Главная » 2 Распространение » Свеча. Горение свечи

Свеча. Горение свечи

В настоящих чтениях я предполагаю изложить вам историю свечи с химической точки зрения.
Я очень охотно берусь за этот вопрос, так как он очень интересен и чрезвычайно разнообразны пути, открываемые им для изучения природы. Нет ни одного закона, управляющего мировыми явлениями, который не проявился бы в истории свечи и которого не пришлось бы коснуться. Нет лучших дверей, более широко открытых для изучения природы, чем рассмотрение физических явлений, разыгрывающихся при горении свечи.
Начну с пламени свечи. Зажжем одну или две свечи; вы замечаете, как велика разница между лампой и свечой. В лампе имеется резервуар с маслом, в которое погружен фитиль, сделанный из хлопчатой бумаги. Конец фитиля зажигают; когда пламя доходит до масла, оно там гаснет, продолжая гореть в верхней части фитиля. Вы, без сомнения, спросите: как это может быть, чтобы масло, не горящее само по себе, поднималось по фитилю и стало бы гореть на конце его? Мы это исследуем!
При горении свечи происходят еще более диковинные вещи. Ведь мы имеем твердое вещество, не нуждающееся в резервуаре, – как может это вещество пробраться туда, где мы видим пламя, не будучи жидким? Или же, если оно превращается в жидкость, как может оно сохраняться, не разливаясь? Преудивительная вещь эта свеча!
В нашей комнате чувствуется сильное течение воздуха; для некоторых наших опытов это может оказаться вредным. Чтобы внести правильность в наше исследование и упростить его, я получу совершенно спокойное пламя; ибо, как можно исследовать какое-нибудь явление, если оно сопровождается всякими посторонними обстоятельствами?
Для нашей цели мы можем кой-чему поучиться у торговок, продающих свой товар вечером на улицах. Я часто наблюдал их приспособление. Они окружают свечу цилиндрическим стеклом, укрепленным на своего рода галерее, охватывающей свечу: по желанию стекло с оправой можно подымать и опускать. При помощи такого стекла можно получить совершенно спокойное пламя, которое легко исследовать во всех подробностях.
Прежде всего обратим внимание на то, как верхний слой свечи непосредственно под пламенем образует углубление вроде красивой чашечки. Воздух, притекающий к свече, поднимается кверху благодаря току, вызванному теплотой пламени; вследствие движения воздуха внешние слои свечи охлаждаются. Середина тает сильнее, чем края чашечки, так как посредине сильнее всего действие пламени, стремящегося опуститься вниз по фитилю.
Пока воздух равномерно притекает со всех сторон, до тех пор края чашечки остаются совершенно ровными, и расплавленная масса свечи, плавающая по чашечке, имеет горизонтальную поверхность. Стоит мне лишь подуть сбоку на свечу, как края чашечки сейчас же скашиваются, и расплавленная масса свечи вытекает, повинуясь тем же законам, которые управляют движением миров. Вы видите, таким образом, что чашечка в верхней части свечи образуется благодаря равномерно восходящему току воздуха, охлаждающего со всех сторон наружный слой свечи. Только те вещества пригодны для изготовления свечей, которые при горении способны образовать такую чашечку.
Мы можем сделать несколько наблюдений над влиянием восходящего тока воздуха, которые не мешает запомнить. Здесь с одной стороны свечи образовался натек, так что свеча в этом месте стала толще. В то время как свеча продолжает спокойно сгорать, утолщение остается на своем месте и образует на краю свечи выдающийся столбик; так как он возвышается над остальной массой воска и удален от середины свечи, то воздух легче охлаждает его и дает ему возможность противостоять действию тепла, несмотря на близость пламени.
Таким образом, как и во многих других случаях, ошибка или неправильный прием обогащают наше знание; не будь этих ошибок, мы, может быть, с трудом получили бы эти сведения. Невольно в этих случаях мы делаемся исследователями природы. Я надеюсь, что вы, встретив новое явление, не забудете спросить себя: «Где причина явления? Как все это происходит?» – и с течением времени непременно найдете ответ на ваши вопросы.
