O.S.GABRIELYAN,
I.G. OSTROUMOVAS
A.K.AKLEBININAS

PRADĖKITE IŠ CHEMIJOS

7 klasė

Tęsinys. Žr. pradžią Nr.1/2006

§ 2. Stebėjimas ir eksperimentas kaip metodai
studijuoja mokslą ir chemiją

Žinių apie gamtą žmogus įgyja naudodamas tokį svarbų metodą kaip stebėjimas.

Stebėjimas- tai dėmesio sutelkimas į atpažįstamus objektus, siekiant juos ištirti.

Stebėjimo pagalba žmogus kaupia informaciją apie jį supantį pasaulį, ją sistemina ir ieško modeliusšioje informacijoje.

Kitas svarbus žingsnis yra ieškoti priežasčių, paaiškinančių rastus modelius.

Kad stebėjimas būtų vaisingas, turi būti įvykdytos kelios sąlygos.

1. Būtina aiškiai apibrėžti stebėjimo objektą, į ką bus atkreipiamas stebėtojo dėmesys - konkreti medžiaga, jos savybės ar vienų medžiagų pavertimas kitomis, šių transformacijų įgyvendinimo sąlygos ir kt.

2. Stebėtojas turi žinoti, kodėl jis atlieka stebėjimą, t.y. aiškiai suformuluokite stebėjimo tikslą. 3. Norėdami pasiekti savo tikslą, galite sudaryti stebėjimo planą. Ir tam geriau daryti prielaidą, kaip pasireikš stebimas reiškinys, t.y. pateikti į priekį hipotezė . Išvertus iš graikų kalbos „hipotezė“ (

hipotezė

) reiškia „atspėti“. Hipotezė gali būti iškelta ir kaip stebėjimo rezultatas, t.y. kai gaunamas koks nors rezultatas, kurį reikia paaiškinti. Mokslinis stebėjimas skiriasi nuo stebėjimo kasdienine šio žodžio prasme. Paprastai mokslinis stebėjimas atliekamas griežtai kontroliuojamomis sąlygomis, o stebėtojo prašymu šios sąlygos gali būti keičiamos. Dažniausiai toks stebėjimas atliekamas specialioje patalpoje – laboratorijoje (6 pav.)..

Stebėjimas, kuris atliekamas griežtai kontroliuojamomis sąlygomis, vadinamas eksperimentasŽodis „eksperimentas“ ( eksperimentum.

) yra lotyniškos kilmės ir yra išverstas į rusų kalbą kaip „patirtis“, „bandymas“. Eksperimentas leidžia patvirtinti arba paneigti hipotezę, kuri gimė stebint. Taip jis suformuluotas

Uždekite žvakę ir atidžiai ištirkite liepsną. 1 Pastebėsite, kad jis nėra vienodos spalvos. Liepsna turi tris zonas (7 pav.). Tamsi zona 2 esantis liepsnos apačioje. Tai yra šalčiausia zona, palyginti su kitomis. Tamsiąją zoną supa ryškiausia liepsnos dalis 3 .

. Temperatūra čia aukštesnė nei tamsiojoje zonoje, tačiau aukščiausia temperatūra yra viršutinėje liepsnos dalyje 2 Norėdami įsitikinti, kad skirtingose ​​liepsnos zonose temperatūra skiriasi, galite atlikti šį eksperimentą. Įdėkite skeveldrą (arba degtuką) į liepsną taip, kad ji kirstų visas tris zonas. Pamatysite, kad atplaišas labiau apdegęs ten, kur atsitrenkia į zonas 3 Ir

. Tai reiškia, kad ten liepsna yra karštesnė.

Kyla klausimas: ar alkoholio lempos liepsna ar sausas kuras bus tokios pat struktūros kaip žvakės liepsna? Atsakymas į šį klausimą gali būti dvi prielaidos – hipotezės: 1) liepsnos struktūra bus tokia pati kaip žvakės liepsnos, nes ji paremta tuo pačiu degimo procesu; 2) liepsnos struktūra bus kitokia, nes jis atsiranda dėl įvairių medžiagų degimo. Norėdami patvirtinti ar paneigti tą ar kitą hipotezę, pereikime prie eksperimento - atliksime eksperimentą.

Naudodami degtuką ar skeveldrą apžiūrime alkoholio lempos liepsnos struktūrą (su šio šildymo įrenginio sandara susipažinsite praktinio darbo metu) ir sauso kuro.

Nepaisant to, kad liepsnos kiekvienu atveju skiriasi forma, dydžiu ir tolygiomis spalvomis, jos visos turi tą pačią struktūrą – tas pačias tris zonas: vidinė tamsi (šalčiausia), vidurinė šviečianti (karšta) ir išorinė bespalvė (karščiausia) .

Vadinasi, eksperimento išvada gali būti teiginys, kad bet kurios liepsnos struktūra yra vienoda. Praktinė šios išvados reikšmė tokia: norint įkaitinti bet kurį daiktą liepsnoje, jis turi būti įneštas į karščiausią vietą, t.y. į viršutinę liepsnos dalį.

Įprasta eksperimentus dokumentuoti specialiame žurnale, kuris vadinamas laboratorijos žurnalu. Tam tinka paprastas sąsiuvinis, bet įrašai joje nėra visai įprasti. Pažymima eksperimento data, pavadinimas, o eksperimento eiga dažnai pateikiama lentelės pavidalu.

Pabandykite aprašyti eksperimentą, skirtą tokiu būdu ištirti liepsnos struktūrą.

Visi gamtos mokslai yra eksperimentiniai mokslai. O norint sukurti eksperimentą, dažnai prireikia specialios įrangos. Pavyzdžiui, biologijoje plačiai naudojami optiniai instrumentai, leidžiantys daug kartų padidinti stebimo objekto vaizdą: didinamasis stiklas, didinamasis stiklas, mikroskopas. Fizikai, tirdami elektros grandines, naudoja prietaisus įtampai, srovei ir elektrinei varžai matuoti. Geografai turi specialių instrumentų – nuo ​​paprasčiausių (pavyzdžiui, kompaso, oro balionų) iki unikalių kosminių orbitinių stočių ir tyrimų laivų.

Chemikai savo tyrimuose taip pat naudoja specialią įrangą. Paprasčiausias iš jų yra, pavyzdžiui, jau pažįstamas šildymo prietaisas, spiritinė lempa, įvairūs cheminiai indai, kuriuose atliekamos ir tiriamos medžiagų transformacijos, t.y. cheminės reakcijos (8 pav.).

Ryžiai. 8. Laboratoriniai cheminiai stiklo dirbiniai ir įranga

Jie teisingai sako, kad geriau vieną kartą pamatyti, nei šimtą kartų išgirsti. Arba dar geriau – laikykite jį rankose ir išmokite juo naudotis.

1. Todėl pirmoji pažintis su chemine įranga įvyks per praktinius darbus, kurie jūsų laukia kitoje pamokoje.
2. Kas yra stebėjimas? Kokios sąlygos turi būti įvykdytos, kad stebėjimas būtų veiksmingas?
3. Kuo skiriasi hipotezė ir išvada?
4. Kas yra eksperimentas?
5. Kokia yra liepsnos struktūra?
6. Kaip turėtų būti atliekamas šildymas?
7. Kokią laboratorinę įrangą naudojote studijuodamas biologiją ir geografiją?

