peralatan laboratorium.

Peraturan keselamatan

Kebanyakan percobaan kimia dilakukan dalam wadah kaca. Kacanya transparan dan Anda dapat mengamati apa yang terjadi pada zat tersebut. Dalam beberapa kasus, kaca diganti dengan plastik transparan; tidak pecah, tetapi piring seperti itu, tidak seperti kaca, tidak dapat dipanaskan.

Labu dengan alas bundar (Gbr. 14) tidak dapat diletakkan di atas meja; labu tersebut dipasang pada dudukan logam - tripod (Gbr. 15) - menggunakan cakar. Kaki, serta cincin logam, dipasang ke tripod dengan klem khusus.

Zat apa pun, seperti gas, dapat diperoleh dengan mudah dalam labu dengan alas bulat. Untuk mengumpulkan gas yang dihasilkan, gunakan labu dengan saluran keluar (disebut labu Wurtz (Gbr. 16)) atau tabung reaksi dengan tabung saluran keluar gas.

Jika zat gas yang dihasilkan perlu didinginkan dan dikondensasi menjadi cairan, gunakan lemari es kaca (Gbr. 17). Gas yang didinginkan bergerak melalui ban dalamnya, berubah menjadi cairan di bawah pengaruh air dingin, yang mengalir melalui “jaket” lemari es ke arah yang berlawanan.

Corong berbentuk kerucut (Gbr. 18) digunakan untuk menuangkan cairan dari satu wadah ke wadah lainnya; corong ini juga sangat diperlukan dalam proses penyaringan. Anda mungkin tahu bahwa filtrasi adalah proses pemisahan cairan dari partikel padat.

Piringan dengan dinding tebal, mirip dengan piring dalam, disebut crystallizer (Gbr. 20). Karena luas permukaan larutan yang dituangkan ke dalam crystallizer besar, pelarut cepat menguap dan zat terlarut dilepaskan dalam bentuk kristal. Crystallizer dalam keadaan apa pun tidak boleh dipanaskan: dindingnya hanya tampak kuat, tetapi kenyataannya, jika dipanaskan, pasti akan retak.

Saat melakukan percobaan kimia, sering kali Anda harus mengukur volume cairan yang dibutuhkan. Paling sering, silinder ukur digunakan untuk ini (Gbr. 21).

Selain barang pecah belah, laboratorium kimia sekolah juga memiliki piring porselen. Dalam lesung dan alu (Gbr. 22), zat kristal dihancurkan. Peralatan gelas tidak cocok untuk ini: tekanan alu akan menyebabkannya langsung retak.

Untuk menghindari masalah dan cedera, setiap barang harus digunakan secara ketat sesuai tujuannya dan mengetahui cara menanganinya.

Ruang kimia berbeda dari ruangan lain karena memiliki lemari asam (Gbr. 24). Banyak zat memiliki bau yang menyengat dan tidak sedap, dan uapnya tidak berbahaya bagi kesehatan. Zat-zat tersebut ditangani dalam lemari asam, dari mana zat-zat gas mengalir langsung ke jalan.

Botol yang berisi reagen harus diambil agar labelnya ada di telapak tangan Anda. Hal ini dilakukan agar tetesan yang tidak disengaja tidak merusak prasasti.

Beberapa bahan kimia bersifat racun, ada reagen yang menimbulkan korosi pada kulit, dan banyak bahan yang mudah terbakar. Tanda khusus pada label memperingatkan hal ini (Gbr. 26, lihat hal. 7).

Jangan memulai eksperimen kecuali Anda tahu persis apa dan bagaimana melakukannya. Anda harus bekerja dengan ketat mengikuti instruksi dan hanya dengan bahan-bahan yang diperlukan untuk percobaan.

Persiapkan tempat kerja Anda, tempatkan reagen, piring, dan aksesori secara rasional sehingga Anda tidak perlu menjangkau ke seberang meja, menjatuhkan labu dan tabung reaksi dengan lengan baju Anda. Jangan mengacaukan meja dengan apa pun yang tidak diperlukan untuk percobaan.

Eksperimen harus dilakukan hanya dalam wadah yang bersih, artinya harus dicuci bersih setelah bekerja.

Cuci tangan Anda secara bersamaan.

Semua manipulasi harus dilakukan di atas tabel.

Untuk mengetahui bau suatu zat, jangan mendekatkan wadah ke wajah Anda, tetapi dorong udara dengan tangan dari lubang wadah ke hidung (Gbr. 27).

Tidak ada zat yang bisa dicicipi!

Jangan pernah menuangkan kembali reagen berlebih ke dalam botol. Gunakan gelas bekas khusus untuk ini. Juga tidak diinginkan untuk mengumpulkan kembali benda padat yang tumpah, terutama dengan tangan Anda.

Jika Anda secara tidak sengaja membakar diri sendiri, melukai diri sendiri, atau menumpahkan reagen ke meja, tangan, atau pakaian Anda, segera hubungi guru atau asisten laboratorium Anda.

Setelah menyelesaikan percobaan, rapikan area kerja Anda.
Kerja Praktek No.2.

Menonton lilin yang menyala

Tujuan kerja praktek ini adalah untuk belajar mengamati dan mendeskripsikan hasil observasi. Anda harus menulis esai mini pendek tentang lilin yang menyala (Gbr. 28).

Untuk membantu Anda dalam hal ini, kami menawarkan beberapa pertanyaan yang memerlukan jawaban terperinci.

Jelaskan penampakan lilin, bahan pembuatnya (warna, bau, rasa, kekerasan), dan sumbunya.

Nyalakan lilin. Jelaskan penampakan dan struktur nyala api. Apa yang terjadi pada bahan lilin jika sumbunya terbakar? Seperti apa bentuk sumbu pada proses pembakaran? Apakah lilinnya memanas, apakah ada bunyi saat terbakar, apakah panasnya keluar? Apa yang terjadi pada nyala api jika ada pergerakan udara?

