No kā sastāv uguns?
Uguns ķīmiskais sastāvs
Kristofers Marejs / EyeEm / Getty Images
No kā sastāv uguns? Jūs zināt, ka tas rada karstums un gaisma, bet vai esat kādreiz domājuši par tā ķīmisko sastāvu vai vielas stāvoklis ?
No kā sastāv uguns?
- Liesma ir tās degvielas, gaismas un cieto vielu un gāzu maisījums, kas veido uguni un rada uguni. Nepilnīgas sadegšanas rezultātā veidojas sodrēji, kas galvenokārt ir ogleklis.
- Uguns galvenokārt ir vielas stāvoklis, ko sauc par plazmu. Tomēr liesmas daļas sastāv no cietām vielām un gāzēm.
- Precīzs uguns ķīmiskais sastāvs ir atkarīgs no degvielas un tās oksidētāja īpašībām. Lielākā daļa liesmu sastāv no oglekļa dioksīda, ūdens tvaikiem, slāpekļa un skābekļa.
Uguns ķīmiskais sastāvs
Uguns ir ķīmiskas reakcijas rezultāts sauc par degšanu . Noteiktā degšanas reakcijas punktā, ko sauc par aizdegšanās punkts , rodas liesmas. Parasti liesmas galvenokārt sastāv no oglekļa dioksīda, ūdens tvaikiem, skābekļa un slāpekļa.
Parastajā degšanas reakcijā uz oglekļa bāzes degviela sadeg gaisā (skābeklī). Potenciāli uguns satur tikai gāzes no degvielas, oglekļa dioksīda, ūdens, slāpekļa un skābekļa. Tomēr nepilnīga sadegšana rada virkni citu iespēju. Kvēpi ir nepilnīgas sadegšanas galvenā sastāvdaļa. Sodrēji galvenokārt satur oglekli, bet var rasties dažādas organiskas molekulas. Citas ugunī atrastās gāzes ir oglekļa monoksīds un dažreiz arī slāpekļa oksīdi un sēra oksīdi.
Sveces liesma sastāv no iztvaicēta ūdens, oglekļa dioksīda, ūdens, slāpekļa, skābekļa, pietiekami karstiem sodrējiem, kas ir kvēldiega, un gaismas/siltuma no ķīmiskās reakcijas.
Uguns bez skābekļa
Tomēr ugunij faktiski nav nepieciešams skābeklis. Jā, visbiežāk sastopamais oksidētājs ir skābeklis, bet darbojas arī citas ķīmiskas vielas. Piemēram, sadedzinot ūdeņradi ar hloru kā oksidētāju, rodas arī liesma. Reakcijas produkts ir hlorūdeņradis (HCl), tāpēc uguns sastāv no ūdeņraža, hlora, HCl, gaismas un siltuma. Citas kombinācijas ir ūdeņradis ar fluoru un hidrazīns ar slāpekļa tetroksīdu.
Uguns vielas stāvoklis
Sveces liesmā vai nelielā ugunī lielākā daļa no matērija liesmā sastāv no karstā gāzes . Ļoti karsta uguns atbrīvo pietiekami daudz enerģijas, lai jonizētu gāzveida atomus, veidojot vielas stāvokli sauc par plazmu . Plazmu saturošu liesmu piemēri ir liesmas, ko rada plazmas lāpas un termīta reakcija .
Galvenās atšķirības starp gāzēm un plazmu ir attālums starp daļiņām un to elektriskais lādiņš. Gāzes sastāv no molekulām, atomiem un joniem, kas ir plaši izvietoti. Plazmā attālums starp daļiņām ir daudz lielāks. Turklāt daļiņas plazmā ir gandrīz tikai lādētas daļiņas (joni).
Kāpēc uguns ir karsta
Uguns izstaro siltumu un gaismu tāpēc ka ķīmiskā reakcija kas rada liesmas, ir eksotermisks. Citiem vārdiem sakot, sadegšana atbrīvo vairāk enerģijas, nekā nepieciešams, lai to aizdedzinātu vai uzturētu. Lai notiktu sadegšana un liesmas, ir jābūt trim lietām: degvielai, skābeklim un enerģijai (parasti siltuma veidā). Kad enerģija sāk reakciju, tā turpinās tik ilgi, kamēr ir klāt degviela un skābeklis.
Aukstā uguns
Lai gan visa uguns radīja siltumu vai ir eksotermiska, daži ugunsgrēki ir vēsāki nekā citi. Tā sauktā aukstā uguns attiecas uz uguni, kas deg temperatūrā, kas zemāka par aptuveni 400 °C (752 °F). Šajā temperatūrā uguns liesma ir neredzama, tomēr reakcija turpinās. Lai gan aukstā uguns uz Zemes ir diezgan reti sastopama, zinātnieki to ir radījuši kosmosā. Mikrogravitācijas vidē uguns deg ar sfērisku liesmu. Aukstā uguns deg atšķirīgi no parastās degšanas. Parasti uguns siltums (un gravitācija) izstumj sadegšanas produktus prom no reakcijas. Vēsā liesmā šie produkti paliek reakcijas diapazonā un piedalās tālāk. Galu galā auksta uguns var sadedzināt tās atkritumus.
Uz Zemes vēsākas liesmas rodas no noteiktas gaistošas degvielas. Piemēram, alkohols rada vēsāku liesmu nekā acetilēns. Svarīga ir arī skābekļa pieejamība. Kad skābeklis ir ierobežots, reakcija ir ierobežota, padarot uguni vēsāku.
Avoti
- Boumens, D. M. J. S.; un citi. (2009). 'Ugunsgrēks Zemes sistēmā'. Zinātne . 324 (5926): 481–84. doi:10.1126/science.1163886
- Lakners, Maksimiliāns; Ziema, Francs; Agarwal, Avinash K., eds. (2010). Degšanas rokasgrāmata , 5 tilpumu komplekts. Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-32449-1.
- likums, C.K. (2006). Degšanas fizika . Kembridža, Apvienotā Karaliste: Cambridge University Press. ISBN 9780521154215.
- Šmits-Rors, K. (2015). Kāpēc sadegšana vienmēr ir eksotermiska, dodot aptuveni 418 kJ uz vienu molu Odivi'. J. Chem. Izglīt . 92 (12): 2094–2099. doi:10.1021/acs.jchemed.5b00333
- Vords, Maikls (2005. gada marts). Ugunsdzēsējs: principi un prakse . Džounsa un Bartleta mācības. ISBN 9780763722470.