Другой вопрос, на который мы должны ответить, – это следующий: как поступает горючий материал из чашечки по светильне к тому месту, где происходит горение? Вы знаете, что у восковых, стеариновых свечей пламя не опускается по горящему фитилю к горючему материалу, расплавляя его целиком, но остается на своем месте, на некотором расстоянии от расплавленной массы и не нарушая целости краев чашечки. Я не могу себе представить лучшего приспособления: всякая часть свечи помогает остальным в достижении наилучшего действия. Разве не чудесно видеть, как постепенно сгорает это горючее вещество, как пламя трогает его, несмотря на то, что пламя это могло бы целиком разрушить воск, если бы дать ему слишком приблизиться к нему?
Каким образом пламя питается горючим материалом? При помощи капиллярного притяжения. «Капиллярное притяжение?» - спрашиваете вы. «Волосность»? Ну, название большого значения не имеет - его придумали, когда не было правильного представления о силе, которая обозначалась этим названием. Действие этого так называемого капиллярного притяжения оказывается в том, что горючий материал проводится к месту сгорания и там откладывается, и притом не как-нибудь, а как раз в середине очага, в котором происходит процесс горения.
Единственная причина того, что свеча не прогорает вдоль фитиля, состоит в том, что расплавленное сало тушит пламя. Вы знаете, что свеча сейчас же гаснет, если ее перевернуть так, чтобы расплавленная масса свечи стекала по фитилю до его конца. Это происходит оттого, что пламя не успевает нагреть достаточно сильно притекающий в большом количестве расплавленный горючий материал. Когда же пламя находится в обыкновенном своем положении, т.е. над расплавленной массой, то новые количества свежей массы расплавляются, постепенно поднимаются по светильне, и пламя может действовать со всей своей силой.
Теперь мы подходим к очень важному явлению, требующему подробного изучения; иначе вы не будете в состоянии вполне разобраться в том, что представляет собой пламя свечи. Я имею в виду газообразное состояние горючего материала. Чтобы вы хорошенько поняли меня, я покажу вам красивый, хотя и простой опыт. Когда вы тушите свечу, то вы замечаете, как подымается дымок от фитиля; вы, наверное, знакомы с неприятным запахом этих газов, испускаемых потушенной свечой. Если погасить свечу очень осторожно, то легко можно обнаружить газы, в которые превратилось твердое вещество свечи.
Я потушу теперь свечу так, чтобы не вызвать движения воздуха; для этого мне стоит лишь некоторое время подышать на свечу. Если я теперь поднесу горящую лучину на расстоянии 5–8 см от конца светильни, то вы увидите, как пламя по струе паров, идущих от свечи, перескакивает на фитиль. Все это надо производить достаточно быстро, в противном случае газы успевают остыть и сгуститься, или же струя горючих паров успеет рассеяться в воздухе.
Теперь мы рассмотрим очертание и строение пламени. Для нас важно ознакомиться с состоянием пламени, в котором оно находится на конце светильни, где пламя обладает таким блеском и красотой, каких мы нигде в других явлениях не можем наблюдать. Вы знакомы с прекрасным блеском золота и серебра, а еще более замечательным блеском и игрой драгоценных камней, вроде рубина и алмаза, но ничто не может сравниться с красотой пламени. Какой алмаз светит подобно пламени? В ночное время он черпает свой блеск именно от пламени, освещающего его. Пламя освещает мрак - свет алмаза ничто; он появляется лишь, когда луч света пламени падает на алмаз. Свеча светит сама.
Изучим подробнее строение пламени в том виде, в каком оно находится у нас внутри нашего стекла. Пламя это постоянно и однородно; оно имеет в общем ту форму, как изображено на нашем рисунке, но, смотря по состоянию воздуха и по величине свечи, форма эта может значительно видоизменяться. Оно образует конус, округленный в своей нижней части; верхняя часть конуса светлее нижней. Внизу, у светильни, легко обнаружить более темную часть, внутри которой сгорание не столь совершенно, как в верхних частях пламени.

