Au cours du processus de combustion, une flamme se forme, dont la structure est due aux substances en réaction. Sa structure est divisée en régions en fonction des indicateurs de température.
Définition
Les flammes sont appelées gaz chauds, dans lesquels les composants ou substances du plasma sont présents sous une forme dispersée solide. Ils effectuent des transformations de type physique et chimique, accompagnées de luminescence, de dégagement d'énergie thermique et d'échauffement.
La présence de particules ioniques et radicalaires dans un milieu gazeux caractérise sa conductivité électrique et son comportement particulier dans un champ électromagnétique.
Qu'est-ce que les flammes
Habituellement, c'est le nom des processus associés à la combustion. Par rapport à l'air, la densité du gaz est plus faible, mais les températures élevées font monter le gaz. C'est ainsi que se forment les flammes, longues et courtes. Il y a souvent une transition en douceur d'une forme à l'autre.
Flamme: structure et structure
Pour déterminer l'apparition du phénomène décrit, il suffit d'allumer un brûleur à gaz. La flamme non lumineuse résultante ne peut pas être qualifiée d'homogène. Visuellement, il y a troiszones principales. Soit dit en passant, l'étude de la structure de la flamme montre que différentes substances brûlent avec la formation d'un type de torche différent.
Lorsqu'un mélange de gaz et d'air brûle, une courte torche se forme d'abord, dont la couleur a des teintes bleues et violettes. Le noyau y est visible - vert-bleu, ressemblant à un cône. Considérez cette flamme. Sa structure est divisée en trois zones:
- Séparer la zone préparatoire dans laquelle le mélange de gaz et d'air est chauffé à la sortie du trou du brûleur.
- Il est suivi de la zone dans laquelle la combustion se produit. Elle occupe le sommet du cône.
- Lorsqu'il y a un manque de débit d'air, le gaz ne brûle pas complètement. Des résidus d'oxyde de carbone divalent et d'hydrogène sont libérés. Leur post-combustion a lieu dans la troisième zone, où il y a un accès à l'oxygène.
Considérons maintenant les différents processus de combustion séparément.
Brûler des bougies
Brûler une bougie, c'est comme brûler une allumette ou un briquet. Et la structure d'une flamme de bougie ressemble à un flux de gaz chaud, qui est tiré vers le haut en raison des forces de flottabilité. Le processus commence par le chauffage de la mèche, suivi de l'évaporation de la paraffine.
La zone la plus basse à l'intérieur et adjacente au thread est appelée la première région. Il a une légère lueur bleue en raison de la grande quantité de carburant, mais du faible volume du mélange d'oxygène. Ici, le processus de combustion incomplète des substances s'effectue avec la libération de monoxyde de carbone, qui est ensuite oxydé.
Première zoneentouré d'une deuxième coquille lumineuse, qui caractérise la structure de la flamme de la bougie. Un plus grand volume d'oxygène y pénètre, ce qui provoque la poursuite de la réaction oxydative avec la participation de molécules de carburant. Les indicateurs de température ici seront plus élevés que dans la zone sombre, mais insuffisants pour la décomposition finale. C'est dans les deux premières zones qu'un effet lumineux apparaît lorsque les gouttelettes de combustible imbrûlé et les particules de charbon sont fortement chauffées.
La deuxième zone est entourée d'une coquille subtile avec des valeurs de température élevées. De nombreuses molécules d'oxygène y pénètrent, ce qui contribue à la combustion complète des particules de carburant. Une fois les substances oxydées, l'effet lumineux n'est pas observé dans la troisième zone.
Schéma
Pour plus de clarté, nous présentons à votre attention l'image d'une bougie allumée. Le motif de flamme comprend:
- Première zone ou zone sombre.
- Deuxième zone lumineuse.
- Troisième coque transparente.
Le fil de la bougie ne brûle pas, mais seule la carbonisation de l'extrémité pliée se produit.
