Bu basit deneyi yaptıktan sonra oksijen olmadan alevin söneceğine ikna olacaksınız. Bir mum alın ve bir tabağa koyun. Bir yetişkinin mumu yakmasını sağlayın ve ardından üzerini bir cam kavanozla kapatın. Bir süre sonra kavanozdaki oksijenin bitmesi nedeniyle alevin söndüğünü göreceksiniz.

Çeşitli hallerdeki maddelerin yanması sırasında bir alev oluşur - bunlar katı, sıvı ve hatta gaz halinde olabilirler. Alev yalnızca yanıcı bir madde, oksijen ve ısının varlığında oluşur. Süreci bir kibrit örneğini kullanarak ele alalım: kükürt ve kibritin kendisi yanıcı bir maddedir, kutuya sürtünme; Sürtünmeden kaynaklanan enerji ısıya dönüşür ve oksijenle reaksiyona girdiğinde kibrit yanmaya başlar. Yanan kibrit üflendiğinde sıcaklık düşer ve yanma durur.

Sıcaklık nasıl ölçülür?

Sıcaklığı ölçmek için farklı ölçekler kullanılır. Her ölçek, yaratıcısının adını taşır: Celsius, Fahrenheit, Kelvin ve Rankine. Çoğu ülke Celsius (°C) ölçeğini kullanır.
İşte bazı örnek sıcaklıklar:
250 °C - ahşabın tutuşma sıcaklığı;
100 °C suyun kaynama noktasıdır;
37 °C - insan vücut sıcaklığı;
O °C suyun donma noktasıdır;
- 39 °C - cıvanın katılaşma sıcaklığı;
- 273 °C - mutlak sıfır, atomların hareketinin durduğu sıcaklık.

Yanma ürünleri

Duman, kül ve kurum yanma ürünleridir. Bir madde yandığında yok olmaz, başka maddelere ve ısıya dönüşür.

Alev şekli

Alevin uzun bir şekli vardır çünkü soğuk havadan daha hafif olan sıcak hava yukarıya doğru koşar.

Yakıt veya yakıt nedir?

Oksijen varlığında yanan, büyük miktarda ısı açığa çıkaran maddelere yanıcı denir ve çeşitli enerji türleri üretmek için kullanılır. Odun ve kömür katı yakıtlardır. Benzin, motorin ve gazyağı petrolden elde edilen sıvı yakıtlardır. Metan, etan, propan ve bütandan oluşan doğal gaz, gaz halinde bir yakıttır.

Eserin metni görseller ve formüller olmadan yayınlanmaktadır.
Çalışmanın tam versiyonuna PDF formatında "Çalışma Dosyaları" sekmesinden ulaşılabilir.

Mum ateşi, ateş ateşi,

Güçlü bir ateşin ateşi.

Işıklar - hepsi usta

İnsanlara gönderilen bir hediye.

giriiş

Doğabilir, güçlenebilir ve büyüyebilir. Zayıflayabilir ve ölebilir. Saygılı ve sevecen ya da zalim ve açgözlü olabilir. Saldırıyor, yutuyor, tüketiyor. Onunla savaşabilirsin ve mağlup olarak geri çekilecektir. Sizi kurtarabilir ya da korkunç bir trajediye dönüşebilir.

"Ateş!" - bu hem kayıplar için bir umut çığlığı hem de düşmanlara ölüm getiren sert bir emirdir.

Ateşli saçlar, yanan gözler, cızırtılı bakışlar. Bir anlık öfke, bir kahkaha patlaması. Ateşle oyna, düşüncelerinle ateşi yakala, coşkuyla parla, tutkuyla yan. “Küçük bir kıvılcım büyük bir alev doğurur”, “Ateş ve su her şeyi yok eder”, “Ateşte demir erir”, “Ateş insanın dostu ve düşmanıdır.”

Yeterli örnekler. Doğanın bu armağanının hayatımızda nasıl bir rol oynadığını bize hatırlatmaları yeterli. Dilimiz ona canlı bir varlığın özelliklerini bahşetmiştir ve tersine, bir kişinin görünümü ve duyguları çoğu zaman bir alevin özellikleriyle ilişkilendirilir.