Seberapa cepat lilin padam? Apakah panjang sumbu berubah selama proses pembakaran? Cairan apa yang ada di dasar sumbu? Apa yang terjadi jika diserap oleh bahan sumbu? Dan kapan tetesannya mengalir ke bawah lilin? 1 Banyak proses kimia terjadi ketika dipanaskan, namun nyala lilin tidak digunakan untuk tujuan ini. Oleh karena itu, pada bagian kedua kerja praktek ini, kita akan mengenal struktur dan pengoperasian alat pemanas yang sudah Anda kenal - lampu alkohol (Gbr. 29). Lampu alkohol terdiri dari tangki kaca 2 , yang diisi dengan alkohol hingga tidak lebih dari 2/3 volumenya. Sumbu direndam dalam alkohol 3 , yang terbuat dari benang katun. Itu dipegang di leher tangki menggunakan tabung khusus dengan disk 4 . Nyalakan lampu alkohol hanya dengan korek api; Anda tidak dapat menggunakan lampu alkohol lain yang menyala untuk tujuan ini, karena Dalam hal ini, alkohol yang tumpah dapat tumpah dan terbakar.

Sumbu harus dipotong secara merata dengan gunting, jika tidak maka sumbu akan mulai terbakar. Untuk memadamkan lampu alkohol, jangan meniup apinya; untuk tujuan ini, tutup kaca digunakan.

. Ini juga melindungi lampu alkohol dari penguapan alkohol yang cepat.

Digunakan untuk percobaan kimia di sekolah Mari kita lihat lebih dekat semua jenis peralatan. Peralatan gelas laboratorium, tergantung pada bahan penyusunnya, itu dibagi menjadi kaca .

Dan porselen Barang pecah belah Untuk memastikan bahwa zona nyala api yang berbeda memiliki suhu yang berbeda, Anda dapat melakukan percobaan ini. Tempatkan serpihan (atau korek api) ke dalam nyala api sehingga melintasi ketiga zona tersebut. Anda akan melihat bahwa serpihannya lebih hangus jika mengenai zona tersebut berdasarkan adanya simbol-simbol khusus di atasnya, mungkin saja demikian

diukur biasa. KE

barang pecah belah

mengaitkan . Kami akan mempelajari semua ini selama kerja praktek.

Unduh:

Pratinjau:3. Teknik penanganan peralatan laboratorium. Menonton lilin yang menyala. Struktur api – Ini adalah fenomena yang mengakibatkan terbentuknya zat lain dari satu zat. Mereka juga disebut reaksi kimia. Namun diperlukan peralatan laboratorium khusus untuk melakukan reaksi kimia.

Digunakan untuk percobaan kimia di sekolahperalatan gelas laboratorium khusus, tripod dan alat pemanas.

Mari kita lihat lebih dekat semua jenis peralatan.

Digunakan untuk percobaan kimia di sekolahtergantung pada bahan penyusunnya, itu dibagi menjadi kaca dan porselen.

Danberdasarkan adanya simbol-simbol khusus di atasnya, mungkin saja demikian terukur dan biasa.

KE biasa. termasuk tabung reaksi, labu, gelas kimia, corong, pipet, labu.

Tabung reaksi – digunakan saat melakukan eksperimen untuk larutan, gas, dan padatan.

termos Ada yang beralas datar dan berbentuk kerucut. Mereka digunakan dengan cara yang sama seperti tabung reaksi. Demikian pula digunakangelas kimia.

corong digunakan untuk menuangkan larutan ke dalam bejana dengan leher sempit dan untuk menyaring cairan dan, tergantung pada strukturnya, dibagi menjadiberbentuk kerucut dan menetes.

Pipet digunakan untuk mengeluarkan sejumlah cairan dari dalam labu.

KE piring porselen termasuk lesung, alu, corong Buchner, wadah, gelas, sendok, spatula, mangkuk evaporasi.

Mortar dan alu digunakan untuk menggiling zat.

Percobaan digunakan untuk memanaskan dan mengkalsinasi zat.

Gelas, sendok, spatula– untuk menuangkan bahan kimia kering ke dalam peralatan gelas laboratorium lainnya.

Mangkuk penguapandigunakan untuk penguapan berbagai larutan.

corong Buchner - Dirancang untuk menyaring dalam kondisi vakum. Bagian atas corong tempat cairan dituangkan dipisahkan oleh partisi berpori atau berlubang dari bagian bawah, di mana ruang hampa diterapkan.

kaki tiga berfungsi untuk mengamankan peralatan gelas laboratorium, aksesoris dan instrumen pada saat melakukan percobaan. Ini terdiri dari dudukan di mana batang disekrup. Dudukannya memberikan stabilitas pada tripod. Cincin, tab, penjepit, dan jaring dapat dipasang ke batang menggunakan kopling. Kopling memiliki sekrup, ketika dilonggarkan, dimungkinkan untuk memindahkan dan mengamankan cincin, tab, penjepit dan jaring di sepanjang batang. Masing-masing pemegang yang terdaftar digunakan untuk mengamankan peralatan gelas laboratorium di dalamnya.

KE perangkat pemanas termasuk lampu alkohol, kompor gas dan pemanas listrik.

Lampu alkohol terdiri dari bejana berisi alkohol, sumbu yang dipasang pada tabung logam dengan piringan, dan penutup.

Dalam melaksanakan kerja laboratorium dan praktek perlu diperhatikanaturan keselamatan dasar:

1. Gunakan hanya bahan yang ditentukan oleh guru sesuai dengan tujuan yang dimaksudkan.
2. Jangan mengacaukan tempat kerja Anda dengan barang-barang yang tidak diperlukan.
3. Jangan memulai pekerjaan tanpa instruksi yang tepat dari guru.
4. Periksa integritas dan kebersihan peralatan gelas laboratorium sebelum digunakan.
5. Jangan mencicipi bahan kimia atau menanganinya dengan tangan Anda (hanya dengan spatula atau tabung reaksi!). Dilarang menentukan komposisi bahan kimia berdasarkan baunya.
6. Saat memanaskan suatu zat, tabung reaksi harus dijauhkan dari Anda. Jangan arahkan pembukaan tabung reaksi ke orang.
7. Pastikan untuk menutup wadah setelah mengambil bahan kimia darinya.

Kami akan melakukan kerja praktek mempelajari struktur nyala api, bekerja dengan lampu alkohol.

