6. Розрахунок температури самоспалахування

Стандартна температура самоспалахування Т_св, що наведена в довідниках, отримана експериментально за стандартною методикою для горючої суміші стехіометричного складу. Встановлено, що в межах гомологічного ряду величина Т_св є функцією довжини вуглецевого ланцюгу в молекулі. Чим довший ланцюг, тим нижче температура самозаймання. Метод розрахунку Т_св оснований на емпирічній залежності Т_св від середньої довжини вуглецевого ланцюга.

Метод придатний для розрахунку Т_св аліфатичних вуглеводнів, аліфатичних спиртів та ароматичних вуглеводнів.

Задача складається в тому, щоб за структурною формулою хімічного з’єднання знайти для нього середню довжину вуглецевих ланцюгів.

Вуглецевий ланцюг – це ланцюг атомів вуглецю від одного кінця молекули до іншого. Довжина ланцюга – це кількість атомів вуглецю в такому ланцюгу.

Наприклад, в нормальному гептані

один вуглецевий ланцюг і його довжина складає 7.

В ізобутані

три ланцюга з однаковою довжиною (ланцюги 1-2-3, 1-2-4 та 3-2-4), довжина кожного ланцюга дорівнює 3. Середня довжина вуглецевих ланцюгів в тому ж з’єднанні теж дорівнює 3.

Визначивши середню довжину ланцюга, далі за таблицями XIY-XYI додатків знаходять Т_св.

Наприклад, для н-гептана Т_св = 496 К,  а для ізобутана Т_св = 743 К (таблиця XIY для граничних вуглеводнів).

В молекулі хімічного з’єднання зі складною структурою іноді буває важко відразу знайти усі вуглецеві ланцюги. Тому для визначення числа ланцюгів використовують формулу:

, (47)

де M_p - кількість кінцевих функціональних груп , таких як: -CH₃, -OH та бензольних кілець.

Наприклад, в н-гептані 2 групи CH₃, тобто M_p = 2, з формули (47) слідує, що кількість ланцюгів дорівнює 1. В ізобутані M_p = 3, підставляючи це значення в формулу (47), отримаємо m = 3.

Приклад 13. Розрахувати температуру самоспалахування 3-этил-4-ізо-пропілгексана

Розв’язання.

1. Записуємо структурну формулу сполуки, нумеруємо усі атоми вуглецю:

2. В молекулі сполуки п’ять кінцевих метильних груп (CH₃), тобто M_p = 5. Визначаємо кількість ланцюгів:

3. Знаходимо ці ланцюги та встановлюємо їх довжину. Для зручності складемо наступну таблицю

Вуглецевий ланцюг mi	1-6	1-8	1-10	1-11	6-8	6-10	6-11	8-10	8-11	10-11
Довжина ланцюга ℓ i	6	5	6	6	6	5	5	6	6	3

4. Визначаемо середнє арифметичне значення довжини вуглецевих ланцюгів

_ср

5. За таблицею XIY додатків знаходимо температуру самоспалахування 3-этил-4-ізопропілгексана, відшукуючи її за значенням середньої довжини ланцюга в молекулі сполуки:

Т_св= 522 К= 249 ^oС

Особливості розрахунку Тсв аліфатичних спиртів

При визначенні довжини вуглецевих ланцюгів в молекулі аліфатичного спирту необхідно враховувати наступне правило. Гідроксильна група у вуглецевому ланцюзі збільшує її довжину на одиницю.

Приклад 14. Розрахувати температуру самоспалахування 2,2-диметил-3-етилгексанола-1.

Розв’язання.

1. Запишемо структурну формулу сполуки та пронумеруємо усі атоми вуглецю, групу -ОН позначимо буквою Г (гідроксил) 

2. В молекулі 5 кінцевих груп: 4 метильних (-CH₃) та одна гідроксильна (-OH), т.е. М_р = 5. Тоді кількість ланцюгів

3. Складаємо таблицю, до якої внесемо ланцюги та їх довжину.

Вуглецевий ланцюг mi	Г-6	Г-7	Г-8	Г-10	7-6	7-8	7-10	6-8	6-10	8-10
Довжина ланцюга ℓi	7	4	4	6	6	3	5	6	6	5

Довжинв перших чотирьох ланцюгів, що вміщують гідроксильну групу (-OH) на одиницю більше, ніж кількість атомів вуглецю в ланцюзі.

4. Розраховуємо середню довжину вуглецевих ланцюзів:

_ср

5. За таблицею XV додатків знаходимо відповідну температуру самоспалахування Т₀ = 582 К= 309^oС.