Представьте себе рисунок пламени, сделанный много лет тому назад Гукером, когда он производил свои исследования. На рисунке изображено пламя лампы, но его можно применить и к пламени свечи; резервуар для масла соответствует чашечке свечи, масло отвечает расплавленной свечной массе, а фитиль имеется в обоих случаях. Вокруг фитиля Гукер изобразил пламя, а вокруг последнего он совершенно правильно изобразил еще один невидимый слой, о котором вы, вероятно, ничего не знаете, если вообще незнакомы каким-либо образом с этим явлением. Он изобразил окружающий воздух, имеющий существенное значение для пламени и всегда находящийся вблизи него. Далее, он изобразил ток воздуха, вытягивающий пламя вверху; пламя, которое вы здесь видите, действительно вытягивается током воздуха и притом на довольно значительную высоту совершенно так же, как это изобразил Гукер на своем рисунке.
Легче всего убедиться в этом, выставив горящую свечу на свет и рассматривая ее тень, полученную на белом экране. Не правда ли, удивительно: пламя, обладающее достаточным светом, чтобы образовать тень других предметов, само дает тень? При этом ясно видно, как что-то такое, не принадлежащее самому пламени, обтекает его, поднимается кверху и увлекает за собой пламя.

Теперь обращу ваше внимание на другие факты. Различные виды пламени, которые вы имеете здесь перед собой, значительно разнятся друг от друга по своей форме; это зависит от различного распределения воздушных токов, охватывающих их. Мы можем получить такое пламя, которое по своей неподвижности напоминает твердое тело, так что его легко сфотографировать; такие фотографии необходимы для более подробного изучения природы пламени. Но это еще не все, что я хочу сообщить вам.
Если я возьму достаточно длинное пламя, то оно не станет сохранять некоторую устойчивую равномерную форму, но с удивительной силой будет ветвиться. Чтобы показать это явление, я вместо воска или сала свечи возьму новый горючий материал. В качестве светильни я беру большой ком ваты. Я погрузил его в спирт и зажигаю – чем отличается он от обыкновенной свечи? Той силой, с которой происходит горение; никогда у свечи мы не замечаем такого сильного и подвижного пламени. Вы видите, как великолепные языки пламени непрерывно вздымаются кверху! Направление пламени осталось тем же: оно стремится снизу вверх; но совершенно ново, по сравнению со свечой, это удивительное разделение пламени на отдельные ветки и выступы, на эти лижущие языки.
Отчего это происходит? Я объясню это вам, и, когда вы хорошенько разберете это явление, вам будет легко следовать за моим дальнейшим изложением. Я уверен, что многие из вас уже сами проделывали опыт, который я вам сейчас покажу.

Ведь многим из вас известна детская игра, состоящая в том, что в темной комнате льют спирт в чашку с изюмом или сливами и затем зажигают его. Эта игра как нельзя лучше воспроизводит рассматриваемое нами явление. Вот у меня чашка; чтобы опыт хорошо удался, нужно предварительно нагреть чашку; недурно нагреть и изюм или сливы. В свече мы наблюдали образование чашечки с расплавленным горючим материалом; здесь мы взяли чашку со спиртом, а роль светильни свечи играет изюм. Я зажигаю спирт, и сразу вырываются чудесные огненные языки; воздух через края чашки переливается в нее и вытесняет эти языки. Как так? Да так, что при сильном притоке воздуха, благодаря неравномерному горению, пламя не может ровной струей подниматься кверху. Воздух так неравномерно притекает в чашку, что пламя, которое при иных условиях могло бы представлять нечто цельное, в данном случае разрывается на множество отдельных частей, существующих независимо друг от друга. Я почти хотел бы сказать, что мы видим здесь множество отдельных свечей. Но вы не должны думать, будто те отдельные языки, какие здесь одновременно видны, в совокупности своей дали бы изображение пламени. Никогда пламя, какое мы получили при горении нашей ваты, не имеет той формы, какую мы видели. Это был ряд очертаний, следовавших так быстро одно за другим, что глаз не мог их рассмотреть в отдельности, и потому получилось впечатление от всех одновременно.

1) Зажгите одну обыкновенную цилиндрической формы свечу, которые используем для хозяйственных нужд. Наблюдайте за процессом горения свечи. Что дает нам горящая свеча?

2) Создайте такие условия, чтобы пламя свечи было спокойным. Рассмотрите внимательно устойчивое пламя свечи, опишите ваши наблюдения. Отразите форму свечи у фитиля.

3) Создайте в одном направлении небольшой ветерок (тихо подуйте), опишите ваши наблюдения. Какие изменения произошли со свечей?

4) Повторите п.2 и п.3 вашего эксперимента используя свечу не имеющую форму правильного цилиндра или покрытую желобками, или фигурную свечу, а так же ароматическую свечу, обыкновенной цилиндрической формы.

5) Опишите ваши наблюдения и сделайте выводы.

Выводы.

1) Воздух, находящийся над пламенем свечи нагревается, расширяется и становится менее плотным и более легким, чем окружающий его холодный воздух. Теплый воздух поднимается верх, а его место занимает холодный воздух. Происходит постоянный ток воздуха, струя которого охлаждает со всех сторон вещество, из которого сделана свеча, его внешний слой намного холоднее, чем середина. Середина плавится от пламени, доходящего по фитилю до того места, ниже которого оно гаснет. Наружная часть свечи не плавится.

2) Чашечка правильной формы образуется благодаря равномерному восходящему потоку воздуха, действующему на всю внешнюю поверхность свечи и не дающему ей разогреться.

3) При горении свечи, не имеющей правильной формы, и покрытую желобками, не получается чашечка с ровными краями, из-за неравномерности тока воздуха и плохой формы чашечки, которая при этом образуется, поэтому вниз по свечке стекает парафин, образуются потеки.

4) При горении ароматической свечи по комнате распространяется запах цитрусовых фруктов благодаря очень интересному и важному физическому явлению - диффузии (взаимного проникновения молекул одного вещества между молекул другого вещества).

5) Горючее попадает в пламя благодаря такому явлению как смачивание (притяжение молекул друг к другу твердого тела и жидкости). Фитиль, пропитанный воском или парафином, изготавливают из хлопчатобумажных нитей, которые имеют капилляры диаметром меньше волоса. По этим капиллярам жидкость поднимается вверх за счет дополнительного возникающего давления. Горючее переносится к тому месту, где происходит сгорание, и притом не как-нибудь, а идеально к центру пламени.