1. Lepaskan tutup dari lampu spiritus dan periksa apakah cakram terpasang erat pada bukaan wadah.Hal ini diperlukan untuk mencegah alkohol menyala..
2. Kami menyalakan lampu alkohol dengan korek api yang menyala.Tidak diperbolehkan menyalakan lampu alkohol dari lampu alkohol lain yang menyala untuk menghindari kebakaran.

Saat mempertimbangkanstruktur api itu sendiri, kita akan melihat tiga zona yang memiliki suhu berbeda:

1. Lebih rendah Bagian (gelap) nyala api itu dingin. Tidak ada pembakaran di sana;
2. Rata-rata (paling terang), di mana, di bawah pengaruh suhu tinggi, senyawa yang mengandung karbon terurai, dan partikel batubara menjadi panas, memancarkan cahaya;
3. Luar (paling ringan), dimana pembakaran produk penguraian paling sempurna terjadi dengan pembentukan karbon dioksida dan air.

1. Untuk memastikan keberadaan zona tersebut, kami menggunakan serpihan biasa atau korek api tebal. Kami membawanya ke dalam nyala api secara horizontal, seolah-olah “menusuk” ketiga zona pembakaran lampu alkohol. Kami memeriksanya setelah ekstraksi. Kami melihat semakin sedikit zona hangus, yang menegaskan ketidakseragaman suhu nyala lampu alkohol.
2. Nyala api lampu alkohol dipadamkan dengan cara ditutup dengan penutup.

Kesimpulan: Nyala api terdiri dari tiga zona (bawah, tengah dan luar), yang strukturnya bergantung pada komposisi kimia nyala api.

Kimia - salah satu ilmu yang membantu untuk memahami rahasia alam.

Bagaimanapun, salah satu keterampilan yang diperlukan adalah kemampuan membedakan fenomena fisika dan kimia dengan mengamati berbagai fenomena di alam.

Untuk lebih memahami fenomena tersebut, mari kita amati perubahan yang terjadi pada lilin yang menyala. Mari kita ambil lilin parafin dan menyalakannya.

1. Melihat bagaimana parafin meleleh, kita melihat bahwa parafin tidak mengubah sifat-sifatnya, tetapi hanya mengubah bentuknya.

Dari pelajaran sebelumnya kita mengetahui hal itufenomena fisik- ini adalah fenomena yang mengakibatkan perubahan ukuran, bentuk benda, atau keadaan agregasi zat, tetapi komposisinya tetap.

Artinya fenomena terbakarnya lilin ini mengacu pada fenomena fisika.

1. Pada saat yang sama, sumbu lilin ketika dibakar akan membentuk abu.

Mari kita ingat apafenomena kimiamengacu pada fenomena yang mengakibatkan terbentuknya zat lain dari satu zat.

Artinya fenomena tersebut mengacu pada fenomena kimia.

Lilin yang menyala hanyalah salah satu contoh keberadaan dan keterkaitan fenomena fisika dan kimia di alam secara simultan. Faktanya, fenomena ini mengelilingi kita dimana-mana. Dan dengan jeli, kita bisa memperhatikannya dalam kehidupan sehari-hari.

Target: belajar mendeskripsikan hasil observasi.

Reagen dan peralatan: lilin parafin, air jeruk nipis; serpihan, tabung gelas dengan ujung memanjang, gelas kimia, gelas ukur, korek api, benda porselen (gelas porselen untuk penguapan), penjepit wadah, tempat tabung reaksi, toples kaca dengan volume 0,5, 0,8, 1 , 2, 3, 5 l, stopwatch.

Tugas 1. Mengamati lilin yang menyala.

Sajikan pengamatan Anda dalam bentuk esai singkat. Gambarlah nyala lilin.

Lilin tersebut terbuat dari parafin dan memiliki bau yang khas. Ada sumbu di tengahnya.
Saat sumbu terbakar, lilin pun meleleh. Sedikit jejak terdengar dan panas dihasilkan.

Tugas 2. Mempelajari berbagai bagian nyala api.

1. Nyala api, seperti yang telah Anda ketahui, memiliki tiga zona. Yang? Saat memeriksa bagian bawah api, masukkan ujung tabung kaca ke dalamnya menggunakan penjepit wadah, pegang pada sudut 45-50 derajat. Bawa serpihan yang terbakar ke ujung tabung yang lain. Apa yang kamu amati?

Pembakaran menghasilkan panas.

2. Untuk mempelajari bagian tengah api yang paling terang, masukkan mangkuk porselen ke dalamnya (menggunakan penjepit wadah) selama 2-3 detik. Apa yang kamu temukan?

Menghitam.

3. Untuk mempelajari komposisi api bagian atas, masukkan gelas kimia terbalik yang dibasahi air kapur ke dalamnya selama 2-3 detik sehingga nyala api berada di tengah gelas kimia. Apa yang kamu amati?

Pembentukan sedimen padat.

4. Untuk mengetahui perbedaan suhu di berbagai bagian nyala api, masukkan serpihan ke bagian bawah nyala api selama 2-3 detik (sehingga melintasi seluruh bagiannya secara horizontal). Apa yang kamu amati?

Bagian atas lebih cepat terbakar.

5. Lengkapi laporan dengan mengisi tabel 4.

Tugas 3. Mempelajari laju konsumsi oksigen selama pembakaran.

1. Nyalakan lilin dan tutupi dengan toples 0,5 liter. Tentukan waktu saat lilin menyala.

Lakukan tindakan serupa menggunakan stoples dengan ukuran lain.

Isi tabel 5.

Durasi pembakaran lilin tergantung pada volume udara.

2. Gambarlah grafik lamanya nyala lilin versus volume toples (udara). Gunakan itu untuk menentukan waktu setelah lilin yang ditutup dengan toples 10 liter akan padam.

