všichni jsme slyšeli o ohni a viděli jsme ho téměř každý den v zápalkách, zapalovačích, ohňostroj, plynové varné desky a krby. Ale tato zdánlivě jednoduchá reakce je ve skutečnosti složitá vědecká událost.

co je přesně oheň?

oheň je exotermická, samočinná reakce, ke které dochází, když tuhé, kapalné nebo plynné palivo prochází rychlou oxidací. Toto je známé jako spalování a reakce uvolňuje teplo, světlo a další chemické reakce.

při umožnění dalších reakcí se spalování převážně vyznačuje kombinací hořlavých materiálů s oxidačním činidlem.

Když se palivo a oxidační činidlo jsou vytápěny minulosti určité teplotě, exotermické chemické reakce se vyskytují a jsou udržovány další tepelnou energii, která se neustále generovat.

proto jsou tyto čtyři prvky nezbytné pro vznik ohně spalováním. Tento vztah lze pojmout v ohnivém čtyřstěnu.

Oheň Čtyřstěn Model

oheň čtyřstěn je zastoupení prvků potřebných k požáru dojít. Čtyři plochy čtyřstěnu jsou palivo, oxidační činidlo (obvykle kyslík), tepelná energie a neinhibovaná řetězová reakce.

proč oheň potřebuje palivo?

palivo označuje hořlavý nebo hořlavý materiál, který se používá k zahájení procesu spalování. Zatímco palivo může být pevné (dřevo), kapalina (benzín) nebo plyn (propan), materiály budou hořet pouze ve fázi par. To znamená, že k zahájení požáru musí existovat hořlavá plynná fáze.

plyn-fáze je dosaženo, když je materiál zahříván prošel flashpoint, aby se vyvíjet tlak par, které mohou zapálit na vzduch a podporuje hoření.

příkladem pevného hořlavého materiálu a možná nejběžnější formou paliva je dřevo. Tato sloučenina má molekuly s vysokou molekulovou hmotností, které zahrnují materiály, jako jsou ligniny a přirozeně se vyskytující sacharidová celulóza.

aby dřevo dosáhlo potřebné plynné fáze, musí být tyto materiály podrobeny tepelnému rozkladu pyrolýzou. K tomu dochází, když je dřevo zahřívá minulosti její bod vzplanutí, což způsobuje, celulózy a dalších materiálů, rozložit na malé molekuly, které pak mohou existovat v plynu-fáze. Když tyto plyny dosáhnou teploty vznícení, začne hořet.

tepelná energie

tepelná energie je nutná k nastartování zapálení paliva a jeho dosažení na minimální teplotu potřebnou k tomu, aby se stala soběstačnou. Toto se označuje jako teplota vznícení.

tepelná energie vzniká při spalování, protože reakce je exotermní. Teplo se uvolňuje, když se chemické vazby rozbijí a vytvoří se během chemických reakcí. Protože tyto reakce probíhají, spalování uvolňuje více tepla, než je potřeba k udržení ohně. To je to, co dělá oheň samo-udržovat, a také to, co dělá to horké.

co je oxidační činidlo?

k podpoře hoření reakcí s palivem je zapotřebí oxidační činidlo. Kyslík ve vzduchu je nejběžnějším používaným činidlem. Jakmile těkavé plyny, vydané paliva dosáhla teplota vznícení, sloučenina molekuly rozpadají a slučují se s kyslíkem za vzniku vodní páry, oxid uhličitý, různé produkty spalování, a více tepla. Tento proces se nazývá oxidace a může být rozpoznán jako pálení a kouř.

bez Zábran Řetězová Reakce

konečný tvář čtyřstěnu je bez zábran řetězovou reakci, která je povolena podle reakcí mezi paliva, tepla a kyslíku. Neinhibovaná řetězová reakce se týká samočinné schopnosti spalování.

Protože neustálé reakce mezi palivem a kyslíkem, které vytvářejí přebytek množství tepelné energie, plamen bude vždy být horký dost, aby palivo, teplota vznícení. Proto bude oheň nadále hořet, dokud bude k dispozici dostatek paliva a kyslíku. Tento proces podobně končí, když byly tyto zdroje vynaloženy.

požár: jak se oheň šíří?

nebezpečí těchto chemických reakcí je skutečnost, že jsou soběstačné. Oheň se může šířit právě kvůli neinhibované řetězové reakci, ke které dochází při spalování, a z tepelné energie, která udržuje palivo nad bodem vznícení.

teplo plamenů je schopné ohřívat okolní palivo, ať už je to blízké dřevo nebo hořlavé kapaliny. Pokud se toto blízké palivo zahřeje, projde bodem vzplanutí, těkavé plyny se uvolní, jakmile palivo vstoupí do své plynné fáze. V tomto okamžiku jsou plameny schopny zapálit plyn a šířit se. Dokud je palivo a dostupný kyslík, oheň se může šířit.

Pokud jde o to, jak oheň cestuje, všechno to přijde na gravitaci. Horké plyny v ohni jsou teplejší a méně husté než okolní vzduch. Proto se pohybují nahoru tam, kde je nižší tlak. To je důvod, proč oheň cestuje do kopce a také proč jsou plameny namířeny.

chemie plamene

existuje celá řada barev spojených s plameny. Ty závisí na chemickém složení spalovaného paliva, generovaných reakčních produktech a na teplu, při kterém hoří. Například modrá barva v plamenech je způsobena přítomností uhlíku a vodíku, ale také naznačuje, že je to nejteplejší část plamene. Pokud by se spálily sloučeniny mědi, na druhé straně by plameny byly zelené.

změna barvy plamene je způsobena nerovnoměrnou teplotou. Typickým příkladem je, když oheň prochází neúplným spalováním. To se stane, když není dostatek kyslíku na to, aby se spalování paliva, a to je běžně vidět u táborových ohňů. Je to proto, že v naší atmosféře je pouze 21% kyslíku, a přestože to stačí k oxidaci, nestačí držet krok s více chemickými reakcemi, ke kterým dochází během spalování.

protože není schopen reagovat s kyslíkem, část paliva karbonizuje sama se sebou a vytváří saze. Saze se extrémně zahřejí a začnou vyzařovat viditelné bílé světlo. Částice sazí, které stoupají ve vzduchu, se začnou ochlazovat, což způsobí, že se jejich emisní spektrum přesune na infračervené záření. To je důvod, proč je horní část ohně obvykle červená, zatímco spodní část je žlutobílá. Když dojde k úplnému spalování, což znamená, že je dostatečný přísun kyslíku, plamen bude hořet modře. Změny v plamen barvy způsobené spalováním sazby jsou nejvíce snadno vidět v Bunsenův hořák, kde si můžete ručně kontrolovat množství kyslíku se přivádí do plamene.