(Все выводы обобщающие ответы учащихся на слайдах)

Опыт №2 . « Изучение строения пламени»

Порядок выполнения работы (Инструктаж ТБ)

1) Еще раз зажжем свечу и рассмотрим, какое строение имеет пламя. Выделите три зоны: нижняя часть пламени, средняя часть и внешняя часть пламени. Постарайтесь заметить, что каждая зона отличается друг от друга цветом. Опишите цвет пламени каждой из зон, заполните таблицу 1.

2) Пронаблюдайте различие температуры каждой зоны. Для этого вносите спички в разные зоны пламени и обратите внимание на скорость воспламенения спичечной головки. Время воспламенения фиксируйте с помощью секундомера, заполните графы таблицы 1.

Таблица 1

Ответ учащихся: Строение пламени? Пламя имеет несколько вытянутый вид, вверху оно ярче, чем внизу около фитиля.

Цвет пламени?

Время воспламенения? (заполняем таблицу на доске).

Учитель: (Обобщение ответов учащихся на слайдах). При внесении спички в нижнюю зону пламени воспламенение происходит за 1.04 секунд; при внесении спички в среднюю зону пламени воспламенение происходит за 0,9 секунд; при внесении спички во внешнюю часть пламени воспламенение происходит за 0,1 секунд. Следовательно, нижняя зона имеет более низкую температуру, а средняя и внешняя зоны имеют более высокие температуры. Используя справочную литературу отмечаем: нижняя зона имеет температуру 7000 С, средняя зона имеет 11000 С, внешняя имеет 14000 С. Можно сделать для себя вывод, что для быстрого нагревания чего – либо необходимо использовать верхнюю часть пламени и не только свечи.

(вывод на слайдах)

Чтобы убедиться, что различные зоны пламени имеют разную температуру, можно провести и другой опыт. Поместить лучинку (или очищенную спичку) в пламя так, чтобы она пересекала все три зоны. Мы увидим, что лучинка сильнее обуглилась там, где она попала в среднюю и верхнюю зоны. Значит, пламя там более горячее. (совместно с учителем)

Опыт №3 «Обнаружение продуктов горения в пламени» (совместно с учителем) (Инструктаж ТБ)

Порядок выполнения работы

Определим состав каждой зоны пламени свечи.

Учитель: В ходе проведения двух первых экспериментов вы наблюдали за процессом горения и отметили для себя, что в нижней зоне пламени свечи находится газообразный парафин. Запишите это в своей таблице и переходите к выполнению №3 опыта.

(вывод на слайдах)

1) В среднюю зону пламени свечи внесем пластину из жести, закрепленную в держателе, и подержим 5-7 с. Быстро поднимем пластинку. Нижняя плоскость пластинки закоптилась.

Вывод: Нижняя плоскость пластинки из жести закоптилась, так как парафин сгорает не полностью, в результате образовалась сажа – это чистый углерод. (вывод на слайдах)

2) Сухую, охлажденную, но не запотевшую пробирку закрепим в держателе, перевернем вверх дном и подержим над пламенем до запотевания.

На стенках пробирки появляются меленькие капельки воды. Затем, в эту же пробирку быстро перельем известковую воду.

Вывод: В пробирке конденсируется вода. После того, как в пробирку перельем известковую воду, замечаем, что известковая вода мутнеет. Следовательно, продуктами горения парафина свечи являются углекислый газ и вода. Составим схему горения парафиновой свечи :

Парафин + кислород = вода + углекислый газ. (на слайде)

По итогам проведенного опыта составим таблицу. (работа у доски)

Таблица 2

Учитель: Давайте, еще раз определим, чем же поддерживается процесс горения свечи. Для этого выполним следующий опыт № 4.

Опыт № 4 « Влияние воздуха на горение свечи»

Оборудование: свеча, стакан, стеклянная банка емкостью 0,5 литра, стеклянная банка емкостью 3 литра.

Порядок выполнения работы.

1. Зажгите свечу и накройте ее стаканом, измерьте время её горения.

2. Зажгите свечу и накройте ее стеклянной банкой емкостью 0,5 литра и измерьте время горения.

3. Зажгите свечу и накройте ее стеклянной банкой емкостью 3 литра и измерьте время горения.

4. Данные представьте в виде таблицы и сделайте вывод.

Таблица 3

Вывод. Горение свечи зависит от кислорода, который содержится в воздухе и чем больше объем воздуха, тем дольше горит свеча. (вывод на слайдах)

Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания...

Я собираюсь изложить вам... ряд сведений по химии, которые можно извлечь из горящей свечи.