3. Hitung waktu yang dibutuhkan lilin untuk menyala di kantor sekolah yang tertutup.

Panjang ruang kelas kimia sekolah (a) adalah 5 m, lebar (b) adalah 5 m, dan tinggi (c) adalah 3 m.
Volume ruang kelas kimia sekolah adalah 75 meter kubik. atau 75000 liter. Waktu selama lilin akan menyala, dengan mempertimbangkan tidak adanya udara yang masuk ke dalam ruangan dan semua oksigen dihabiskan untuk membakar lilin, adalah 2.700.000 s atau 750 jam.

Tugas 4. Memperkenalkan struktur lampu spiritus.

1. Perhatikan Gambar 2 dan tuliskan nama setiap bagian lampu spiritus. Anda akan menemukan informasi yang diperlukan di halaman 23 buku teks.

1. Alkohol
2. Sumbu
3. Tempat sumbu
4. Tutup

a) Mengapa korek api diadakan dari samping saat menyalakan lampu spiritus?

Untuk menghindari terbakar.

b) Mengapa Anda tidak dapat menyalakan lampu roh dari lampu roh lain yang menyala?

Alkohol dapat tumpah dan terbakar.

2. Dengan menggunakan peralatan di meja Anda, rebus air dalam tabung reaksi.

Gambar tersebut menunjukkan berapa banyak air yang harus ada di dalam tabung reaksi, cara memasangnya dengan benar pada dudukan atau kaki tripod, dan di bagian api mana tabung reaksi harus ditempatkan.

a) Berapa banyak air yang harus dituangkan ke dalam tabung reaksi?

2/3 tabung reaksi.

b) Bagaimana cara memegang tabung reaksi di atas nyala lampu alkohol?

Pada sudut yang jauh dari Anda.

Api itu sendiri adalah simbol kehidupan; pentingnya api tidak dapat ditaksir terlalu tinggi, karena sejak zaman kuno api telah membantu seseorang untuk tetap hangat, melihat dalam kegelapan, memasak hidangan lezat, dan juga melindungi dirinya sendiri.

Sejarah nyala api

Api telah menemani manusia sejak zaman primitif. Api menyala di dalam gua, mengisolasi dan menerangi gua itu, dan ketika mencari mangsa, para pemburu membawa serta merek-merek yang terbakar. Mereka digantikan oleh obor - tongkat yang dilapisi tar. Dengan bantuan mereka, kastil-kastil para penguasa feodal yang gelap dan dingin diterangi, dan perapian besar menghangatkan aula. Pada zaman kuno, orang Yunani menggunakan lampu minyak - teko tanah liat dengan minyak. Pada abad ke-10 dan ke-11, lilin dan lilin lemak mulai dibuat.

Obor menyala di gubuk Rusia selama berabad-abad, dan ketika minyak tanah mulai diekstraksi dari minyak pada pertengahan abad ke-19, lampu minyak tanah mulai digunakan, dan kemudian pembakar gas. Para ilmuwan masih mempelajari struktur api, menemukan kemungkinan-kemungkinan baru.

Warna dan intensitas api

Oksigen diperlukan untuk menghasilkan nyala api. Semakin banyak oksigen, semakin baik proses pembakarannya. Jika Anda mengipasi panasnya, maka udara segar masuk ke dalamnya, yang berarti oksigen, dan ketika potongan kayu atau batu bara membara, muncullah nyala api.

Api datang dalam berbagai warna. Nyala api kayu menari-nari dengan warna kuning, oranye, putih dan biru. Warna nyala api bergantung pada dua faktor: suhu pembakaran dan bahan yang dibakar. Untuk melihat ketergantungan warna pada suhu, cukup dengan memantau panas kompor listrik. Segera setelah dinyalakan, kumparan memanas dan mulai bersinar merah kusam.

Semakin panas, semakin terang jadinya. Dan ketika kumparan mencapai suhu tertinggi, warnanya berubah menjadi oranye terang. Jika Anda bisa memanaskannya lebih jauh lagi, warnanya akan berubah menjadi kuning, putih, dan akhirnya biru. Warna biru menunjukkan tingkat panas tertinggi. Hal yang sama terjadi pada api.

Struktur nyala api bergantung pada apa?

Ia berkedip dalam berbagai warna saat sumbu membakar lilin yang meleleh. Api membutuhkan akses ke oksigen. Saat lilin menyala, banyak oksigen tidak masuk ke bagian tengah nyala api, dekat bagian bawah. Itu sebabnya terlihat lebih gelap. Namun bagian atas dan sampingnya mendapat banyak udara, sehingga nyala api di sana sangat terang. Suhunya memanas hingga lebih dari 1370 derajat Celcius, yang membuat nyala lilin sebagian besar berwarna kuning.

Dan di perapian atau di api saat piknik Anda dapat melihat lebih banyak bunga. Api kayu menyala pada suhu yang lebih rendah dari lilin. Itu sebabnya warnanya terlihat lebih oranye daripada kuning. Beberapa partikel karbon dalam api menjadi sangat panas dan memberikan warna kuning. Mineral dan logam seperti kalsium, natrium, tembaga, dipanaskan hingga suhu tinggi, memberikan warna api yang beragam.

Warna api

Kimia dalam struktur nyala api memainkan peran penting, karena corak yang berbeda berasal dari unsur kimia berbeda yang ada dalam bahan bakar yang terbakar. Misalnya, api mungkin mengandung natrium, yang merupakan bagian dari garam. Ketika natrium terbakar, ia mengeluarkan cahaya kuning terang. Mungkin juga ada kalsium, mineral, di dalam api. Misalnya, susu mengandung banyak kalsium. Ketika kalsium dipanaskan, ia memancarkan cahaya merah tua. Dan jika terdapat mineral seperti fosfor pada api maka akan memberikan warna kehijauan. Semua elemen ini bisa berada di dalam kayu itu sendiri atau di bahan lain yang terbakar. Pada akhirnya, pencampuran semua warna yang berbeda ini dalam nyala api dapat menghasilkan warna putih - seperti warna pelangi yang disatukan untuk membentuk sinar matahari.

Dari mana datangnya api?

Diagram struktur api mewakili gas dalam keadaan terbakar, di mana terdapat plasma komposit atau zat padat terdispersi. Transformasi fisika dan kimia terjadi di dalamnya, yang disertai dengan pendaran, pelepasan panas, dan pemanasan.