Yangın uzun zamandır insanların yaşamının ayrılmaz bir parçası olmuştur. Ateş olmadan varlığımızı hayal etmek mümkün mü? Tabii ki değil. Modern insan her gün yanma süreçleriyle karşı karşıyadır.

Çalışmanın amacı: Yanma sürecini farklı açılardan incelemek.

Yanma konusuyla ilgili literatürü ve İnternet kaynaklarını inceleyin;

Ateşte ustalaşmanın tarihi hakkında bilgi edinin;

Yanma süreçleriyle ilgili deneyler yapmak için bilgi ve kesin talimatlar bulun.

Küçük bir tarih

Yanma- Bu, insanın tanıştığı ilk kimyasal reaksiyondur.

Efsaneye göre, Zeus'un yasağına rağmen titan Prometheus tarafından donmuş ve mutsuz insanlara ateş getirildi. Ancak büyük olasılıkla ilkel insansı bireyler, yıldırım çarpması ve volkanik patlamaların neden olduğu yangınlar sırasında yangınla karşılaştı. Onu kendileri nasıl çıkaracaklarını bilmiyorlardı ama taşıyıp bakımını yapabiliyorlardı. Ateşin insanlar tarafından kullanıldığına dair ilk kanıt, Doğu Afrika'daki Chesowanya, Güney Afrika'daki Swartkrans, Çin'deki Zhoukoudian ve Xihoudu ve Java adasındaki Trinil gibi eski insanlara ait arkeolojik alanlardan geliyor. 1.5-2 milyon yıl öncesine ait ateş çukurları, kül ve kömürler, ilkel insanlara ait kömürleşmiş aletler ve memeli kemikleri bulundu.

İnsanların kendi başlarına ateş yakmaya ne zaman başladıkları, bir grup İsrailli arkeologun 790 bin yıl öncesine ait nispeten kesin bir tarih verdiği 2008 yılına kadar kesin olarak bilinmiyordu. Bilim adamları bu sonuca, Gesher Bnot Yaakov'un ünlü Erken Paleolitik bölgesindeki kazıların sonuçlarına dayanarak ulaştılar. Quaternary Science Reviews dergisindeki bir rapora göre, bölgede yaşayan yaklaşık on iki nesil boyunca kullanılan ilkel ateş yakma tekniklerinin izlerini buldular. Burada daha önce bulunan taşlar ve taş aletlerle ilgili daha ayrıntılı çalışmalara dayanarak da sonuçlar çıkarıldı.

İnsanların bağımsız olarak ateş üretmesinin ilk yolu sürtünmeydi. Bu yöntem günümüzde, örneğin kamp koşullarında zaman zaman kullanılmaktadır.

Yavaş yavaş, insanlık çevremizdeki dünya hakkında pratik deneyim ve yeni bilgiler biriktirdikçe, bunun yerini kıvılcım çıkarmaya dayalı başka bir ateş yakma yöntemi aldı. Bir taş belirli minerallere keskin bir şekilde çarptığında, yüzeylerinden küçük parçacıkların uçması, bunların hemen tutuşması ve yanıcı malzemenin üzerine düşerek onu ateşe vermesi gerçeğinde yatmaktadır. Bunlar arasında örneğin pirit (demir (II) disülfür - FeS 2) bulunur. Aynı özelliğe sahip başka mineraller de bilinmektedir. Zamanla, bu yöntem geliştirildi: daha yaygın ve erişilebilir mineral silikondan demir çubukla kıvılcımlar vurularak ateş üretilmeye başlandı. Yanıcı maddeler kav veya yanmış kıtıktı. 19. yüzyılın ortalarına kadar Avrupa'da ateşin bu şekilde elde edilmesi. Kullanılan cihaza Rusya'da “çakmaktaşı” adı verildi.

Antik çağlardan yirminci yüzyılın ortalarına kadar Sumatra, Java, Kalimantan ve Sulawesi adalarındaki kabileler tarafından bir başka ilginç yöntem kullanıldı: özel cihazlarda havayı keskin bir şekilde sıkıştırarak ateş yakmak.

Şu anda insanlar sürekli olarak yanma süreçleriyle karşı karşıyadır. Bu, bir gaz sobasında gazın yanması, dizel otomobil motorlarında yakıtın mikro patlamaları, özel evlerdeki ısıtma sistemleri veya bir termik santralin çalışması vb. Olabilir. Askeri meselelerde ateş, ateşli silahla ateş etmek anlamına gelir.

