Автор работы: Пользователь скрыл имя, 01 Апреля 2014 в 20:30, лекция
Воспламенение-это процесс, который происходит при известных условиях самопроизвольно, путем резкого перехода от медленной, почти незаметной реакции к быстрому реагированию, воспринимаемому как вспышка или взрыв и характеризуемому появлением пламени. В реагирующей системе в момент воспламенения создаются такие условия, при которых возможно прогрессивное ускорение хода химических реакций.
Негорючими называют вещества (материалы, смеси, изделия), не способные к горению в атмосфере воздуха.Среди негорючих веществ находится много весьма пожароопасных. Они могут быть объединены в следующие группы:
Показатели пожарной опасности веществ. Российский научно-исследовательский институт противопожарной обороны (РНИИПО) создал систему оценки пожарной опасности обычных горючих веществ и материалов. Она состоит из описания параметров пожарной опасности веществ и материалов, указаний области их применения и методов определения, а также рекомендаций по использованию параметров пожарной опасности в практической работе пожарной охраны, проектных и других организаций. Для оценки пожарной опасности каждого горючего вещества определяется комплекс показателей, вид и число которых зависят от его агрегатного состояния. Для оценки пожарной опасности газов определяют следующие показатели:
Для оценки пожарной опасности жидкостей определяют показатели:
Вопрос 17. Влияние концентрации реагирующих веществ.
Чем больше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.
Закон действующих масс: Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
По числу реагирующих молекул реакции:
Порядок реакции -это сумма показателей степеней концентраций отдельных реагентов в выражении закона действующих масс.
Скорость реакции определяется самой медленной стадией реакции.
Вопрос 16.Кинетика химических реакций.
Кинетика изучает скорости химических реакций и их зависимость от различных факторов.
Скорость химической реакции- это число элементарных актов реакции, происходящих в единицу времени в единице объема. Измеряется скорость химической реакции изменением концентрации реагирующих веществ в единицу времени. При рассмотрении вопроса о скорости химической реакции надо учитывать, в какой системе идет реакция.
Гомогенная-это система, состоящая из одной фазы.
Гетерогенная-система, состоящая из нескольких фаз.
Фаза-это часть системы, отделённая от других ее частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства изменяются скачкообразно.
Если реакция идет в гомогенной системе, то она идёт во всем объеме.
Если реакция идет в гетерогенной системе, то она идет только на поверхности раздела фаз, образующих систему. Скорость реакции зависит от:
Вопрос 17. Влияние концентрации реагирующих веществ.
Чем больше концентрация реагирующих веществ, тем выше скорость химической реакции.
Закон действующих масс: Скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
По числу реагирующих молекул реакции:
Порядок реакции -это сумма показателей степеней концентраций отдельных реагентов в выражении закона действующих масс.
Скорость реакции определяется самой медленной стадией реакции.
Вопрос 18.Влияние температуры на скорость химических реакций горения.
Скорость химической реакции очень чувствительна к действия температуры.
Правило Вант-Гоффа: При увеличении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции увеличивается в 2-4 раза.
Энергия активации- та избыточная энергия, по сравнению со средней энергией, которую надо сообщать частицам, чтобы произошло взаимодействие.
Причина увеличения скорости химической реакции с повышением температуры заключается в том, что при этом увеличивается число эффективных соударений. При столкновении вступают во взаимодействие те молекулы, которые обладают избыточной энергией, по сравнению со средней энергией молекулы - активные молекулы.
А энергию, необходимую для перевода молекул в это состояние, называют энергией активации.
Вопрос 19. Влияние катализаторов на скорость химической реакции
Роль катализаторов в химии исключительно велика. Многие важнейшие химические производственные процессы основаны на применении катализаторов. В 1835 г. И. Я- Берцелиус предложил для веществ, активизирующих процесс, название катализаторы .
Катализаторы — вещества, которые могут активизировать реакцию или изменять ее скорость, но не изменяют саму реакцию, ее направление, иначе говоря, катализаторы изменяют (понижают положительный катализ или повышают отрицательный) энергию активации процесса. Видимого участия в реакции катализаторы не принимают и остаются неизменными и качественно, и количественно. Катализаторы, замедляющие процесс (т. е. повышающие его энергию активации), называются ингибиторами.
Различают два вида катализа: гомогенный и гетерогенный. При гомогенном катализе катализатор и то вещество, которое участвует в реакции, образуют гомогенную смесь.
Ускоряющее влияние катализаторов при гомогенном катализе объясняется теорией промежуточных реакций, иначе — образованием промежуточного комплекса.
Такой комплекс обычно нельзя выделить в свободном виде, так как процесс с его участием (образование и взаимодействие со следующим компонентом реакции) идет мгновенно. Количество применяемого катализатора не является стехиометрическим; для ускорения процесса часто достаточно лишь его следов.
При гетерогенном катализе агрегатное состояние катализатора отличается от
состояния реагирующих веществ. Основную роль в гетерогенном катализе, особенно, еcли катализатор находится в твердой фазе, а реагирующие вещества — в растворенном или газообразном состоянии, играет адсорбция, т. е. поглощение молекул peaгирующих веществ поверхностью катализатора. Для увеличения поверхности катализаторы обрабатывают специальными методами: измельчают, наносят ; на пористый материал, готовят в виде смеси с каким-либо компонентом, который затем растворяют, получая при этом катализатор в виде губчатой массы, и т. п. В качестве пористых материалов используют активный уголь, асбест, пемзу, кизельгур и т. п.