Lidah api membentuk proses yang disertai dengan pembakaran suatu zat. Dibandingkan dengan udara, gas memiliki kepadatan yang lebih rendah, tetapi ketika terkena suhu tinggi, ia naik. Beginilah cara Anda mendapatkan nyala api yang panjang atau pendek. Paling sering, ada aliran lembut dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Untuk melihat fenomena tersebut, Anda bisa menyalakan kompor kompor gas biasa.

Api yang menyala dalam hal ini tidak akan seragam. Secara visual, nyala api dapat dibagi menjadi tiga zona utama. Sebuah studi sederhana tentang struktur nyala api menunjukkan bahwa berbagai zat terbakar dengan pembentukan berbagai jenis obor.

Ketika campuran gas-udara dinyalakan, nyala api pendek dengan warna biru dan ungu pertama kali terbentuk. Di dalamnya Anda bisa melihat inti berwarna hijau-biru berbentuk segitiga.

Zona api

Mengingat struktur nyala api, tiga zona dibedakan: pertama, pendahuluan, di mana pemanasan campuran yang keluar dari lubang pembakar dimulai. Setelah itu muncullah zona tempat berlangsungnya proses pembakaran. Area ini menutupi bagian atas kerucut. Ketika aliran udara tidak mencukupi, pembakaran gas terjadi sebagian. Ini menghasilkan residu karbon monoksida dan hidrogen. Pembakarannya terjadi di zona ketiga, di mana terdapat akses oksigen yang baik.

Misalnya, bayangkan struktur nyala lilin.

Skema pembakaran meliputi:

• yang pertama adalah zona gelap;
• yang kedua - zona cahaya;
• yang ketiga adalah zona transparan.

Benang lilin tidak terbakar, tetapi hanya sumbunya saja yang hangus.

Struktur nyala lilin adalah aliran gas panas yang naik ke atas. Prosesnya diawali dengan pemanasan hingga parafin menguap. Daerah yang berdekatan dengan benang disebut daerah pertama. Ini memiliki sedikit cahaya biru karena kelebihan jumlah bahan yang mudah terbakar, tetapi pasokan oksigennya sedikit. Di sini terjadi proses pembakaran sebagian zat dengan terbentuknya asap, yang kemudian teroksidasi.

Zona pertama ditutupi oleh cangkang bercahaya. Ini mengandung oksigen dalam jumlah yang cukup, yang mendorong reaksi oksidatif. Di sinilah, dengan pemanasan yang intens pada partikel sisa bahan bakar dan partikel batubara, efek cahaya diamati.

Zona kedua ditutupi oleh cangkang yang hampir tidak terlihat dengan suhu tinggi. Banyak oksigen menembus ke dalamnya, yang mendorong pembakaran sempurna partikel bahan bakar.

Nyala lampu alkohol

Untuk berbagai percobaan kimia, wadah kecil berisi alkohol digunakan. Mereka disebut lampu alkohol. Struktur nyala api mirip dengan nyala lilin, namun tetap memiliki ciri khas tersendiri. Sumbu mengeluarkan alkohol, yang difasilitasi oleh tekanan kapiler. Saat puncak sumbu tercapai, alkohol menguap. Dalam bentuk uap, menyala dan terbakar pada suhu tidak lebih dari 900 °C.

Struktur nyala lampu alkohol berbentuk biasa, hampir tidak berwarna, dengan semburat agak kebiruan. Zonanya lebih kabur dibandingkan zona candle. Dalam pembakar alkohol, dasar api terletak di atas kisi-kisi pembakar. Pendalaman nyala api menyebabkan penurunan volume kerucut gelap, dan zona bercahaya muncul dari lubang.

Proses kimia dalam nyala api

Proses oksidasi berlangsung di zona tidak mencolok yang terletak di bagian atas dan memiliki suhu tertinggi. Di dalamnya, partikel hasil pembakaran mengalami pembakaran akhir. Dan kelebihan oksigen dan kekurangan bahan bakar menyebabkan proses oksidasi yang kuat. Kemampuan ini dapat digunakan saat memanaskan zat dengan cepat di atas kompor. Untuk melakukan ini, zat tersebut dicelupkan ke bagian atas nyala api, sehingga pembakaran terjadi lebih cepat.

Reaksi reduksi terjadi di bagian tengah dan bawah nyala api. Ada pasokan bahan bakar yang cukup dan sedikit pasokan oksigen yang diperlukan untuk proses pembakaran. Ketika zat yang mengandung oksigen ditambahkan ke zona ini, oksigen dihilangkan.

Proses penguraian besi sulfat dianggap sebagai nyala pereduksi. Ketika FeSO 4 menembus bagian tengah obor, pertama-tama ia memanas dan kemudian terurai menjadi besi oksida, anhidrida, dan sulfur dioksida. Dalam reaksi ini, belerang direduksi.

Suhu api

Setiap area nyala lilin atau pembakar memiliki indikator suhunya masing-masing, tergantung pada akses oksigen. Suhu nyala api terbuka, tergantung pada zonanya, dapat bervariasi dari 300 °C hingga 1600 °C. Contohnya adalah nyala api difusi dan laminar, struktur ketiga cangkangnya. Kerucut api di area gelap memiliki suhu pemanasan hingga 360 °C. Di atasnya ada zona cahaya. Suhu pemanasannya bervariasi dari 550 hingga 850 °C, yang menyebabkan pemisahan campuran yang mudah terbakar dan proses pembakarannya.

Area luarnya sedikit terlihat. Di dalamnya, pemanasan nyala api mencapai 1560 °C, yang dijelaskan oleh sifat-sifat molekul zat yang terbakar dan laju masuknya zat pengoksidasi. Di sini proses pembakaran paling energik.

Api Pembersihan

Nyala api mengandung potensi energi yang sangat besar; lilin digunakan dalam ritual pembersihan dan pengampunan. Dan betapa menyenangkannya duduk di dekat perapian yang nyaman pada malam musim dingin yang tenang, berkumpul bersama keluarga dan mendiskusikan segala sesuatu yang terjadi sepanjang hari.