Kokia laboratorinė įranga naudojama studijuojant chemiją?
Praktinis darbas Nr.1.
Susipažinimas su laboratorine įranga.

Saugos taisyklės

Dauguma cheminių eksperimentų atliekami stikliniuose induose. Stiklas yra skaidrus ir galite stebėti, kas atsitinka su medžiagomis. Kai kuriais atvejais stiklas pakeičiamas permatomu plastiku, jis nedūžta, tačiau tokie indai, skirtingai nei stiklas, negali būti kaitinami.

Apvaliadugnės kolbos (14 pav.) negali būti dedamos ant stalo, jos tvirtinamos prie metalinių stovų – trikojų (15 pav.); Kojos, kaip ir metaliniai žiedai, prie trikojo tvirtinami specialiais spaustukais.

Bet kokias medžiagas, pavyzdžiui, dujas, patogu gauti apvaliadugnėse kolbose. Norėdami surinkti susidariusias dujas, naudokite kolbą su išleidimo anga (ji vadinama Wurtz kolba (16 pav.)) arba mėgintuvėlį su dujų išleidimo vamzdeliu.

Jei susidariusias dujines medžiagas reikia atvėsinti ir kondensuotis į skystį, naudokite stiklinį šaldytuvą (17 pav.). Atvėsusios dujos juda per jo vidinį vamzdelį, veikiamos šalto vandens virsdamos skysčiu, kuris teka per šaldytuvo „striukė“ priešinga kryptimi.

Kūginiai piltuvėliai (18 pav.) naudojami skysčiams pilti iš vieno indo į kitą. Tikriausiai žinote, kad filtravimas yra skysčio atskyrimo nuo kietųjų dalelių procesas.

Indas storomis sienelėmis, panašus į gilią lėkštę, vadinamas kristalizatoriumi (20 pav.). Dėl didelio į kristalizatorių pilamo tirpalo paviršiaus, tirpiklis greitai išgaruoja ir ištirpusi medžiaga išsiskiria kristalų pavidalu. Jokiu būdu negalima kaitinti kristalizatoriaus: jo sienelės tik atrodo tvirtos, bet iš tikrųjų kaitinant jis tikrai įtrūks.

Atliekant cheminį eksperimentą dažnai tenka išmatuoti reikiamą skysčio tūrį. Dažniausiai tam naudojami graduoti cilindrai (21 pav.).

Mokyklos chemijos laboratorijoje be stiklinių indų yra ir porcelianinių indų. Skiedinyje ir grūstuve (22 pav.) susmulkinamos kristalinės medžiagos. Stikliniai indai tam netinka: nuo grūstuvės spaudimo jis iš karto įtrūks.

Norint išvengti nemalonumų ir traumų, kiekvienas daiktas turi būti naudojamas griežtai pagal paskirtį ir mokėti su juo elgtis.

Cheminė patalpa nuo kitų patalpų skiriasi tuo, kad turi garų gaubtą (24 pav.). Daugelis medžiagų turi stiprų, nemalonų kvapą, o jų garai nėra nekenksmingi sveikatai. Tokios medžiagos tvarkomos traukos gaubte, iš kurio dujinės medžiagos patenka tiesiai į gatvę.

Buteliuką su reagentu reikia paimti taip, kad etiketė būtų jūsų delne. Tai daroma tam, kad atsitiktiniai lašeliai nesugadintų užrašo.

Kai kurios cheminės medžiagos yra nuodingos, yra reagentų, kurie ėsdina odą, daugelis medžiagų yra degios. Apie tai įspėja specialūs ženklai ant etikečių (26 pav., žr. p. 7).

Nepradėkite eksperimento, nebent tiksliai žinote, ką ir kaip daryti. Turite dirbti griežtai laikydamiesi instrukcijų ir tik su tomis medžiagomis, kurios būtinos eksperimentui.

Paruoškite savo darbo vietą, racionaliai išdėliokite reagentus, indus ir priedus, kad jums nereikėtų kištis per stalą, rankove daužant kolbas ir mėgintuvėlius. Neužgriozdinkite stalo niekuo, kas nereikalinga eksperimentui.

Eksperimentai turi būti atliekami tik švariuose induose, o tai reiškia, kad po darbo jie turi būti kruopščiai išplauti.

Tuo pačiu metu nusiplaukite rankas.

Visos manipuliacijos turi būti atliekamos virš stalo.

Norėdami nustatyti medžiagos kvapą, indo nepriglauskite prie veido, o ranka stumkite orą nuo indo angos į nosį (27 pav.).

Jokių medžiagų negalima paragauti!

Niekada nepilkite reagento pertekliaus atgal į butelį. Tam naudokite specialų stiklo atliekas. Taip pat nepageidautina surinkti išsiliejusias kietąsias medžiagas atgal, ypač rankomis.

Jei netyčia susideginote, įsipjovėte arba išsiliejote reagento ant stalo, rankų ar drabužių, nedelsdami kreipkitės į savo mokytoją ar laborantą.

Baigę eksperimentą, sutvarkykite savo darbo vietą.
Praktinis darbas Nr.2.

Stebėti degančią žvakę

Šio praktinio darbo tikslas – išmokti stebėti ir apibūdinti stebėjimo rezultatus. Turite parašyti trumpą miniatiūrinį rašinį apie degančią žvakę (28 pav.).

Norėdami padėti jums tai išspręsti, siūlome keletą klausimų, į kuriuos reikia išsamių atsakymų.

Apibūdinkite žvakės išvaizdą, medžiagą, iš kurios ji pagaminta (spalvą, kvapą, pojūtį, kietumą) ir dagtį.

Uždekite žvakę. Apibūdinkite liepsnos išvaizdą ir struktūrą. Kas atsitinka su žvakės medžiaga, kai dagtis dega? Kaip atrodo dagtis degimo proceso metu? Ar žvakė įkaista, ar degant girdisi garsas, išsiskiria šiluma? Kas atsitiks su liepsna, jei juda oras?

Kaip greitai dega žvakė? Ar degimo proceso metu keičiasi dagčio ilgis? Koks yra skystis dagčio apačioje? Kas atsitinka, kai jį sugeria dagčio medžiaga? O kai jo lašai nuteka žvake? 1 Kaitinant vyksta daug cheminių procesų, tačiau žvakės liepsna tam nenaudojama. Todėl antroje šio praktinio darbo dalyje susipažinsime su jums jau pažįstamo šildymo įrenginio - alkoholio lempos sandara ir veikimu (29 pav.). Alkoholio lempa susideda iš stiklinio bakelio 2 , kuris pripildytas alkoholio ne daugiau kaip 2/3 tūrio. Dagas panardinamas į alkoholį 3 , kuris pagamintas iš medvilninių siūlų. Jis laikomas rezervuaro kakle, naudojant specialų vamzdelį su disku 4 . Uždekite alkoholio lempą tik degtukais, šiam tikslui negalite naudoti kitos degančios alkoholio lempos, nes Tokiu atveju išsiliejęs alkoholis gali išsilieti ir užsidegti.

