Як протікає реакція горіння

Горінням називається реакція окислення, що протікає з високою швидкістю, яка супроводжується виділенням тепла у великій кількості і, як правило, яскравим свіченням, яке ми називаємо полум`ям. Процес горіння вивчає фізична хімія, в якій до горіння прийнято відносити все екзотермічні процеси, що мають самоускоряющіхся реакцію. Таке самоускоренія може відбуватися через підвищення температури (т. Е. Мати теплової механізм) або накопичення активних частинок (мати диффузионную природу).

Реакція горіння має наочну особливість - наявність високотемпературної області (полум`я), обмеженою просторово, де і відбувається велика частина перетворення вихідних речовин (палива) в продукти згоряння. Даний процес супроводжується викидом великої кількості теплової енергії. Для початку реакції (появи полум`я) потрібно затратити деяку кількість енергії на підпалювання, потім процес йде мимовільно. Його швидкість залежить від хімічних властивостей речовин, що беруть участь в реакції, а також від газодинамічних процесів при згорянні. Реакція горіння має певні характеристики, найважливіші з яких - теплотворна здатність суміші і та температура (звана адіабатичній), яка теоретично могла б досягатися при повному згорянні без урахування тепловтрат.

За агрегатним станом окислювача і пального процес згоряння може бути віднесений до одного з трьох типів. Реакція горіння може бути:

- гомогенною, якщо пальне і окислювач (попередньо змішані) знаходяться в газоподібному стані,

- гетерогенної, при якій тверде або рідке пальне вступає у взаємодію з газоподібним окислювачем,

- реакцією горіння порохів і вибухових речовин.

Гомогенне горіння є найбільш простим, має постійну швидкість, залежну від складу і молекулярної теплопровідності суміші, температури і тиску.

Гетерогенне горіння найбільш поширене як у природі, так і в штучних умовах. Швидкість його залежить від конкретних умов процесу спалювання і від фізичних характеристик інгредієнтів. У рідких горючих на швидкість згоряння великий вплив робить швидкість випаровування, у твердих - швидкість газифікації. Наприклад, при згорянні вугілля процес утворює дві стадії. На першому з них (у разі порівняно повільного нагріву) виділяються леткі компоненти речовини (вугілля), на другому догорає коксовий залишок.

Горіння газів (наприклад, горіння етану) має свої особливості. У газовому середовищі полум`я може поширюватися на обширне відстань. Воно може рухатися по газу з дозвуковою швидкістю, причому дана властивість притаманне не тільки газовому середовищі, а й дрібнодисперсного суміші рідких і твердих горючих частинок, змішаної з окислювачем. Для забезпечення стійкого горіння в таких випадках потрібна спеціальна конструкція пристрою топки.

Наслідки, які викликає реакція горіння в газовому середовищі, бувають двох видів. Перший - це турбулізація газового потоку, що призводить до різкого збільшення швидкості процесу. Виникаючі при цьому акустичні збурення потоку можуть призвести до наступної стадії - зародженню ударної хвилі, провідною до детонації суміші. Перехід горіння в стадію детонації залежить не тільки від власних властивостей газу, але і від розмірів системи і параметрів розповсюдження.

Згоряння палива використовується в техніці та промисловості. Основним завданням при цьому є досягнення максимальної повноти згоряння (т. Е. Оптимізація тепловиділення) за заданий проміжок. Використовується горіння, наприклад, в гірничій справі - методи розробки різних корисних копалин засновані на використанні пального процесу. Але в певних природних і геологічних умовах явище горіння може стати фактором, що несе серйозну небезпеку. Реальну небезпеку, наприклад, представляє процес самозаймання торфу, що приводить до виникнення ендогенних пожеж.