Api dan nyala lilin membawa muatan energi positif yang sangat besar, karena bukan tanpa alasan mereka yang duduk di dekat perapian merasakan kedamaian, kenyamanan dan ketenangan dalam jiwanya.

Bagaimana mengutuk kegelapan
Setidaknya lebih baik menyalakannya
satu lilin kecil.
Konfusius

Pada awalnya

Upaya pertama untuk memahami mekanisme pembakaran dikaitkan dengan nama orang Inggris Robert Boyle, orang Prancis Antoine Laurent Lavoisier, dan Mikhail Vasilyevich Lomonosov dari Rusia. Ternyata selama pembakaran, zat tersebut tidak “menghilang” di mana pun, seperti yang diyakini secara naif, tetapi berubah menjadi zat lain, sebagian besar berbentuk gas sehingga tidak terlihat. Lavoisier adalah orang pertama yang menunjukkan pada tahun 1774 bahwa selama pembakaran, sekitar seperlimanya hilang dari udara. Selama abad ke-19, para ilmuwan mempelajari secara rinci proses fisik dan kimia yang menyertai pembakaran. Kebutuhan akan pekerjaan tersebut terutama disebabkan oleh kebakaran dan ledakan di tambang.

Namun baru pada kuartal terakhir abad kedua puluh reaksi kimia utama yang menyertai pembakaran teridentifikasi, dan hingga saat ini masih banyak bintik hitam yang tersisa dalam kimia api. Mereka dipelajari menggunakan metode paling modern di banyak laboratorium. Studi-studi ini memiliki beberapa tujuan. Di satu sisi, perlu dilakukan optimalisasi proses pembakaran pada tungku pembangkit listrik tenaga panas dan pada silinder mesin pembakaran dalam, untuk mencegah pembakaran yang bersifat eksplosif (detonasi) pada saat campuran udara-bensin dikompresi dalam silinder mobil. Di sisi lain, perlu untuk mengurangi jumlah zat berbahaya yang terbentuk selama proses pembakaran, dan pada saat yang sama, mencari cara yang lebih efektif untuk memadamkan api.

Ada dua jenis nyala api. Bahan bakar dan oksidator (paling sering oksigen) dapat disuplai secara paksa atau spontan ke zona pembakaran secara terpisah dan dicampur dalam nyala api. Atau dapat dicampur terlebih dahulu - campuran tersebut dapat terbakar atau bahkan meledak jika tidak ada udara, seperti bubuk mesiu, campuran kembang api untuk kembang api, bahan bakar roket. Pembakaran dapat terjadi baik dengan partisipasi oksigen yang masuk ke zona pembakaran dengan udara, maupun dengan bantuan oksigen yang terkandung dalam zat pengoksidasi. Salah satu zat tersebut adalah garam Berthollet (kalium klorat KClO 3); zat ini dengan mudah melepaskan oksigen. Zat pengoksidasi kuat adalah asam nitrat HNO 3: dalam bentuk murninya ia membakar banyak zat organik. Nitrat, garam asam nitrat (misalnya, dalam bentuk pupuk - kalium atau amonium nitrat), sangat mudah terbakar jika tercampur dengan bahan yang mudah terbakar. Pengoksidasi kuat lainnya, nitrogen tetroksida N 2 O 4 adalah komponen bahan bakar roket. Oksigen juga dapat digantikan oleh zat pengoksidasi kuat seperti klorin, yang menyebabkan banyak zat terbakar, atau fluor. Fluor murni adalah salah satu zat pengoksidasi air yang paling kuat yang terbakar dalam alirannya.

Reaksi berantai

Fondasi teori pembakaran dan perambatan api diletakkan pada akhir tahun 20-an abad yang lalu. Sebagai hasil dari penelitian ini, reaksi berantai bercabang ditemukan. Atas penemuan ini, ahli kimia fisik Rusia Nikolai Nikolaevich Semenov dan peneliti Inggris Cyril Hinshelwood dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1956. Reaksi berantai tidak bercabang yang lebih sederhana ditemukan pada tahun 1913 oleh ahli kimia Jerman Max Bodenstein dengan menggunakan contoh reaksi hidrogen dengan klor. Reaksi keseluruhan dinyatakan dengan persamaan sederhana H 2 + Cl 2 = 2HCl. Faktanya, ini melibatkan fragmen molekul yang sangat aktif – yang disebut radikal bebas. Di bawah pengaruh cahaya di wilayah spektrum ultraviolet dan biru atau pada suhu tinggi, molekul klorin terurai menjadi atom, yang memulai rantai transformasi yang panjang (terkadang hingga satu juta mata rantai); Masing-masing transformasi ini disebut reaksi elementer:

Cl + H 2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl, dst.

Pada setiap tahap (tautan reaksi), satu pusat aktif (atom hidrogen atau klor) menghilang dan pada saat yang sama muncul pusat aktif baru, melanjutkan rantai. Rantai putus ketika dua spesies aktif bertemu, misalnya Cl + Cl → Cl 2. Setiap rantai merambat dengan sangat cepat, sehingga jika partikel aktif "awal" dihasilkan dengan kecepatan tinggi, reaksi akan berlangsung sangat cepat sehingga dapat menyebabkan ledakan.

N. N. Semenov dan Hinshelwood menemukan bahwa reaksi pembakaran uap fosfor dan hidrogen berlangsung secara berbeda: percikan sekecil apa pun atau nyala api terbuka dapat menyebabkan ledakan bahkan pada suhu kamar. Reaksi-reaksi ini adalah reaksi berantai bercabang: partikel aktif “berkembang biak” selama reaksi, yaitu ketika satu partikel aktif menghilang, dua atau tiga muncul. Misalnya, dalam campuran hidrogen dan oksigen, yang dapat disimpan secara diam-diam selama ratusan tahun jika tidak ada pengaruh luar, kemunculan atom hidrogen aktif karena satu dan lain hal memicu proses berikut:

H + O 2 → OH + O,
O + H 2 → OH + H.