Dagtis turi būti tolygiai apipjaustyta žirklėmis, kitaip ji pradės degti. Norėdami užgesinti alkoholio lempą, nepūskite ant liepsnos, tam naudojamas stiklinis dangtelis.

. Jis taip pat apsaugo alkoholio lempą nuo greito alkoholio išgaravimo.

Naudojamas cheminiams eksperimentams mokykloje Pažvelkime atidžiau į visų tipų įrangą. Laboratoriniai stikliniai indai, priklausomai nuo medžiagos, iš kurios jis sudarytas, jis skirstomas į stiklo .

Ir porcelianas Stiklo dirbiniai Norėdami įsitikinti, kad skirtingose ​​liepsnos zonose temperatūra skiriasi, galite atlikti šį eksperimentą. Įdėkite skeveldrą (arba degtuką) į liepsną taip, kad ji kirstų visas tris zonas. Pamatysite, kad atplaišas labiau apdegęs ten, kur atsitrenkia į zonas remiantis specialių simbolių buvimu ant jo gali būti

išmatuotas įprastas. KAM

stiklo dirbiniai

susieti. Visa tai išnagrinėsime praktinio darbo metu.

Parsisiųsti:

Peržiūra:3. Laboratorinės įrangos tvarkymo būdai. Stebėti degančią žvakę. Liepsnos struktūra – Tai reiškiniai, dėl kurių iš vienos medžiagos susidaro kitos medžiagos. Jie taip pat vadinami cheminėmis reakcijomis. Tačiau cheminėms reakcijoms atlikti reikalinga speciali laboratorinė įranga.

Naudojamas cheminiams eksperimentams mokyklojespecialūs laboratoriniai stikliniai indai, trikojis ir šildymo prietaisai.

Pažvelkime atidžiau į visų tipų įrangą.

Naudojamas cheminiams eksperimentams mokyklojepriklausomai nuo medžiagos, iš kurios jis sudarytas, jis skirstomas į stiklas ir porcelianas.

Irpagal specialių simbolių buvimą ant jo gali būti pamatuotas ir įprastas.

KAM įprastas.įtraukti mėgintuvėliai, kolbos, stiklinės, piltuvėliai, pipetės, kolbos.

Mėgintuvėliai – naudojamas atliekant eksperimentus su tirpalais, dujomis ir kietosiomis medžiagomis.

Kolbos Yra plokščiadugnės ir kūginės. Jie naudojami taip pat, kaip ir mėgintuvėliai. Panašiai naudojamasstiklinės.

Piltuvėliai naudojami tirpalui pilti į indą siauru kaklu ir skysčiams filtruoti ir, priklausomai nuo struktūros, skirstomi įkūginis ir lašinamas.

Pipetės naudojamas tam tikram skysčio kiekiui pašalinti iš kolbos.

KAM porcelianiniai indaiįtraukti skiedinys, grūstuvės, Buchnerio piltuvas, tiglis, stiklas, šaukštas, mentelė, garinimo dubenys.

Skiedinys ir grūstuvės naudojamas medžiagoms šlifuoti.

Tiglis naudojamas medžiagoms kaitinti ir kalcinuoti.

Stiklas, šaukštas, mentele– sausoms cheminėms medžiagoms pilti į kitus laboratorinius stiklinius indus.

Garinimo dubenysnaudojamas įvairių tirpalų garinimui.

Buchnerio piltuvas – Skirtas filtruoti vakuume. Viršutinė piltuvo dalis, į kurią pilamas skystis, nuo apatinės dalies atskirta porėta arba perforuota pertvara, kuriai veikiamas vakuumas.

Trikojis padeda apsaugoti laboratorinius stiklinius indus, priedus ir instrumentus atliekant eksperimentus. Jį sudaro stovas, į kurį įsukamas strypas. Stovas suteikia trikojo stabilumą. Prie strypo naudojant movas galima pritvirtinti žiedą, skirtuką, spaustuką ir tinklelį. Mova turi varžtą, atlaisvinus galima išilgai strypo perkelti ir pritvirtinti žiedą, ąselę, apkabą ir tinklelį. Kiekvienas iš išvardytų laikiklių naudojamas laboratoriniams stikliniams indams pritvirtinti.

KAM šildymo prietaisaiįtraukti alkoholio lempa, dujinis degiklis ir elektrinis šildytuvas.

Alkoholinė lempa susideda iš indo su alkoholiu, dagčio, sumontuoto metaliniame vamzdyje su disku, ir dangtelio.

Atliekant laboratorinius ir praktinius darbus būtina stebėtipagrindinės saugos taisyklės:

1. Naudokite tik mokytojo nurodytas medžiagas pagal paskirtį.
2. Neužkraukite savo darbo vietos nereikalingais daiktais.
3. Nepradėkite darbo be tikslių mokytojo nurodymų.
4. Prieš naudodami patikrinkite laboratorinio stiklo indų vientisumą ir švarumą.
5. Neragaukite chemikalų ir neimkite jų rankomis (tik mentele ar mėgintuvėliu!). Draudžiama cheminių medžiagų sudėtį nustatyti pagal kvapą.
6. Kaitinant medžiagas, mėgintuvėlį reikia laikyti toliau nuo jūsų. Nenukreipkite mėgintuvėlio angos į žmones.
7. Paėmę iš jų chemikalus, indus būtinai uždarykite.

Atliksime praktinius darbus tiriant liepsnos struktūrą, dirbant su alkoholio lempa.

1. Nuimkite spiritinės lempos dangtelį ir patikrinkite, ar diskas tvirtai priglunda prie indo angos.Tai būtina, kad alkoholis neužsidegtų..
2. Degančiu degtuku uždegame alkoholio lempą.Neleidžiama uždegti kitos degančios alkolentinės lempos, kad nekiltų gaisras.

Svarstantpačios liepsnos struktūra, pastebėsime tris zonas, kurių temperatūra skiriasi:

1. Žemesnis (tamsioji) liepsnos dalis yra šalta. Ten nėra degimo;
2. Vidutinis (ryškiausias), kur, veikiant aukštai temperatūrai, suyra anglies turintys junginiai, o anglies dalelės įkaista, skleisdamos šviesą;
3. Išorinis (lengviausias), kur vyksta visiškas skilimo produktų degimas, kai susidaro anglies dioksidas ir vanduo.

1. Norėdami patvirtinti šių zonų buvimą, naudojame įprastą skeveldrą arba storą degtuką. Įvedame jį į liepsną horizontaliai, tarsi „pramušdami“ visas tris alkoholio lempos degimo zonas. Mes jį tiriame po ištraukimo. Pastebime vis mažiau apanglėjusių zonų, patvirtinančių temperatūros netolygumą alkoholio lempos liepsnoje.
2. Alkoholinės lempos liepsna gesinama uždengus ją dangteliu.