Lampe à alcool
De petits réservoirs d'alcool sont souvent utilisés pour des expériences chimiques. On les appelle lampes à alcool. La mèche du brûleur est imprégnée de combustible liquide versé à travers le trou. Ceci est facilité par la pression capillaire. En atteignant le haut libre de la mèche, l'alcool commence à s'évaporer. À l'état de vapeur, il s'enflamme et brûle à une température ne dépassant pas 900 ° C.
La flamme de la lampe à alcool a une forme normale, elle est presque incolore, avec une légère teintebleu. Ses zones ne sont pas aussi clairement visibles que celles d'une bougie.
Au brûleur à alcool, du nom du scientifique Bartel, le début du feu se situe au-dessus de la grille incandescente du brûleur. Cet approfondissement de la flamme entraîne une diminution du cône noir intérieur et la section médiane sort du trou, qui est considérée comme la plus chaude.
Caractéristique de couleur
Émissions de différentes couleurs de flamme, causées par des transitions électroniques. Ils sont aussi appelés thermiques. Ainsi, à la suite de la combustion du composant hydrocarbure dans l'air, la flamme bleue est due à la libération du composé H-C. Et lorsque des particules C-C sont émises, la torche devient rouge-orange.
Il est difficile de voir la structure de la flamme, dont la chimie comprend des composés d'eau, de dioxyde de carbone et de monoxyde de carbone, la liaison OH. Ses langues sont pratiquement incolores, car les particules ci-dessus émettent un rayonnement ultraviolet et infrarouge lorsqu'elles sont brûlées.
La couleur de la flamme est interconnectée avec des indicateurs de température, avec la présence de particules ioniques, qui appartiennent à un certain spectre d'émission ou optique. Ainsi, la combustion de certains éléments entraîne une modification de la couleur du feu dans le brûleur. Les différences de coloration de la torche sont associées à la disposition des éléments dans différents groupes du système périodique.
Feu pour la présence de rayonnement lié au spectre visible, étudiez le spectroscope. Dans le même temps, il a été constaté que les substances simples du sous-groupe général avaient également une coloration similaire de la flamme. Pour plus de clarté, la combustion du sodium est utilisée comme test pour cettemétal. Lorsqu'elles sont portées dans la flamme, les langues deviennent jaune vif. Sur la base des caractéristiques de couleur, la raie du sodium est isolée dans le spectre d'émission.
Les métaux alcalins sont caractérisés par la propriété d'excitation rapide du rayonnement lumineux des particules atomiques. Lorsque des composés peu volatils de ces éléments sont introduits dans le feu d'un bec Bunsen, celui-ci est coloré.
L'examen spectroscopique montre des lignes caractéristiques dans la zone visible à l'œil humain. La vitesse d'excitation du rayonnement lumineux et la structure spectrale simple sont étroitement liées à la caractéristique électropositive élevée de ces métaux.
Caractéristique
La classification des flammes est basée sur les caractéristiques suivantes:
- état global des composés brûlants. Ils se présentent sous forme gazeuse, aérodispersée, solide et liquide;
- un type de rayonnement qui peut être incolore, lumineux et coloré;
- vitesse de distribution. Il y a une propagation rapide et lente;
- hauteur de la flamme. La structure peut être courte ou longue;
- caractère de mouvement des mélanges réactifs. Attribuer des mouvements pulsés, laminaires et turbulents;
- perception visuelle. Les substances brûlent avec une flamme fumée, colorée ou transparente;
- indicateur de température. La flamme peut être basse température, froide et haute température.
- état de la phase combustible - comburant.
L'inflammation se produit à la suite de la diffusion ou du pré-mélange d'ingrédients actifs.
Région d'oxydation et de réduction
Le processus d'oxydation se déroule dans une zone discrète. Elle est la plus chaude et se situe au sommet. Dans celui-ci, les particules de carburant subissent une combustion complète. Et la présence d'un excès d'oxygène et d'une carence en carburant conduit à un processus d'oxydation intensif. Cette fonction doit être utilisée lors du chauffage d'objets au-dessus du brûleur. C'est pourquoi la substance est immergée dans la partie supérieure de la flamme. Une telle combustion se déroule beaucoup plus rapidement.