Отрицательные катализаторы — ингибиторы, замедляющие течение реакции, также имеют важное значение. Их применяют для предотвращения коррозии металлов, самовозгорания некоторых веществ, детонации топлива в двигателях внутреннего сгорания и др. Ингибиторы находят большое применение как средства пожаротушения и подавления взрывов парогазовоздушных смесей. Наиболее эффективными ингибиторами и перспективными огнетушащими средствами являются тетрафтордибромэтан (фреон 114 В2) и трифторбромметан (фреон ЗВ1).
Вопрос 20. Превращение горючих веществ при нагревании
Горючие вещества могут различаться по составу, агрегатному состоянию и другим свойствам. Однако воспламенение и самовоспламенение их происходят аналогично
Твердые горючие вещества в зависимости от состава и строения ведут себя при нагревании по-разному. Жидкие горючие вещества при нагревании испаряются.
Большинство горючих веществ независимо от их начального агрегатного состояния при нагревании переходит в газообразные продукты. С воздухом они образуют горючие смеси, подготовленные к горению. Нагрев смеси горючего с воздухом приводит к тому,' что при определенной температуре То начинается процесс окисления. Окисление горючих веществ сопровождается выделением тепла, которое при невысокой температуре и, следовательно, малой скорости реакции рассеивается в окружающую среду, поэтому самонагревания смеси не происходит. Только при более высокой температуре смеси и значительной скорости окисления не все выделяющееся тепло успевает отводиться в окружающую среду, и начинается самонагревание горючей смеси. В результате самонагревания смесь без внешнего источника тепла нагревается до температуры горения Тг, появляется пламя и возникает устойчивый процесс горения, который может продолжаться до полного выгорания вещества. Так же возникает процесс горения твердых веществ, при нагревании которых не образуется смесь горючих паров или газов с воздухом. В этом случае реакция окисления протекает на поверхности горючего материала, где и возникает горение. Теплота, выделяющаяся при горении, в основном расходуется на нагревание продуктов сгорания, некоторая же часть ее передается горючему веществу на подготовку его к горению, а часть рассеивается в окружающем пространстве.
Вопрос 21 Теория окисления горючих веществ
Молекулярный кислород при обычной температуре (температура окружающей среды 10—50 0С) почти не реакционноспособен. Однако существуют вещества, способные вступать в реакцию с ним в этих условиях. Механизм окисления горючих веществ молекулярным кислородом был объяснен в 1897 г. одновременно и независимо академиками А.Н. Бахом и К. Энглером. Предложенная теория окисления была названа перекисной, так как согласно этой теории первыми продуктами окисления являются пероксиды и гидропероксиды. Органические пероксиды обычно рассматривают как производные пероксида водорода Н-О-О-Н, в котором один или два атома водорода замещены органическими радикалами R—О—О—R. Если в пероксиде водорода один атом водорода замещен радикалом, такие оксидные соединения называются гидропероксидами R—О—О—Н.
O2 —> —O-O—
Молекула Активная молекула
кислорода кислорода
Активная молекула кислорода легко вступает в соединение с горючими веществами, не распадаясь на атомы. Однако перекисная теория окисления не в состоянии объяснить некоторые характерные особенности процесса окисления, как, например, существование индукционного периода, предшествующего видимой реакции, резкое действие следов примесей на скорость процесса и др. Это было объяснено учением о цепных реакциях.
Цепными называются реакции, идущие через ряд стадий (через ряд промежуточных реакций), в которых образуются промежуточные соединения со свободными валентностями, так называемые активные центры, являющиеся зародышами последующих быстропротекающих стадий процесса. Академик Н.Н. Семенов с сотрудниками развил и дополнил теорию окисления и создал стройное учение о цепных реакциях.
I первичная реакция
II
III
развитие реакционной цепи
и т. д.
IV обрыв цепи
V
Вопрос 22. Теория самовоспламенения
Реакция окисления горючих веществ, при определенных условиях, может самопроизвольно ускоряться и переходить в реакцию горения. Такой процесс возникновения горения называется самовоспламенением. Самовоспламенение может быть тепловое и цепное. При тепловом самовоспламенении причиной ускорения реакции окисления и возникновения горения является превышение скорости выделения тепла над скоростью теплоотвода, а при цепном — превышение вероятности разветвлений цепей над вероятностью их обрывов. Обычно горение возникает в результате теплового самовоспламенения, хотя само химическое превращение при этом может протекать в виде цепных реакций. В 1928 г. академик Н. Н. Семенов разработал детальную количественную теорию теплового самовоспламенения. Теория на примере самовоспламенения смеси горючих газов с воздухом, находящейся в сосуде объемом V. При низкой температуре смеси Тп реакция между горючим газом и кислородом воздуха практически не протекает. Чтобы она началась, нужно смесь нагреть до более высокой температуры. Если сосуд и смесь в нем нагреть до температуры То, значительно превышающей Тн, начнется химическая реакция окисления с выделением тепла.
Выделившаяся теплота передается горючей смеси, и она нагревается. Как только температура смеси превысит температуру внешней среды, начнется теплоотвод через стенки сосуда в окружающую среду.
Таким образом, условием перехода реагирующей системы к самовоспламенению является касание линий тепловыделения и теплоотвода, когда тепловыделение и теплоотвод равны (q1 = q2). Температура этого теплового равновесия является температурой самовоспламенения.