Išvada: Liepsna susideda iš trijų zonų (apatinės, vidurinės ir išorinės), kurių struktūra priklauso nuo liepsnos cheminės sudėties.

Chemija – vienas iš mokslų, padedantis suprasti gamtos paslaptis.

Juk vienas iš būtinų įgūdžių – mokėjimas atskirti fizikinius reiškinius nuo cheminių stebint įvairius gamtos reiškinius.

Norėdami geriau suprasti šiuos reiškinius, stebėkime pokyčius, kurie atsiranda degant žvakei. Paimkime parafininę žvakę ir uždegkime.

1. Stebėdami, kaip tirpsta parafinas, pastebime, kad jis nekeičia savo savybių, o tik keičia formą.

Iš ankstesnių pamokų mes tai žinomefiziniai reiškiniai- tai reiškiniai, dėl kurių kinta kūnų dydis, forma ar medžiagų agregacijos būsena, tačiau jų sudėtis išlieka pastovi.

Tai reiškia, kad šis reiškinys, kai dega žvakė, reiškia fizinius reiškinius.

1. Tuo pačiu metu žvakės dagtis degdama formuoja pelenus.

Prisiminkime kącheminiai reiškiniaireiškia reiškinius, dėl kurių iš vienos medžiagos susidaro kitos medžiagos.

Tai reiškia, kad šis reiškinys reiškia cheminius reiškinius.

Deganti žvakė yra tik vienas iš fizinių ir cheminių reiškinių gamtoje vienu metu buvimo ir tarpusavio ryšio pavyzdžių. Tiesą sakant, šie reiškiniai mus supa visur. O būdami pastabūs galime juos pastebėti kasdienybėje.

Tikslas: išmokite apibūdinti stebėjimų rezultatus.

Reagentai ir įranga: parafino žvakė, kalkių vanduo; atplaišas, stiklinis vamzdelis pailgintu galu, stiklinė, graduotas cilindras, degtukai, porcelianinis daiktas (porcelianinis puodelis garinimui), tiglio žnyplės, mėgintuvėlio laikiklis, stikliniai indeliai, kurių tūris 0,5, 0,8, 1 , 2, 3, 5 l, chronometras.

Užduotis 1. Degančios žvakės stebėjimas.

Pateikite savo pastebėjimus trumpos esė forma. Nupieškite žvakės liepsną.

Žvakė sudaryta iš parafino ir turi specifinį kvapą. Viduryje yra dagtis.
Kai dagtis dega, žvakė ištirpsta. Pasigirsta lengvas takelis ir susidaro šiluma.

2 užduotis. Įvairių liepsnos dalių tyrimas.

1. Liepsna, kaip jau žinote, turi tris zonas. Kuris? Apžiūrėdami apatinę liepsnos dalį, tiglio žnyplėmis įkiškite į ją stiklinio vamzdelio galą, laikydami jį 45-50 laipsnių kampu. Į kitą vamzdžio galą nuneškite degančią atplaišą. Ką tu stebi?

Degimo metu susidaro šiluma.

2. Norėdami ištirti vidurinę liepsnos dalį, ryškiausią, į ją (tiglio žnyplėmis) įkiškite porcelianinį dubenį 2-3 sekundėms. Ką radai?

Juodėjimas.

3. Norėdami ištirti viršutinės liepsnos dalies sudėtį, įdėkite į ją apverstą stiklinę, suvilgytą kalkiniu vandeniu, 2-3 sekundes taip, kad liepsna būtų stiklinės viduryje. Ką tu stebi?

Kietų nuosėdų susidarymas.

4. Norėdami nustatyti temperatūrų skirtumą skirtingose ​​liepsnos vietose, į apatinę liepsnos dalį 2-3 sekundėms įkiškite skeveldrą (taip, kad visas jos dalis kirstų horizontaliai). Ką tu stebi?

Viršutinė dalis dega greičiau.

5. Užpildykite ataskaitą užpildydami 4 lentelę.

3 užduotis. Deguonies suvartojimo greičio tyrimas degimo metu.

1. Uždekite žvakę ir uždenkite ją 0,5 litro stiklainiu. Nustatykite laiką, per kurį žvakė dega.

Atlikite panašius veiksmus naudodami kitų dydžių stiklainius.

Užpildykite 5 lentelę.

Žvakės degimo trukmė priklauso nuo oro tūrio.

2. Nubraižykite žvakės degimo trukmės ir indelio (oro) tūrio grafiką. Pagal jį nustatykite laiką, po kurio užges žvakė, uždengta 10 litrų stiklainiu.

3. Apskaičiuokite laiką, per kurį žvakė degs uždaroje mokyklos raštinėje.

Mokyklos chemijos kabineto (a) ilgis – 5 m, plotis (b) – 5 m, aukštis (c) – 3 m.
Mokyklos chemijos kabineto tūris – 75 kub. arba 75000 l. Laikas, per kurį žvakė degs, atsižvelgiant į tai, kad į patalpą nepatenka oro ir visas deguonis sunaudojamas žvakei degti, yra 2 700 000 s arba 750 valandų.

4 užduotis. Supažindinti su spiritinės lempos sandara.

1. Pažiūrėkite į 2 paveikslą ir parašykite kiekvienos spiritinės lempos dalies pavadinimą. Reikiamą informaciją rasite vadovėlio 23 puslapyje.

1. Alkoholis
2. Wick
3. Daktuko laikiklis
4. Dangtelis

a) Kodėl degant spiritinei lempai degtukas laikomas iš šono?

Kad nesusidegintų.

b) Kodėl negalite uždegti spiritinės lempos iš kitos degančios spiritinės lempos?

Alkoholis gali išsilieti ir užsidegti.

2. Naudodami įrangą prie savo stalo, užvirinkite vandenį mėgintuvėlyje.

Paveikslėlyje parodyta, kiek vandens turi būti mėgintuvėlyje, kaip tinkamai jį pritvirtinti laikiklyje ar trikojo kojelėj ir į kokią liepsnos dalį mėgintuvėlis turi būti įdėtas.

a) Kiek vandens reikia įpilti į mėgintuvėlį?

2/3 mėgintuvėlių.

b) Kaip laikyti mėgintuvėlį virš alkoholio lempos liepsnos?

Tam tikru kampu nuo tavęs.

Pati ugnis yra gyvybės simbolis, jos svarbą vargu ar galima pervertinti, nes nuo seno ji padėjo žmogui sušilti, matyti tamsoje, gaminti skanius patiekalus, taip pat apsisaugoti.

Liepsnos istorija

Ugnis lydi žmogų nuo pirmykščių laikų. Urve degė ugnis, ją izoliavo ir apšvietė, o eidami ieškoti grobio medžiotojai su savimi pasiėmė degančius brendus. Juos pakeitė deguto deglai – lazdos. Jų pagalba buvo apšviestos tamsios ir šaltos feodalų pilys, o sales šildė didžiuliai židiniai. Senovėje graikai naudojo aliejines lempas – molinius arbatinukus su aliejumi. 10–11 amžiuje pradėtos kurti vaško ir lajaus žvakės.