Les réactions de réduction ont lieu dans les parties centrale et inférieure de la flamme. Il contient une grande quantité de substances combustibles et une petite quantité de molécules O2 qui effectuent la combustion. Lorsque des composés contenant de l'oxygène sont introduits dans ces zones, l'élément O est clivé.
Le processus de séparation du sulfate ferreux est utilisé comme exemple de flamme réductrice. Lorsque FeSO4 pénètre dans la partie centrale de la flamme du brûleur, il chauffe d'abord puis se décompose en oxyde ferrique, anhydride et dioxyde de soufre. Dans cette réaction, la réduction de S avec une charge de +6 à +4 est observée.
Flamme de soudage
Ce type de feu se forme à la suite de la combustion d'un mélange de gaz ou de vapeur liquide avec de l'oxygène dans de l'air pur.
Un exemple est la formation d'une flamme oxy-acétylène. Il met en évidence:
- zone centrale;
- zone de récupération moyenne;
- flare end zone.
Tant de brûluresmélanges gaz-oxygène. Les différences dans le rapport de l'acétylène et de l'oxydant conduisent à un type de flamme différent. Il peut s'agir d'une structure normale, carburatrice (acétylénique) et oxydante.
Théoriquement, le processus de combustion incomplète de l'acétylène dans l'oxygène pur peut être caractérisé par l'équation suivante: HCCH + O2 → H2+ CO +CO (la réaction nécessite une mole de O2).
L'hydrogène moléculaire et le monoxyde de carbone qui en résultent réagissent avec l'oxygène de l'air. Les produits finaux sont l'eau et le monoxyde de carbone tétravalent. L'équation ressemble à ceci: CO + CO + H2 + 1½O2 → CO2 + CO2 +H2O. Cette réaction nécessite 1,5 mole d'oxygène. En additionnant O2, il s'avère que 2,5 mol sont dépensées pour 1 mol de HCCH. Et comme en pratique il est difficile de trouver de l'oxygène parfaitement pur (souvent il a une légère contamination par des impuretés), le rapport de O2 à HCCH sera de 1,10 à 1,20.
Lorsque le rapport de l'oxygène à l'acétylène est inférieur à 1,10, une flamme de cémentation se produit. Sa structure a un noyau agrandi, ses contours deviennent flous. De la suie est émise par un tel incendie, en raison du manque de molécules d'oxygène.
Si le rapport des gaz est supérieur à 1, 20, alors une flamme oxydante avec un excès d'oxygène est obtenue. Ses molécules en excès détruisent les atomes de fer et d'autres composants du brûleur en acier. Dans une telle flamme, la partie nucléaire devient courte et pointue.
Relevés de température
Chaque bougie ou zone de feu de brûleur aleurs valeurs dues à l'apport de molécules d'oxygène. La température d'une flamme nue dans ses différentes parties varie de 300 °C à 1 600 °C.
Un exemple est une flamme de diffusion et laminaire, qui est formée de trois coquilles. Son cône est constitué d'une zone sombre avec une température allant jusqu'à 360 ° C et une absence d'agent oxydant. Au-dessus se trouve une zone de lueur. Son indicateur de température va de 550 à 850°C, ce qui contribue à la décomposition du mélange combustible thermique et à sa combustion.
La zone extérieure est à peine visible. La température de la flamme y atteint 1560 ° C, ce qui est dû aux caractéristiques naturelles des molécules de combustible et à la vitesse d'entrée de l'agent oxydant. C'est là que la combustion est la plus vigoureuse.
Les substances s'enflamment dans différentes conditions de température. Ainsi, le magnésium métallique ne brûle qu'à 2210 °C. Pour de nombreux solides, la température de flamme est d'environ 350°C. Les allumettes et le kérosène peuvent s'enflammer à 800 °C, tandis que le bois peut s'enflammer de 850 °C à 950 °C.
Une cigarette brûle avec une flamme dont la température varie de 690 à 790 °C, et dans un mélange propane-butane de 790 °C à 1960 °C. L'essence s'enflamme à 1350°C. La flamme de l'alcool brûlant a une température ne dépassant pas 900 ° C.