Jadi, dalam waktu singkat, satu partikel aktif (atom H) berubah menjadi tiga (satu atom hidrogen dan dua radikal OH hidroksil), yang sudah meluncurkan tiga rantai, bukan satu. Akibatnya, jumlah rantai bertambah seperti longsoran salju, yang langsung menyebabkan ledakan campuran hidrogen dan oksigen, karena banyak energi panas yang dilepaskan dalam reaksi ini. Atom oksigen hadir dalam nyala api dan pembakaran zat lain. Mereka dapat dideteksi dengan mengarahkan aliran udara bertekanan ke bagian atas nyala api pembakar. Pada saat yang sama, bau khas ozon akan terdeteksi di udara - ini adalah atom oksigen yang “menempel” pada molekul oksigen untuk membentuk molekul ozon: O + O 2 = O 3, yang dikeluarkan dari nyala api oleh udara dingin .

Kemungkinan ledakan campuran oksigen (atau udara) dengan banyak gas yang mudah terbakar - hidrogen, karbon monoksida, metana, asetilena - bergantung pada kondisi, terutama pada suhu, komposisi dan tekanan campuran. Jadi, jika akibat kebocoran gas rumah tangga di dapur (sebagian besar terdiri dari metana), kandungannya di udara melebihi 5%, maka campuran tersebut akan meledak dari nyala korek api atau korek api, atau bahkan dari api. percikan kecil yang keluar melalui sakelar saat lampu dinyalakan. Tidak akan ada ledakan jika rantai putus lebih cepat daripada percabangannya. Inilah sebabnya mengapa lampu untuk para penambang, yang dikembangkan oleh ahli kimia Inggris Humphry Davy pada tahun 1816, tanpa mengetahui apa pun tentang kimia api, aman. Dalam lampu ini, nyala api terbuka dipagari dari atmosfer luar (yang dapat menyebabkan ledakan) dengan jaring logam tebal. Pada permukaan logam, partikel aktif menghilang secara efektif, berubah menjadi molekul stabil, dan karenanya tidak dapat menembus ke lingkungan luar.

Mekanisme lengkap reaksi berantai bercabang sangat kompleks dan dapat mencakup lebih dari seratus reaksi dasar. Banyak reaksi oksidasi dan pembakaran senyawa anorganik dan organik merupakan reaksi berantai bercabang. Demikian pula reaksi fisi inti unsur berat, misalnya plutonium atau uranium, di bawah pengaruh neutron, yang bertindak sebagai analogi partikel aktif dalam reaksi kimia. Menembus inti suatu unsur berat, neutron menyebabkan fisinya, yang disertai dengan pelepasan energi yang sangat tinggi; Pada saat yang sama, neutron baru dipancarkan dari inti, yang menyebabkan fisi inti di sekitarnya. Proses rantai cabang kimia dan nuklir dijelaskan oleh model matematika serupa.

Apa yang Anda perlukan untuk memulai?

Agar pembakaran dapat dimulai, sejumlah kondisi harus dipenuhi. Pertama-tama, suhu zat yang mudah terbakar harus melebihi nilai batas tertentu, yang disebut suhu penyalaan. Novel terkenal Ray Bradbury Fahrenheit 451 dinamakan demikian karena pada suhu sekitar ini (233°C) kertas terbakar. Ini adalah “suhu penyalaan” di mana bahan bakar padat melepaskan uap yang mudah terbakar atau produk penguraian gas dalam jumlah yang cukup untuk pembakaran yang stabil. Temperatur penyalaan kayu pinus kering kurang lebih sama.

Temperatur nyala api bergantung pada sifat bahan yang mudah terbakar dan kondisi pembakaran. Jadi, suhu nyala metana di udara mencapai 1900°C, dan saat terbakar dalam oksigen - 2700°C. Nyala api yang lebih panas dihasilkan ketika hidrogen (2800°C) dan asetilena (3000°C) dibakar dalam oksigen murni. Tidak heran nyala obor asetilena dengan mudah memotong hampir semua logam. Suhu tertinggi, sekitar 5000°C (tercatat dalam Guinness Book of Records), diperoleh ketika dibakar dalam oksigen oleh cairan dengan titik didih rendah - karbon subnitrida C 4 N 2 (zat ini memiliki struktur dicyanoacetylene NC–C =C–CN). Dan menurut beberapa informasi, jika terbakar di atmosfer ozon, suhunya bisa mencapai 5700°C. Jika cairan ini dibakar di udara, ia akan terbakar dengan nyala api merah berasap dengan garis tepi hijau-ungu. Di sisi lain, api dingin juga dikenal. Misalnya, uap fosfor terbakar pada tekanan rendah. Nyala api yang relatif dingin juga diperoleh selama oksidasi karbon disulfida dan hidrokarbon ringan dalam kondisi tertentu; misalnya, propana menghasilkan nyala api dingin pada tekanan dan suhu rendah antara 260–320°C.

Baru pada kuartal terakhir abad ke-20 mekanisme proses yang terjadi dalam nyala api banyak zat yang mudah terbakar mulai menjadi lebih jelas. Mekanisme ini sangat kompleks. Molekul aslinya biasanya terlalu besar untuk bereaksi langsung dengan oksigen menjadi produk reaksi. Misalnya pembakaran oktan, salah satu komponen bensin, dinyatakan dengan persamaan 2C 8 H 18 + 25 O 2 = 16 CO 2 + 18 H 2 O. Namun, seluruh 8 atom karbon dan 18 atom hidrogen dalam satu molekul oktan tidak dapat bergabung secara bersamaan dengan 50 atom oksigen : agar hal ini terjadi, banyak ikatan kimia yang harus diputus dan banyak ikatan kimia baru harus dibentuk. Reaksi pembakaran terjadi dalam banyak tahap - sehingga pada setiap tahap hanya sejumlah kecil ikatan kimia yang diputus dan terbentuk, dan prosesnya terdiri dari banyak reaksi elementer yang terjadi secara berurutan, yang keseluruhannya tampak bagi pengamat sebagai nyala api. Sulit untuk mempelajari reaksi elementer terutama karena konsentrasi partikel antara reaktif dalam nyala api sangat kecil.