М. Фарадей

Опыт 1

Физические явления при горении свечи

Зажгите свечу. Вы увидите, как начинает таять парафин около фитиля, образуя круглую лужицу. Какой процесс (физический или химический) здесь имеет место?

Возьмите тигельными щипцами изогнутую под прямым углом стеклянную трубку, один конец ее внесите в среднюю часть пламени, а другой опустите в пробирку. Что вы наблюдаете?

1. Парафин тает. Это плавление - физический процесс.

2. Стенки пробирки запотевают - это конденсация - физический процесс.

Опыт 2

Обнаружение продуктов горения в пламени

Возьмите тигельными щипцами кусочек жести (2x2 см) от консервной банки или предметное стекло, внесите в зону темного конуса горящей свечи и подержите 3-5 с. Быстро поднимите жесть (стекло), посмотрите на нижнюю плоскость. Объясните, что там появилось.

Сухую пробирку закрепите в держателе, переверните вверх дном и подержите над пламенем до запотевания. Объясните наблюдаемое явление.

В ту же пробирку быстро прилейте 2-3 мл известковой воды. Что наблюдаете? Дайте объяснение.

1. Появилось темное (черное) пятно - это сажа (углерод) образовавшийся при горении парафина.

2. На стенках пробирки конденсируется влага. Это конденсируется вода, один из продуктов горения парафина.

3. При приливании пробирку известковой воды она мутнеет:

Это говорит о том, что вторым продуктом горения парафина является углекислый газ.

Влияние воздуха на горение свечи

Вставьте стеклянную трубку с оттянутым концом в резиновую грушу, Сжимая ее рукой, продуйте в пламя горящей свечи воздух. Как изменилась яркость пламени?

В процессе горения образуется пламя, строение которого обусловлено реагирующими веществами. Его структура поделена на области в зависимости от температурных показателей.

Определение

Пламенем называют газы в раскаленном виде, в которых присутствуют составляющие плазмы или вещества в твердой дисперсной форме. В них осуществляются преобразования физического и химического типа, сопровождающиеся свечением, выделением тепловой энергии и разогревом.

Наличие же в газообразной среде ионных и радикальных частичек характеризует его электрическую проводимость и особое поведение в электромагнитном поле.

Что такое языки пламени

Обычно так называют процессы, связанные с горением. По сравнению с воздухом, газовая плотность меньше, но высокие температурные показатели обуславливают поднятие газа. Так и образуются языки пламени, которые бывают длинными и короткими. Часто происходит и плавный переход одних форм в другие.

Пламя: строение и структура

Для определения внешнего вида описываемого явления достаточно зажечь Появившееся несветящееся пламя нельзя назвать однородным. Визуально можно выделить три его основные области. Кстати, изучение строения пламени показывает, что различные вещества горят с образованием различного типа факела.

При горении смеси из газа и воздуха вначале происходит формирование короткого факела, цвет которого имеет голубые и фиолетовые оттенки. В нем просматривается ядро - зелено-голубое, напоминающее конус. Рассмотрим это пламя. Строение его разделяется на три зоны:

  1. Выделяют подготовительную область, в которой происходит нагревание смеси из газа и воздуха при выходе из отверстия горелки.
  2. За ней следует зона, в которой происходит горение. Она занимает верхушку конуса.
  3. Когда имеется недостаток воздушного потока, газ сгорает не полностью. Выделяется углерода двухвалентный оксид и водородные остатки. Их догорание протекает в третьей области, где есть кислородный доступ.

Теперь отдельно рассмотрим разные процессы горения.

Горение свечи

Горение свечи подобно горению спички или зажигалки. А строение пламени свечи напоминает раскаленный газовый поток, который вытягивается вверх за счет выталкивающих сил. Процесс начинается с нагревания фитиля, за которым следует испарение парафина.

Самую нижнюю зону, находящуюся внутри и прилегающую к нити, называют первой областью. Она обладает небольшим свечением из-за большого количества топлива, но малого объема кислородной смеси. Здесь осуществляется процесс неполного сгорания веществ с выделением который в дальнейшем окисляется.

Первую зону окружает светящаяся вторая оболочка, характеризующая строение пламени свечи. В нее поступает больший кислородный объем, что обуславливает продолжение окислительной реакции с участием топливных молекул. Температурные показатели здесь будут выше, чем в темной зоне, но недостаточные для конечного разложения. Именно в первых двух областях при сильном нагревании капелек несгоревшего топлива и угольных частичек появляется светящийся эффект.

Вторая зона окружена слабозаметной оболочкой с высокими температурными значениями. В нее заходит много кислородных молекул, что способствует полному догоранию топливных частичек. После окисления веществ, в третьей зоне светящийся эффект не наблюдается.

Схематическое изображение

Для наглядности представляем вашему вниманию изображение горения свечи. Схема пламени включает:

  1. Первую или темную область.
  2. Вторую светящуюся зону.
  3. Третью прозрачную оболочку.

