75. Горение и взрыв. Особенности их возникновения и развития.

Горение — сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света. Светящаяся зона называется пламенем.

• Взрыв — быстропротекающий физический или физико-химический процесс, проходящий со значительным выделением энергии в небольшом объёме за короткий промежуток времени и приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду вследствие высокоскоростного расширения продуктов взрыва. Взрыв в твёрдой среде вызывает разрушение и дробление.

Условия возникновения и развития процессов горения

Для осуществления горения необходимо выполнение определенных условий, без которых горение невозможно. Первое условие состоит в том, что все процессы горения протекают исключительно в парогазовой фазе.

Вторым условием осуществления горения является наличие трех компонент:

• горючего газа или пара в определенной концентрации с определенной областью воспламенения;

• окислителя, способного в определенных условиях вступать в химическую реакцию с реагирующим горючим газом;

• источника воспламенения с достаточной энергией для поджигания и осуществления химической реакции воспламенения горючей смеси.

Характерной особенностью процессов горения является их большая скорость; она обусловлена протеканием реакций в пламени при высокой температуре и сильной зависимостью от температуры скоростей большинства химических процессов. В ряде случаев, когда реагирующая среда неоднородна, результирующая скорость превращения зависит в первую очередь от скорости доставки компонентов в зону реакции, а скорость собственно химического процесса становится несущественной. В такой ситуации решающее значение имеет физическое состояние реагирующих компонентов. В неоднородной среде, например на границе раздела фаз, горение протекает обычно гораздо медленнее, чем в однородной смеси.

76. Механизмы процесса горения.

Тепловое самовоспламенение.

Количественная теория теплового самовоспламенения была дана Н. Н. Семеновым в 1928 г. и далее развита О. М. Тодесом и Д. А. Франк-Каменецким. Причиной теплового самовоспламенения может быть разогрев реагирующих веществ тепловой реакции. Для этого необходим предварительный разогрев системы и достижение такого состояния, при котором приход тепла в результате реакции станет выше отвода тепла из зоны реакции. При этом условии начнется саморазгон реакции и произойдет самовоспламенение. (Экзотермические реакции)

Автокаталитическое-тепловое самовоспламенение. Вещество, ускоряющее химическую реакцию, но не меняющее после реакции свое состояние и количество, называется катализатором химической реакции. Явление, при котором каталитическое действие на реакцию оказывает какой-либо из ее продуктов, называется автокатализом. Особенность автокаталитической реакции заключается в том, что она идет при переменной возрастающей концентрации катализатора. В начальный период скорость автокаталитической реакции возрастает, а затем, по мере уменьшения концентрации исходных веществ, падает. Для того, чтобы развивалась автокаталитическая реакция необходимо либо превращение исходного продукта в конечный, либо существование в начальный момент некоторого количества продукта реакции в виде начальной «затравки». катализатором служат конечные вещества в реакции

Цепное самовоспламенение. Основы теории цепных реакций заложены в работах А. Н. Баха (1897 г.), Н. А, Шилова (1905 г.), а основное развитие этой теории принадлежит акад. Н. Н. Семенову и его школе. Если при тепловом самовоспламенении причина взрыва тепло, выделяемое реакцией, и малая скорость теплоотвода, то в случае цепных реакций выделение тепла происходит в результате разветвления реакционных цепей и накопления химически активных частиц. К цепным относятся химические процессы, в которых в качестве промежуточных частиц выступают свободные радикалы или активные частицы. Обладая свободными ненасыщенными связями, эти активные частицы, вступая во взаимодействие с исходными молекулами, вызывают разрыв одной из валентных связей этой молекулы и образуют новую активную частицу. Новая активная частица вступает во взаимодействие с новой исходной молекулой, таким образом распространяется реакционная цепь и возникает цепная реакция