Rusų trobelėje daug amžių degė deglas, o XIX amžiaus viduryje pradėjus išgauti žibalą iš naftos, pradėtos naudoti žibalinės lempos, vėliau – dujiniai degikliai. Mokslininkai vis dar tiria liepsnos struktūrą, atranda naujų galimybių.

Ugnies spalva ir intensyvumas

Deguonis reikalingas liepsnai sukurti. Kuo daugiau deguonies, tuo geresnis degimo procesas. Jei vėdinate šilumą, į ją patenka grynas oras, o tai reiškia deguonį, o kai užsiliepsnoja medienos gabalai ar anglis, atsiranda liepsna.

Liepsnos būna įvairių spalvų. Medžio ugnies liepsnos šoka geltona, oranžine, balta ir mėlyna spalvomis. Liepsnos spalva priklauso nuo dviejų veiksnių: degimo temperatūros ir deginamos medžiagos. Norint pamatyti spalvos priklausomybę nuo temperatūros, pakanka stebėti elektrinės viryklės šilumą. Iš karto po įjungimo spiralės įkaista ir pradeda šviesti blankiai raudonai.

Kuo labiau jie įkaista, tuo šviesesni. O kai ritės pasiekia aukščiausią temperatūrą, jos nusidažo ryškiai oranžine spalva. Jei galėtumėte juos dar labiau pašildyti, jie pakeistų savo spalvą į geltoną, baltą ir galiausiai mėlyną. Mėlyna spalva rodytų aukščiausią šilumos lygį. Tas pats atsitinka ir su ugnimi.

Nuo ko priklauso liepsnos struktūra?

Jis mirga skirtingomis spalvomis, kai dagtis perdega per tirpstantį vašką. Ugnis reikalauja prieigos prie deguonies. Kai dega žvakė, daug deguonies nepatenka į liepsnos vidurį, šalia dugno. Štai kodėl jis atrodo tamsesnis. Tačiau į viršų ir į šonus patenka daug oro, todėl liepsna ten labai ryški. Ji įkaista iki daugiau nei 1370 laipsnių Celsijaus, todėl žvakės liepsna dažniausiai būna geltonos spalvos.

O židinyje ar ugnyje iškyloje galite pamatyti dar daugiau gėlių. Medžio ugnis dega žemesnėje nei žvakės temperatūroje. Štai kodėl jis atrodo labiau oranžinis nei geltonas. Kai kurios anglies dalelės ugnyje yra labai karštos ir suteikia jai geltoną spalvą. Mineralai ir metalai, tokie kaip kalcis, natris, varis, kaitinami iki aukštos temperatūros, suteikia ugniai įvairių spalvų.

Liepsnos spalva

Chemija liepsnos struktūroje vaidina svarbų vaidmenį, nes jos skirtingi atspalviai atsiranda dėl skirtingų cheminių elementų, esančių degančio kuro sudėtyje. Pavyzdžiui, ugnyje gali būti natrio, kuris yra druskos dalis. Degdamas natris skleidžia ryškiai geltoną šviesą. Taip pat ugnyje gali būti kalcio – mineralo. Pavyzdžiui, piene yra daug kalcio. Kaitinamas kalcis, jis skleidžia tamsiai raudoną šviesą. O jei ugnyje yra mineralo, pavyzdžiui, fosforo, jis suteiks žalsvą spalvą. Visi šie elementai gali būti pačioje medienoje arba kitose į ugnį pakliuvusiose medžiagose. Galų gale, sumaišius visas šias skirtingas spalvas liepsnoje, gali susidaryti balta spalva – kaip ir spalvų vaivorykštė, sujungta į saulės šviesą.

Iš kur kyla ugnis?

Liepsnos struktūros diagramoje pavaizduotos degančios dujos, kuriose yra sudėtinės plazmos arba kietos išsklaidytos medžiagos. Juose vyksta fiziniai ir cheminiai virsmai, kuriuos lydi švytėjimas, šilumos išsiskyrimas ir kaitinimas.

Liepsnos liežuviai formuoja procesus, kuriuos lydi medžiagos degimas. Palyginti su oru, dujų tankis yra mažesnis, tačiau veikiant aukštai temperatūrai jos pakyla. Taip gaunama ilga arba trumpa liepsna. Dažniausiai yra minkštas vienos formos tekėjimas į kitą. Norėdami pamatyti šį reiškinį, galite įjungti įprastos dujinės viryklės degiklį.

Šiuo atveju užsidegusi ugnis nebus vienoda. Vizualiai liepsną galima suskirstyti į tris pagrindines zonas. Paprastas liepsnos struktūros tyrimas rodo, kad įvairios medžiagos dega susidarant skirtingų tipų degikliui.

Uždegus dujų ir oro mišinį, pirmiausia susidaro trumpa liepsna su mėlynu ir violetiniu atspalviu. Jame galite pamatyti žaliai mėlyną trikampio formos šerdį.

Liepsnos zonos

Atsižvelgiant į liepsnos struktūrą, išskiriamos trys zonos: pirmoji, preliminari, kurioje prasideda mišinio, išeinančio iš degiklio angos, kaitimas. Po jo ateina zona, kurioje vyksta degimo procesas. Ši sritis apima kūgio viršų. Kai nėra pakankamai oro srauto, dujos degina iš dalies. Taip susidaro anglies monoksido ir vandenilio likučiai. Jų degimas vyksta trečioje zonoje, kur yra geras deguonies priėjimas.

Pavyzdžiui, įsivaizduokime žvakės liepsnos struktūrą.

Degimo schema apima:

• pirmoji yra tamsi zona;
• antrasis - švytėjimo zona;
• trečioji – skaidri zona.

Žvakės siūlas nedega, o tik dagtis apanglėja.

Žvakės liepsnos struktūra yra karštų dujų srautas, kylantis aukštyn. Procesas prasideda kaitinimu, kol parafinas išgaruoja. Plotas, esantis greta sriegio, vadinamas pirmąja zona. Dėl degių medžiagų pertekliaus jis turi šiek tiek mėlyną švytėjimą, tačiau mažai deguonies. Čia vyksta dalinio medžiagų degimo procesas, kai susidaro dūmai, kurie vėliau oksiduojasi.

Pirmoji zona yra padengta šviečiančiu apvalkalu. Jame yra pakankamas deguonies kiekis, kuris skatina oksidacinę reakciją. Būtent čia, intensyviai kaitinant likusio kuro daleles ir anglies daleles, pastebimas švytėjimo efektas.

Antrąją zoną dengia vos pastebimas apvalkalas su aukšta temperatūra. Į jį prasiskverbia daug deguonies, o tai skatina visišką kuro dalelių sudegimą.

Alkoholio lempos liepsna

Įvairiems cheminiams eksperimentams naudojami nedideli indai su alkoholiu. Jie vadinami alkoholio lempomis. Liepsnos struktūra panaši į žvakės liepsną, tačiau vis tiek turi savo ypatybes. Iš dagčio išteka alkoholis, o tai palengvina kapiliarinis slėgis. Pasiekus dagčio viršų, alkoholis išgaruoja. Garų pavidalu jis užsidega ir dega ne aukštesnėje kaip 900 °C temperatūroje.