Нить свечи не подвергается горению, а только происходит обугливание загнутого конца.

Горение спиртовки

Для химических экспериментов часто используют небольшие резервуары со спиртом. Их называют спиртовками. Фитиль горелки пропитывается залитым через отверстие жидким топливом. Этому способствует давление капиллярное. При достижении свободной верхушки фитиля, спирт начинает испаряться. В парообразном состоянии он поджигается и горит при температуре не более 900 °C.

Пламя спиртовки имеет обычную форму, оно практически бесцветное, с небольшим оттенком голубого. Его зоны не так четко видны, как у свечки.

У названной в честь ученого Бартеля, начало огня располагается над калильной сеткой горелки. Такое заглубление пламени приводит к уменьшению внутреннего темного конуса, а из отверстия выходит средний участок, который считается самым горячим.

Цветовая характеристика

Излучения различных вызывается электронными переходами. Их еще называют тепловыми. Так, в результате горения углеводородного компонента в воздушной среде, синее пламя обусловлено выделением соединения H-C. А при излучении частичек C-C, факел окрашивается в оранжево-красный цвет.

Трудно рассмотреть строение пламени, химия которого включает соединения воды, углекислого и угарного газа, связь OH. Его языки практически бесцветны, так как вышеуказанные частички при горении выделяют излучения ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

Окраска пламени взаимосвязана с температурными показателями, с наличием в нем ионных частиц, которые относятся к определенному эмиссионному или оптическому спектру. Так, горение некоторых элементов приводит к изменению цвета огня в горелке. Отличия в окрашивании факела связаны с расположением элементов в разных группах системы периодической.

Огонь на наличие излучений, относящихся к видимому спектру, изучают спектроскопом. При этом было установлено, что простые вещества из общей подгруппы оказывают и подобное окрашивание пламени. Для наглядности используют горение натрия в качестве теста на данный металл. При внесении его в пламя, языки становятся ярко-желтыми. На основании цветовых характеристик выделяют натриевую линию в эмиссионном спектре.

Для характерно свойство быстрого возбуждения светового излучения атомарных частиц. При внесении труднолетучих соединений таких элементов в огонь горелки Бунзена происходит его окрашивание.

Спектроскопическое исследование показывает характерные линии в области, видимой для глаза человека. Быстрота возбуждения светового излучения и простое спектральное строение тесно взаимосвязаны с высокой электроположительной характеристикой данных металлов.

Характеристика

В основе классификации пламени лежат следующие характеристики:

  • состояние агрегатное сгорающих соединений. Они бывают газообразной, аэродисперсной, твердой и жидкой формы;
  • тип излучения, которое может быть бесцветным, светящимся и окрашенным;
  • распределительная скорость. Существует быстрое и медленное распространение;
  • высота пламени. Строение может быть коротким и длинным;
  • характер передвижения реагирующих смесей. Выделяют пульсирующее, ламинарное, турбулентное перемещение;
  • визуальное восприятие. Вещества горят с выделением коптящего, цветного или прозрачного пламени;
  • температурный показатель. Пламя может быть низкотемпературным, холодным и высокотемпературным.
  • состояние фазы топливо - окисляющий реагент.

Возгорание происходит в результате диффузии или при предварительном перемешивании активных компонентов.

Окислительная и восстановительная область

Процесс окисления протекает в слабозаметной зоне. Она самая горячая и располагается вверху. В ней топливные частицы подвергаются полному сгоранию. А наличие в кислородного избытка и горючего недостатка приводит к интенсивному процессу окисления. Этой особенностью следует пользоваться при нагревании предметов над горелкой. Именно поэтому вещество погружают в верхнюю часть пламени. Такое горение протекает намного быстрее.

Восстановительные реакции проходят в центральной и нижней части пламени. Здесь содержится большой запас горючих веществ и малое количество O 2 молекул, осуществляющих горение. При внесении в эти области осуществляется отщепление O элемента.

В качестве примера восстановительного пламени используют процесс расщепления железа двухвалентного сульфата. При попадании FeSO 4 в центральную часть факела горелки, происходит вначале его нагревание, а затем разложение на оксид трехвалентного железа, ангидрид и двуокись серы. В данной реакции наблюдается восстановление S с зарядом от +6 до +4.

Сварочное пламя

Данный вид огня образуется в результате сгорания смеси из газа или пара жидкости с кислородом чистого воздуха.

Примером служит формирование пламени кислородно-ацетиленового. В нем выделяют:

  • зону ядра;
  • среднюю область восстановления;
  • факельную крайнюю зону.

Так горят многие газокислородные смеси. Различия в соотношении ацетилена и окислителя приводят к разному типу пламени. Оно может быть нормального, науглероживающего (ацетиленистого) и окислительного строения.