Di dalam nyala api

Pemeriksaan optik pada berbagai area nyala api menggunakan laser memungkinkan untuk menetapkan komposisi kualitatif dan kuantitatif dari partikel aktif yang ada di sana - fragmen molekul zat yang mudah terbakar. Ternyata bahkan dalam reaksi pembakaran hidrogen dalam oksigen 2H 2 + O 2 = 2H 2 O yang tampaknya sederhana, lebih dari 20 reaksi elementer terjadi dengan partisipasi molekul O 2, H 2, O 3, H 2 O 2 , H 2 O, partikel aktif N, O, OH, TAPI 2. Sebagai contoh, berikut adalah apa yang ditulis oleh ahli kimia Inggris Kenneth Bailey tentang reaksi ini pada tahun 1937: “Persamaan reaksi hidrogen dengan oksigen adalah persamaan pertama yang diketahui oleh sebagian besar pemula di bidang kimia. Reaksi ini tampak sangat sederhana bagi mereka. Namun bahkan ahli kimia profesional pun takjub melihat buku setebal seratus halaman berjudul “Reaksi Oksigen dengan Hidrogen,” yang diterbitkan oleh Hinshelwood dan Williamson pada tahun 1934.” Untuk ini kita dapat menambahkan bahwa pada tahun 1948 sebuah monografi yang jauh lebih besar oleh A. B. Nalbandyan dan V. V. Voevodsky diterbitkan dengan judul “Mekanisme Oksidasi dan Pembakaran Hidrogen.”

Metode penelitian modern telah memungkinkan untuk mempelajari tahapan individu dari proses tersebut dan mengukur laju reaksi berbagai partikel aktif satu sama lain dan dengan molekul stabil pada suhu berbeda. Mengetahui mekanisme masing-masing tahapan proses, adalah mungkin untuk “merakit” keseluruhan proses, yaitu mensimulasikan nyala api. Kompleksitas pemodelan tersebut tidak hanya terletak pada mempelajari seluruh kompleks reaksi kimia dasar, tetapi juga pada kebutuhan untuk memperhitungkan proses difusi partikel, perpindahan panas dan aliran konveksi dalam nyala api (yang terakhir inilah yang menciptakan hal yang menakjubkan. permainan lidah api yang menyala-nyala).

Darimana semuanya berasal?

Bahan bakar utama industri modern adalah hidrokarbon, mulai dari hidrokarbon paling sederhana, metana, hingga hidrokarbon berat, yang terkandung dalam bahan bakar minyak. Nyala api hidrokarbon paling sederhana sekalipun, metana, dapat melibatkan hingga seratus reaksi elementer. Namun, tidak semuanya dipelajari secara cukup rinci. Ketika hidrokarbon berat, seperti yang ditemukan dalam parafin, terbakar, molekulnya tidak dapat mencapai zona pembakaran tanpa tetap utuh. Bahkan saat mendekati api, karena suhu tinggi, mereka terpecah menjadi beberapa bagian. Dalam hal ini, gugus yang mengandung dua atom karbon biasanya dipisahkan dari molekul, misalnya C 8 H 18 → C 2 H 5 + C 6 H 13. Spesies aktif dengan jumlah atom karbon ganjil dapat mengabstraksi atom hidrogen, membentuk senyawa dengan ikatan rangkap C=C dan rangkap tiga C≡C. Diketahui bahwa dalam nyala api, senyawa tersebut dapat mengalami reaksi yang sebelumnya tidak diketahui oleh ahli kimia, karena tidak terjadi di luar nyala api, misalnya C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → BERSAMA 2 + H + N.

Hilangnya hidrogen secara bertahap oleh molekul awal menyebabkan peningkatan proporsi karbon di dalamnya, hingga terbentuk partikel C 2 H 2, C 2 H, C 2. Zona nyala biru-biru disebabkan oleh pancaran partikel C2 dan CH yang tereksitasi di zona ini. Jika akses oksigen ke zona pembakaran terbatas, maka partikel-partikel ini tidak teroksidasi, tetapi dikumpulkan menjadi agregat - mereka berpolimerisasi sesuai dengan skema C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H + C 4 H 2 → C 6 H 2 + N, dst.

Hasilnya adalah partikel jelaga yang hampir seluruhnya terdiri dari atom karbon. Bentuknya seperti bola kecil dengan diameter hingga 0,1 mikrometer, yang mengandung sekitar satu juta atom karbon. Partikel-partikel tersebut pada suhu tinggi menghasilkan nyala api kuning yang terang. Pada bagian atas nyala lilin, partikel-partikel tersebut terbakar sehingga lilin tidak berasap. Jika terjadi adhesi lebih lanjut dari partikel aerosol ini, partikel jelaga yang lebih besar akan terbentuk. Akibatnya nyala api (misalnya pembakaran karet) menghasilkan asap hitam. Asap tersebut muncul jika proporsi karbon relatif terhadap hidrogen dalam bahan bakar asli ditingkatkan. Contohnya adalah terpentin - campuran hidrokarbon dengan komposisi C 10 H 16 (C n H 2n–4), benzena C 6 H 6 (C n H 2n–6), dan cairan mudah terbakar lainnya yang kekurangan hidrogen - semuanya diantaranya merokok ketika dibakar. Nyala api berasap dan bercahaya terang dihasilkan oleh asetilena C 2 H 2 (C n H 2n–2) yang terbakar di udara; Dahulu kala, nyala api seperti itu digunakan pada lentera asetilena yang dipasang pada sepeda dan mobil, serta pada lampu penambang. Dan sebaliknya: hidrokarbon dengan kandungan hidrogen tinggi - metana CH 4, etana C 2 H 6, propana C 3 H 8, butana C 4 H 10 (rumus umum C n H 2n + 2) - terbakar dengan akses udara yang cukup dengan nyala api yang hampir tidak berwarna. Campuran propana dan butana dalam bentuk cairan bertekanan rendah ditemukan dalam korek api, serta dalam silinder yang digunakan oleh penghuni musim panas dan wisatawan; silinder yang sama dipasang di mobil bertenaga gas. Baru-baru ini, ditemukan bahwa jelaga sering kali mengandung molekul berbentuk bola yang terdiri dari 60 atom karbon; mereka disebut fullerene, dan penemuan bentuk karbon baru ini ditandai dengan penghargaan Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1996.