Alkoholinės lempos liepsnos struktūra yra įprastos formos, beveik bespalvė, šiek tiek melsvo atspalvio. Jos zonos yra neryškesnės nei žvakės. Alkoholio degiklyje liepsnos pagrindas yra virš degiklio tinklelio. Liepsnai gilėjant, sumažėja tamsaus kūgio tūris, o iš skylės atsiranda šviečianti zona.

Cheminiai procesai liepsnoje

Oksidacijos procesas vyksta nepastebimoje zonoje, kuri yra viršuje ir kurios temperatūra yra aukščiausia. Jame degimo produkto dalelės galutinai sudega. O deguonies perteklius ir kuro trūkumas sukelia stiprų oksidacijos procesą. Šis gebėjimas gali būti naudojamas greitai kaitinant medžiagas virš degiklio. Norėdami tai padaryti, medžiaga panardinama į liepsnos viršų, kur degimas vyksta daug greičiau.

Redukcijos reakcijos vyksta centrinėje ir apatinėje liepsnos dalyse. Yra pakankamai kuro ir nedidelis deguonies kiekis, būtinas degimo procesui. Pridėjus deguonies turinčių medžiagų į šias zonas, deguonis pašalinamas.

Geležies sulfato skilimo procesas laikomas redukcine liepsna. Kai FeSO 4 prasiskverbia į degiklio vidurį, jis pirmiausia įkaista, o paskui suyra į geležies oksidą, anhidridą ir sieros dioksidą. Šioje reakcijoje siera redukuojama.

Gaisro temperatūra

Kiekviena žvakės ar degiklio liepsnos sritis turi savo temperatūros indikatorius, priklausomai nuo deguonies patekimo. Atviros liepsnos temperatūra, priklausomai nuo zonos, gali svyruoti nuo 300 °C iki 1600 °C. Pavyzdys yra difuzija ir laminarinė liepsna, jos trijų korpusų struktūra. Tamsioje zonoje esantis liepsnos kūgis įkaista iki 360 °C. Virš jo yra švytėjimo zona. Jo kaitinimo temperatūra svyruoja nuo 550 iki 850 °C, todėl degusis mišinys suskaidomas ir vyksta jo degimo procesas.

Išorinė sritis šiek tiek pastebima. Jame liepsnos įkaitimas siekia 1560 °C, o tai paaiškinama degančios medžiagos molekulių savybėmis ir oksiduojančių medžiagų patekimo greičiu. Čia degimo procesas yra pats energingiausias.

Valanti ugnis

Liepsnoje yra didžiulis energijos potencialas, žvakės naudojamos apsivalymo ir atleidimo ritualams. O kaip malonu ramiais žiemos vakarais sėdėti prie jaukaus židinio, susirenkant su šeima ir aptariant viską, kas nutiko per dieną.

Ugnis ir žvakių liepsnos neša didžiulį teigiamos energijos užtaisą, nes ne be reikalo sėdintieji prie židinio jaučia ramybę, komfortą ir ramybę savo sieloje.

Kaip prakeikti tamsą
Geriau bent jau uždegti
viena maža žvakė.
Konfucijus

Pradžioje

Pirmieji bandymai suprasti degimo mechanizmą siejami su anglo Roberto Boyle'o, prancūzo Antoine'o Laurent'o Lavoisier ir ruso Michailo Vasiljevičiaus Lomonosovo vardais. Paaiškėjo, kad degant medžiaga niekur „neišnyksta“, kaip kadaise naiviai buvo tikima, o virsta kitomis medžiagomis, dažniausiai dujinėmis ir todėl nematomomis. Lavoisier pirmasis 1774 m. parodė, kad degimo metu maždaug penktadalis jo prarandama iš oro. XIX amžiuje mokslininkai išsamiai ištyrė fizikinius ir cheminius procesus, kurie vyksta kartu su degimu. Tokių darbų poreikį pirmiausia lėmė gaisrai ir sprogimai kasyklose.

Tačiau tik paskutiniame dvidešimtojo amžiaus ketvirtyje buvo nustatytos pagrindinės degimą lydinčios cheminės reakcijos, ir iki šių dienų liepsnos chemijoje liko daug tamsių dėmių. Daugelyje laboratorijų jie tiriami moderniausiais metodais. Šie tyrimai turi keletą tikslų. Viena vertus, būtina optimizuoti degimo procesus šiluminių elektrinių krosnyse ir vidaus degimo variklių cilindruose, išvengti sprogstamojo degimo (detonacijos), kai automobilio cilindre suspaudžiamas oro ir benzino mišinys. Kita vertus, reikia mažinti degimo procese susidarančių kenksmingų medžiagų kiekį, o kartu ir ieškoti efektyvesnių gaisro gesinimo priemonių.

Yra dviejų tipų liepsnos. Kuras ir oksidatorius (dažniausiai deguonis) gali būti priverstinai arba spontaniškai tiekiami į degimo zoną atskirai ir sumaišomi liepsnoje. Arba juos galima maišyti iš anksto – tokie mišiniai gali degti ar net sprogti, jei nėra oro, pavyzdžiui, parakas, pirotechnikos mišiniai fejerverkams, raketų kuras. Degimas gali vykti tiek dalyvaujant deguoniui, kuris su oru patenka į degimo zoną, tiek naudojant deguonį, esantį oksiduojančioje medžiagoje. Viena iš šių medžiagų yra Berthollet druska (kalio chloratas KClO 3); ši medžiaga lengvai atsisako deguonies. Stiprus oksidatorius yra azoto rūgštis HNO 3: gryna ji uždega daug organinių medžiagų. Nitratai, azoto rūgšties druskos (pavyzdžiui, trąšų pavidalu – kalio ar amonio salietros), yra labai degūs, jei yra sumaišyti su degiomis medžiagomis. Kitas galingas oksidatorius, azoto tetroksidas N 2 O 4 yra raketų kuro komponentas. Deguonį taip pat galima pakeisti stipriais oksidatoriais, tokiais kaip chloras, kuriame dega daugelis medžiagų, arba fluoras. Grynas fluoras yra vienas iš galingiausių oksiduojančių medžiagų, kurios dega jo sraute.

Grandininės reakcijos

Degimo ir liepsnos plitimo teorijos pagrindai buvo padėti praėjusio amžiaus 20-ųjų pabaigoje. Dėl šių tyrimų buvo aptiktos šakotos grandininės reakcijos. Už šį atradimą rusų fizikinis chemikas Nikolajus Nikolajevičius Semenovas ir anglų tyrinėtojas Cyril Hinshelwood 1956 metais buvo apdovanoti Nobelio chemijos premija. Paprastesnes nešakotas grandinines reakcijas dar 1913 metais atrado vokiečių chemikas Maxas Bodensteinas, naudodamas vandenilio ir chloro reakcijos pavyzdį. Bendra reakcija išreiškiama paprasta lygtimi H 2 + Cl 2 = 2HCl. Tiesą sakant, tai apima labai aktyvius molekulių fragmentus – vadinamuosius laisvuosius radikalus. Šviesos įtakoje ultravioletinėje ir mėlynojoje spektro srityse arba aukštoje temperatūroje chloro molekulės suyra į atomus, kurie pradeda ilgą (kartais iki milijono grandžių) virsmų grandinę; Kiekviena iš šių transformacijų vadinama elementaria reakcija:

Cl + H2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl ir kt.