Теоретически процесс неполного сгорания ацетилена в чистом кислороде можно охарактеризовать следующим уравнением: HCCH + O 2 → H 2 + CO +CO (для реакции необходима одна моль O 2) .

Полученный же молекулярный водород и угарный газ реагируют с воздушным кислородом. Конечными продуктами является вода и оксид четырехвалентного углерода. Уравнение выглядит так: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 +H 2 O. Для этой реакции необходимо 1,5 моля кислорода. При суммировании O 2 получается, что 2,5 моль затрачивается на 1 моль HCCH. А так как на практике трудно найти идеально чистый кислород (часто он имеет небольшое загрязнение примесями), то соотношение O 2 к HCCH будет 1,10 к 1,20.

Когда значение пропорции кислорода к ацетилену меньше 1,10, возникает науглероживающее пламя. Строение его имеет увеличенное ядро, очертания его становятся расплывчатыми. Из такого огня выделяется копоть, вследствие недостатка кислородных молекул.

Если же соотношение газов больше 1,20, то получается окислительное пламя с кислородным избытком. Лишние его молекулы разрушают атомы железа и другие компоненты стальной горелки. В таком пламени ядерная часть становится короткой и имеет заострения.

Температурные показатели

Каждая зона огня свечи или горелки имеет свои значения, обусловленные поступлением кислородным молекул. Температура открытого пламени в разных его частях колеблется от 300 °C до 1600 °C.

Примером служит пламя диффузионное и ламинарное, которое образовано тремя оболочками. Конус его состоит из темного участка с температурой до 360 °C и недостатком окисляющего вещества. Над ним располагается зона свечения. Ее температурный показатель колеблется от 550 до 850 °C, что способствует разложению термическому горючей смеси и ее горению.

Внешняя область едва заметная. В ней температура пламени доходит до 1560 °C, что обусловлено природными характеристиками топливных молекул и быстротой поступления окисляющего вещества. Здесь горение наиболее энергичное.

Вещества воспламеняются при разных температурных условиях. Так, металлический магний горит только при 2210 °С. Для многих твердых веществ температура пламени около 350 °С. Возгорание спичек и керосина возможно при 800 °С, тогда как древесины - от 850 °С до 950 °С.

Сигарета горит пламенем, температура которого варьируется от 690 до 790 °С, а в пропан-бутановой смеси - от 790 °С до 1960 °С. Бензин воспламеняется при 1350 °С. Пламя горения спирта имеет температуру не более 900 °С.

  • 1. Копчение будет наблюдаться при недостаточном содержании кислорода в атмосфере горения. Как сделать, не знаю, м. б. добавить водяных паров.
    2. В большой банке кислород выгорел не полностью, а остался какой–то процент его, поэтому левая свеча горела дольше, чем в идеале.
  • Михаил,
    1. По первому вопросу нужно точное решение. Общее направление мысли правильное – горение при недостатке кислорода, но у меня так не получилось. Пробовал просто прикрывать банку крышкой, пламя просто постепенно гаснет, и все. Никакого копчения нет .
    2. Не думаю, что в большой банке останется кислород. Пламя вызывает сильное перемешивание во всем объеме. Горячий углекислый газ поднимается вверх – остывает от банки – опускается вниз. Плюс у него плотность в 1.5 раза больше, чем у воздуха, поэтому тоже будет опускаться вниз.
  • По видемому часть углекислого газа ушла вниз из 3 литровки. Скорее всего опыт удастся, если банку гермитизировать отрезком пластиковой крышки и перевернуть перед тем, как закрыть картонкой.
    P. S.
    CO2 = 46
    Воздух = 29
    Итого разница в 1,5 раза
    Зажечь свечу можно например химической реакцией марганцовки с серной кислотой
    KMnO4 + H2SO4 (конц.)
    получившийся оксид при взаймодействии с парафином воспламенит его
  • По процедуре: думаю, ответы надо было скрывать, чтобы "вторые" не видели ответы "первых", чтобы не было споров – соревнование ведь

    По существу: в башке больше ничо нет, шерстить инет щас нет возможности...

