Два типа воспламенения. Самовоспламенение.

Дальше мы будем говорить воспламенение (а не взрыв), они отличаются только нашим восприятием, по характеру разрушений.

Если говорить только о тепловом механизме воспламенения, то можно говорить о двух типах воспламенения (об этом говорит опыт).

Определяются они граничными условиями нагрева системы.

1.Вся горючая смесь " равновесно" (нет grad T в смеси) нагревается до Т *, выше которой она самостоятельно, без внешнего воздействия, воспламеняется (взрывается!) ( становится > 0, химическая реакция самоускоряется) - равновесный нагрев смеси.

2.Нагрев до Т ** осуществляется в ограниченной области горючей смеси (" точке", плоскости), существует grad T. Неравновесный нагрев смеси. Воспламенение в этом случае сначала происходит в ограниченной области (точке, плоскости). Воспламенение других областей происходит посредством распространения зоны воспламенения (горения).

• Самовоспламенение
• Вынужденное самовоспламенение (вынужденное зажигание, зажигание)

О безусловности разделения данных режимов в теории.

Если ввести:

t(Т) - время тепловой релаксации системы (выравнивания Т),

t(хр)- время химической реакции (роста Т),

то:

1. При t(Т) ~ t(хр) подведенное тепло успевает распределится по всему объему, реакция инициируется (ускоряется) одновременно во всех точках (на практике СВ происходит в области с наихудшими условиями теплоотвода: в центре сосуда, или в области наилучшего накопления тепла: в верхней части сосуда)

2. При t(Т) > > t(хр) зажигание (тепло не успевает распределиться по объему)

3. При t(Т) < < t(хр) вообще нет воспламенения

Характеристики этих двух типов воспламенения значительно различаются, но общим является важность теплового фактора. Будем рассматривать именно тепловой фактор, хотя из курса КХР известно, что бывает и цепное воспламенение.

6)

7) Гетерогенные реакции, хим. реакции с участием веществ, находящихся в различных фазах и составляющих в совокупности гетерогенную систему. Типичные гетерогенные реакции: термическое разложение солей с образованием газообразных и твердых продуктов (например, СаСО₃ -> СаО + СО₂), восстановление оксидов металлов водородом илиуглеродом (например, РbО + С -> Рb + СО), растворение металлов в кислотах (например, Zn + H₂SO₄ -> ZnSO₄ + Н₂), взаимодействие твердых реагентов (Аl₂О₃ + NiO -> NiAl₂O₄). В особый класс выделяют гетерогенно-каталитические реакции, протекающие на поверхности катализатора, при этом реагенты и продукты могут и не находиться в разных фазах. Например, при реакции N₂ + + ЗН₂ -> 2NH₃, протекающей на поверхности железного катализатора, реагенты и продукт реакции находятся в газовой фазе и образуют гомогенную систему.

Особенности гетерогенных реакций обусловлены участием в них конденсированных фаз. Это затрудняетперемешивание и транспорт реагентов и продуктов; возможна активация молекул реагентов на поверхности раздела фаз. Кинетика любой гетерогенные реакции определяется как скоростью самого химического превращения, так и процессами переноса (диффузией), необходимыми для восполнения расхода реагирующих веществ и удаления из реакционной зоны продуктов реакции. В отсутствие диффузионных затруднений скорость гетерогенной реакции пропорциональна размерам реакционной зоны; так называемая удельная скорость реакции, рассчитанная на единицу поверхности (или объема) реакционной зоны, не изменяется во времени; для простых (одностадийных) реакций она может быть определена на основе действующих масс закона. Этот закон не выполняется, если диффузия веществ протекает медленнее, чем химическая реакция; в этом случае наблюдаемая скорость гетерогенные реакции описывается уравнениями диффузионной кинетики.

При гетерогенных реакциях с участием одного или нескольких твердых реагентов часто образуются твердофазные продукты. Такие реакции, как правило, локализованы на поверхности раздела фаз или в поверхностном слое и обычно протекают нестационарно. Они характеризуются периодом индукции. в течение которого возникают зародыши (ядра) новой фазы. Их образование связано с перестройкой атомной структуры твердого реагента и требует затраты энергии. Поэтому такие гетерогенные реакции чувствительны ко всем нарушениям структуры, облегчающим образование зародышей, и могут быть активированы термическими, радиационными, механическими и другими воздействиями, увеличивающими концентрацию дефектов, в первую очередь плотность дислокаций (см. Дефектыв кристаллах). Кинетическое уравнение реакции в этом случае отражает изменение во времени не только концентраций реагирующих веществ, но и поверхности раздела твердых фаз реагента и продукта: по мере роста зародышей поверхность раздела увеличивается и скорость реакции сначала возрастает, затем проходит через максимум и снижается вследствие соприкосновения растущих зародышей и образования сплошного слоя твердого продукта.

В природе гетерогенные реакции входят в комплекс процессов, приводящих к образованию осадочных пород и выветриванию. В химической технологии гетерогенные реакции газа с жидкостью (окисление воздухом, кислородом, озоном, хлорирование и др.) обычно проводят при интенсивном перемешивании специальными механическими устройствами или самим газом (в так называемом барботажном реакторе). Реакции термического разложения составляют основу фотографического процесса, реакции между газами или жидкостями и твердыми веществами - основу обжига, восстановления и окисления металлов, горения, производства твердых катализаторов, выщелачивания, экстракции и др. Часто сочетаются гетерогенные реакции в трех- и многофазных системах, например хлорированиетвердых оксидов металлов газообразным хлором в присутствии твердого углеродсодержащего восстановителя. Важная область использования гетерогенные реакции - получение тонких поверхностных слоев и покрытий при взаимодействии твердого тела с жидкостью. При низких температурах диффузия в глубь твердого материала протекает медленно, что позволяет получать стабильные тонкие поверхностные слои, а в отдельных случаях - двухмерные фазы, толщина которых по порядку величины близка к параметру кристаллической решетки. Иногда стабильные поверхностные слои образуются самопроизвольно; таковы защитные оксидные пленки на металлах, препятствующие дальнейшему окислению.