Kiekvienoje stadijoje (reakcijos grandyje) vienas aktyvus centras (vandenilio arba chloro atomas) išnyksta ir tuo pačiu atsiranda naujas aktyvus centras, tęsiantis grandinę. Grandinės nutrūksta, kai susitinka dvi aktyvios rūšys, pavyzdžiui, Cl + Cl → Cl 2. Kiekviena grandinė plinta labai greitai, todėl jei „pradinės“ aktyvios dalelės susidaro dideliu greičiu, reakcija vyks taip greitai, kad gali sukelti sprogimą.

N. N. Semenovas ir Hinshelwoodas atrado, kad fosforo ir vandenilio garų degimo reakcijos vyksta skirtingai: menkiausia kibirkštis ar atvira liepsna gali sukelti sprogimą net kambario temperatūroje. Šios reakcijos yra šakotosios grandininės reakcijos: reakcijos metu „dauginasi“ aktyvios dalelės, tai yra, kai viena aktyvi dalelė išnyksta, atsiranda dvi ar trys. Pavyzdžiui, vandenilio ir deguonies mišinyje, kuris gali būti ramiai laikomas šimtus metų, jei nėra išorinių poveikių, aktyvių vandenilio atomų atsiradimas dėl vienokių ar kitokių priežasčių sukelia tokį procesą:

H + O2 → OH + O,
O + H2 → OH + H.

Taigi per nežymų laiką viena aktyvi dalelė (H atomas) virsta trimis (vandenilio atomu ir dviem OH hidroksilo radikalais), kurie vietoj vienos grandinės jau paleidžia tris. Dėl to grandinių skaičius auga kaip lavina, o tai akimirksniu sukelia vandenilio ir deguonies mišinio sprogimą, nes šioje reakcijoje išsiskiria daug šiluminės energijos. Deguonies atomų yra liepsnose ir degant kitoms medžiagoms. Juos galima aptikti nukreipiant suspausto oro srovę per degiklio liepsnos viršų. Tuo pačiu metu ore bus aptiktas būdingas ozono kvapas - tai deguonies atomai, „prilipę“ prie deguonies molekulių, sudarydami ozono molekules: O + O 2 = O 3, kurias iš liepsnos pašalino šaltas oras. .

Deguonies (arba oro) mišinio su daugeliu degių dujų – vandenilio, anglies monoksido, metano, acetileno – sprogimo galimybė priklauso nuo sąlygų, daugiausia nuo mišinio temperatūros, sudėties ir slėgio. Taigi, jei dėl buitinių dujų nuotėkio virtuvėje (jų daugiausia sudaro metanas) jų kiekis ore viršija 5%, tada mišinys sprogs nuo degtuko ar žiebtuvėlio liepsnos ir net nuo maža kibirkštis, kuri praslysta pro jungiklį įjungiant šviesą. Sprogimo nebus, jei grandinės nutrūks greičiau nei gali išsišakoti. Štai kodėl kalnakasiams skirta lempa, kurią 1816 m. sukūrė anglų chemikas Humphry Davy, nieko nežinodamas apie liepsnos chemiją, buvo saugi. Šioje lempoje atvira liepsna buvo atskirta nuo išorinės atmosferos (kuri gali būti sprogi) storu metaliniu tinkleliu. Ant metalo paviršiaus aktyvios dalelės efektyviai išnyksta, virsdamos stabiliomis molekulėmis, todėl negali prasiskverbti į išorinę aplinką.

Visas šakotųjų grandininių reakcijų mechanizmas yra labai sudėtingas ir gali apimti daugiau nei šimtą elementarių reakcijų. Daugelis neorganinių ir organinių junginių oksidacijos ir degimo reakcijų yra šakotosios grandininės reakcijos. Tokia pati bus sunkiųjų elementų, pavyzdžiui, plutonio ar urano, branduolių dalijimosi reakcija, veikiant neutronams, kurie cheminėse reakcijose veikia kaip aktyvių dalelių analogai. Įsiskverbę į sunkaus elemento branduolį, neutronai sukelia jo skilimą, kurį lydi labai didelės energijos išsiskyrimas; Tuo pačiu metu iš branduolio išsiskiria nauji neutronai, kurie sukelia gretimų branduolių dalijimąsi. Cheminiai ir branduoliniai šakotosios grandinės procesai aprašomi panašiais matematiniais modeliais.

Ko reikia norint pradėti?

Kad degimas prasidėtų, turi būti įvykdytos kelios sąlygos. Visų pirma, degios medžiagos temperatūra turi viršyti tam tikrą ribinę vertę, kuri vadinama užsidegimo temperatūra. Garsusis Ray Bradbury romanas „Farenheit 451“ taip pavadintas, nes maždaug tokioje temperatūroje (233 °C) popierius užsidega. Tai yra „užsiliepsnojimo temperatūra“, kurią viršijus kietasis kuras išskiria degius garus arba dujinius skilimo produktus, kurių pakanka jų stabiliam degimui. Sausos pušies medienos užsidegimo temperatūra yra maždaug tokia pati.

Liepsnos temperatūra priklauso nuo degios medžiagos pobūdžio ir degimo sąlygų. Taigi metano liepsnoje ore temperatūra siekia 1900°C, o degant deguonyje – 2700°C. Dar karštesnė liepsna susidaro deginant vandenilį (2800°C) ir acetileną (3000°C) gryname deguonyje. Nenuostabu, kad acetileno degiklio liepsna lengvai pjauna beveik bet kokį metalą. Aukščiausia temperatūra, apie 5000°C (ji įrašyta į Gineso rekordų knygą), gaunama deginant deguonimi žemai verdančiu skysčiu – anglies subnitridu C 4 N 2 (ši medžiaga turi dicianoacetileno NC–C struktūrą). =C–CN). O pagal kai kuriuos duomenis degant ozono atmosferoje temperatūra gali siekti iki 5700°C. Jei šis skystis užsidegs ore, jis degs raudona, dūmine liepsna su žaliai violetiniu kraštu. Kita vertus, žinomos ir šaltos liepsnos. Pavyzdžiui, fosforo garai dega esant žemam slėgiui. Santykinai šalta liepsna taip pat gaunama oksiduojant anglies disulfidą ir lengvuosius angliavandenilius tam tikromis sąlygomis; Pavyzdžiui, propanas sukuria vėsią liepsną esant sumažintam slėgiui ir 260–320 °C temperatūrai.