  • Михаил, открытость комментариев – это нормально. Все равно засчитывается первый верный ответ.
    Инет щерстить не надо, тут больше логики и базовых знаний физики и химии. Ну и, естественно, представлять в голове все нюансы эксперимента.
  • По второму вопросу: – "Почему левая свеча горит так долго? " почему то до сих пор нет комментария про интенсивность горения, если посмотреть по видео заметно, что при горении с большим количеством углекислого
    газа пламя меньше.
    По первому вопросу, есть предположение, возможно свеча будет коптить, когда фитиль длинный, т. е. фитиль горит и сжигает вокруг кислород.
  • Сергей, согласен. Количественную оценку тут очень трудно сделать. Кто сказал, что пламя у обеих свеч горит одинаково интенсивно? На глазок, вроде бы одинаково, но, может быть, одна потребляет больше кислорода, чем вторая. И второе – сами процессы затухания пламени. В итоге, получается, что мы можем дать только качественную ("да, левая свеча горит меньше"), но никак не количественную оценку.
  • Андрей 4 августа 2010, 06:01
    По поводу горения. Свеча "съедает" не весь кислород, а очень мало. У меня была необходимость организовать безкислородную атмосферу, и я как раз думал сделать её свечой, но на форумах "пещерников" прочитал, что если в закрытой пещере погасла свеча – значит, кислорода лишь на пару процентов меньше. Ну и углекислого газа там процента два–три, что ли? Не помню.
    Ну, а кроме того, есть ещё такая вещь, как конвекция. Углекислый газ тяжелее воздуха и собирается снизу, а воздух сверху, таким образом, получается несколько богаче кислородом. Вот это и позволило свече прогореть подольше
    А как сделать, чтобы она коптила – навскидку и не скажу, поиграться надо.
  • Андрей , не понял как связана мысль про конвекцию и про то, что "Углекислый газ тяжелее воздуха и собирается снизу, а воздух сверху, таким образом, получается несколько богаче кислородом" . Если идет сильная конвекция от пламени, как я писал выше – тогда все внутри банки быстро перемешивается, и нет роли, где что собирается.

    Anatoly , также можно внести любой предмет в среднюю зону пламени, где происходит неполное сгорание. Тогда копоть осаждается на предмете. Именно так коптят стекла. А еще это можно пронаблюдать вот здесь:

    Тут отлично видно, как закоптился стержень и полиэтиленовый пакет.

    До сих пор жду последний правильный ответ, откуда в закрывающей банке мог взяться лишний кислород . Подсказка: думать в сторону теплового расширения газов.

  • (попал т. к. в банке стало понижаться давление)
  • По поводу первого вопроса–ответ думаю уже есть. Нужно сделать какие–нить манипуляции, чтобы происходило неполное окисление: это может быть к примеру поднесенный какой–нить предмет–пары горящего парафина будут резко охлаждаться, не успевая полностью сгореть(это пока предмет холодный). Если не ошибаюсь, то вроде может получиться с добавлением некоторых химических веществ на фитиль свечи.
    По поводу второго пункта:
    Вообще, горение свечи в таком случае можно рассматривать как инерционное звено n–го порядка. В самом простом случае, если скорость сгорания кислорода прямопропорциональна(хотя она может быть пропорциональна квадрату, кубу... концетрации). В таком случае, чем меньше кислорода в банке, тем медленнее он и сгорает. В общем случае VCO2(t)=K1*e^(–k2/t). Это нелинейное уравнение содержания углекислого газа объясняет, почему при "чистом" воздухе в 0,5 литра свеча будет гореть в два раза дольше, чем при 2,5 литрах–просто сначала горение будет очень интесивное и за первые 10 секунд используется почти 2 литра воздуха и останется как во втором случае только 0,5 литра, которые и будут догорать еще 30 секунд.
  • esfir 2 января 2014, 06:37
    Цитата:"Восковые свечи должны иметь рыхло сплетенный фитиль из толстых волокон, для всех остальных свечей фитили делают из туго сплетенных нитей. Это связано с вязкостью свечной массы в расплавленном состоянии: для вязкого воска нужны широкие капилляры, а легкоподвижные парафин, стеарин и жиры требуют более тонких капилляров, иначе из-за избытка горючего материала свеча станет сильно коптить."
    Вариант: подложить в расплавленный около фитиля парафин кусок рыхлой веревки.
  • Я замечал, что коптить начинает тогда, когда фитиль смочен немного, т.е. температура нагрева самого фитиля ниже средней при горении сухих фителей. Само же пламя, естественно, при этом имеет нормальную температуру, т.к. горит кислород, а фитиль только лишь поддерживает горение. Надо плюнуть на палец, провести по фитилю и поджечь -- будет коптить
  • Все это очень интересно. Но, "великие умы"сможете ли вы ответить на другой вопрос? Пока свеча горит, она не пахнет. И это нормально, ведь чистая вода и углекислый газ не имеют запаха. Но! Стоит погасить свечу, как вы получите сильный неприятный запах! При неполном сгорании образуется та же вода, чистый углерод С и CO вместо CO2, но С и CO тоже не имеет запаха. Тогда что так сильно воняет, когда мы тушим свечку?
  • 5 января 2017, 06:15
    Павел, как я понимаю, это пахнут продукты неполного сгорания парафина. То есть в момент гашения свечки должен быть довольно большой диапазон всяких молекулярных соединений.


Предыдущая статья: Следующая статья:

© 2015 .
О сайте | Контакты | Карта сайта