Tik paskutiniame XX amžiaus ketvirtyje ėmė aiškėti daugelio degiųjų medžiagų liepsnose vykstančių procesų mechanizmas. Šis mechanizmas yra labai sudėtingas. Pradinės molekulės paprastai yra per didelės, kad galėtų tiesiogiai reaguoti su deguonimi į reakcijos produktus. Pavyzdžiui, oktano, vieno iš benzino komponentų, degimas išreiškiamas lygtimi 2C 8 H 18 + 25 O 2 = 16 CO 2 + 18 H 2 O. Tačiau visi 8 anglies atomai ir 18 vandenilio atomų oktaninė molekulė negali vienu metu jungtis su 50 deguonies atomų: kad tai įvyktų, turi nutrūkti daug cheminių jungčių ir susidaryti daug naujų. Degimo reakcija vyksta daugeliu etapų – taip, kad kiekviename etape nutrūksta ir susidaro tik nedidelis skaičius cheminių ryšių, o procesas susideda iš daugybės nuosekliai vykstančių elementariųjų reakcijų, kurių visuma stebėtojui atrodo kaip liepsna. Sunku tirti elementarias reakcijas visų pirma todėl, kad reaktyvių tarpinių dalelių koncentracijos liepsnoje yra itin mažos.

Liepsnos viduje

Įvairių liepsnos sričių optinis zondavimas naudojant lazerius leido nustatyti ten esančių aktyviųjų dalelių - degiosios medžiagos molekulių fragmentų - kokybinę ir kiekybinę sudėtį. Paaiškėjo, kad net ir iš pažiūros paprastoje vandenilio degimo reakcijoje deguonyje 2H 2 + O 2 = 2H 2 O, dalyvaujant molekulėms O 2, H 2, O 3, H 2 O 2, įvyksta daugiau nei 20 elementarių reakcijų. , H 2 O, aktyviosios dalelės N, O, OH, BET 2. Štai, pavyzdžiui, apie šią reakciją 1937 m. rašė anglų chemikas Kennethas Bailey: „Vandenilio ir deguonies reakcijos lygtis yra pirmoji lygtis, su kuria susipažįsta dauguma pradedančiųjų chemijos srityje. Ši reakcija jiems atrodo labai paprasta. Tačiau net profesionalūs chemikai kiek nustebę pamato šimto puslapių knygą „Deguonies reakcija su vandeniliu“, kurią 1934 m. išleido Hinshelwood ir Williamson. Prie to galime pridurti, kad 1948 m. buvo išleista daug didesnė A. B. Nalbandyano ir V. V. Voevodskio monografija „Vandenilio oksidacijos ir degimo mechanizmas“.

Šiuolaikiniai tyrimo metodai leido ištirti atskiras tokių procesų stadijas ir išmatuoti greitį, kuriuo įvairios aktyvios dalelės reaguoja tarpusavyje ir su stabiliomis molekulėmis esant skirtingoms temperatūroms. Žinant atskirų proceso etapų mechanizmą, galima „surinkti“ visą procesą, tai yra imituoti liepsną. Tokio modeliavimo sudėtingumas slypi ne tik viso elementariųjų cheminių reakcijų komplekso ištyrime, bet ir būtinybėje atsižvelgti į dalelių difuzijos, šilumos perdavimo ir konvekcinių srautų liepsnoje procesus (būtent pastarieji sukuria įspūdingą degančios ugnies liežuvių žaismas).

Iš kur viskas atsiranda?

Pagrindinis šiuolaikinės pramonės kuras yra angliavandeniliai, pradedant nuo paprasčiausių metano iki sunkiųjų angliavandenilių, kurių yra mazute. Net ir paprasčiausio angliavandenilio metano liepsna gali apimti iki šimto elementarių reakcijų. Tačiau ne visi jie buvo pakankamai išsamiai ištirti. Kai dega sunkieji angliavandeniliai, pavyzdžiui, esantys parafine, jų molekulės negali pasiekti degimo zonos nepažeistos. Netgi artėjant prie liepsnos, dėl aukštos temperatūros jie suskyla į fragmentus. Šiuo atveju grupės, turinčios du anglies atomus, paprastai yra atskiriamos nuo molekulių, pavyzdžiui, C 8 H 18 → C 2 H 5 + C 6 H 13. Aktyvios rūšys, turinčios nelyginį anglies atomų skaičių, gali abstrahuoti vandenilio atomus, sudarydamos junginius su dvigubomis C=C ir trigubomis C≡C jungtimis. Buvo nustatyta, kad liepsnoje tokie junginiai gali sukelti reakcijas, kurios anksčiau nebuvo žinomos chemikams, nes jos nevyksta už liepsnos ribų, pvz., C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → CO 2 + H + N.

Palaipsniui pradinėms molekulėms praradus vandenilį, jose didėja anglies dalis, kol susidaro dalelės C 2 H 2, C 2 H, C 2. Mėlyna-mėlyna liepsnos zona atsiranda dėl sužadintų C 2 ir CH dalelių švytėjimo šioje zonoje. Jei deguonies patekimas į degimo zoną yra ribotas, tai šios dalelės nesioksiduoja, o surenkamos į agregatus – polimerizuojasi pagal schemą C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H + C 4 H 2 → C 6 H 2 + N ir kt.

Rezultatas yra suodžių dalelės, kurias sudaro beveik vien anglies atomai. Jie yra mažų, iki 0,1 mikrometro skersmens, rutuliukų formos, kuriuose yra maždaug milijonas anglies atomų. Tokios dalelės aukštoje temperatūroje sukuria gerai šviečiančią geltoną liepsną. Žvakės liepsnos viršuje šios dalelės dega, todėl žvakė nerūko. Jei šios aerozolio dalelės toliau sukimba, susidaro didesnės suodžių dalelės. Dėl to liepsna (pavyzdžiui, deganti guma) išskiria juodus dūmus. Tokie dūmai atsiranda padidinus anglies ir vandenilio santykį pradiniame kure. Pavyzdys yra terpentinas – angliavandenilių mišinys, kurio sudėtis yra C 10 H 16 (C n H 2n–4), benzenas C 6 H 6 (C n H 2n–6) ir kiti degūs skysčiai, kuriuose trūksta vandenilio. iš jų degdami rūko. Dūminė ir ryškiai šviečianti liepsna susidaro degant ore acetilenui C 2 H 2 (C n H 2n–2); Kadaise tokia liepsna buvo naudojama ant dviračių ir automobilių montuojamuose acetileno žibintuose, kalnakasių lempose. Ir atvirkščiai: angliavandeniliai su dideliu vandenilio kiekiu - metanas CH 4, etanas C 2 H 6, propanas C 3 H 8, butanas C 4 H 10 (bendra formulė C n H 2n + 2) - sudeginkite esant pakankamam oro patekimui. beveik bespalvė liepsna. Propano ir butano mišinys skysčio pavidalu esant žemam slėgiui randamas žiebtuvėliuose, taip pat balionuose, kuriuos naudoja vasaros gyventojai ir turistai; tokie patys balionai montuojami dujomis varomuose automobiliuose. Visai neseniai buvo atrasta, kad suodžiuose dažnai yra sferinių molekulių, susidedančių iš 60 anglies atomų; jie buvo vadinami fullerenais, o šios naujos anglies formos atradimas buvo pažymėtas Nobelio chemijos premijos įteikimu 1996 m.