Bir bilim adamının gözünden ateş

Ateş nedir? Kimyasal açıdan bakıldığında bu, bazen pirolizin (organik ve birçok inorganik bileşiğin termal ayrışması) eşlik ettiği ekzotermik oksidasyon reaksiyonunun meydana geldiği bir bölgedir. Fizik açısından bakıldığında, böyle bir reaksiyon bölgesinden ısıtılan maddeler tarafından ışığın yayılmasıdır.

Neden ateş görüyoruz? Yanıcı malzeme ve yanma ürünlerinin parçacıkları yüksek sıcaklığa sahip olduklarından (normal kara cisim radyasyonu) parlarlar. Yüksek sıcaklık, atomların bir süre daha yüksek enerji durumlarına hareket etmesine ve daha sonra orijinal durumlarına döndüklerinde, belirli bir elementin elektron kabuklarının yapısına karşılık gelen belirli bir frekansta ışık yaymasına izin verir.

"Ateş" ve "yanma" arasındaki fark nedir? Ateş hem ışık hem de ısı açığa çıkaran hızlı bir yanma şeklidir. Yanma- ekzotermik reaksiyonlar sırasında başlangıç ​​maddelerini yanma ürünlerine dönüştüren karmaşık bir fizikokimyasal süreç. Yanma işlemi için ihtiyacınız olan:

Yanıcı madde (yakıt);

Oksitleyici madde (çoğunlukla oksijen);

Ateşleme kaynağı (her zaman değil)

Oksitleyici ve yanıcı madde birlikte yanıcı sistemi oluşturur. Homojen ve heterojen olabilir:

Homojen yanıcı bir madde ile oksitleyicinin birbiriyle eşit şekilde karıştırıldığı sistemlerdir (yanıcı gazların, buharların karışımları). Bu tür sistemlerin yanmasına kinetik yanma denir. Belirli koşullar altında bu tür bir yanma, patlama karakterine sahip olabilir.

Heterojen- Yanıcı madde ile havanın birbirine karışmadığı ve arayüzeylere (katı yanıcı maddeler ve atomize olmayan sıvılar) sahip sistemler. Homojen olmayan yanıcı sistemlerin yanması sırasında havadaki oksijen, yanma ürünlerinden yanıcı maddeye nüfuz eder ve onunla reaksiyona girer. Bu tür yanmaya difüzyon yanması denir. Oksijen, klor, flor, brom ve diğer maddeler oksitleyici madde görevi görebilir.

Ateş, yanmanın ana (serbest yanma) aşamasıdır, bu fiziksel ve kimyasal bir olgudur, bu da onu yalnızca kimyasal açıdan değerlendirmenin mantıksız olduğu anlamına gelir. Fizik açısından bakıldığında ateş- aşağıdakilerin bir sonucu olarak açığa çıkan bir dizi sıcak gaz:

yakıtın (yanıcı madde) bir oksitleyici varlığında belirli bir sıcaklığa keyfi veya istemsiz ısıtılması;

kimyasal reaksiyon (örneğin patlama);

bir ortamdaki elektrik akımının akışı (elektrik arkı, elektrik kaynağı)

Yanma aşamaları

Yanma süreci belirli aşamalara (fazlara) ayrılır:

1. Başlangıç ​​aşaması (büyüme aşaması),

2. Serbest yanma aşaması (tam gelişmiş aşama),

3. İçin için yanma aşaması (çürüme aşaması).

İlk - başlangıç ​​- aşamada, oksijen tedarikinin akışı artar, ardından azalmaya başlar. Yanma işlemi sırasında belli bir miktar ısı açığa çıkar ve bu miktar artar. Alev 5370°C'yi aşan sıcaklıklara ulaşabilir ancak bu aşamada oda sıcaklığı düşük olabilir.

İkinci serbest yanma aşamasında, konveksiyon ısıyı kapalı alanın üst katmanına taşıdığından, oksijen açısından zengin hava alevin içine çekilir. Sıcak gazlar yukarıdan aşağıya doğru hareket ederek daha soğuk havayı daha alt seviyelere gitmeye zorlar ve sonuçta odanın üst katlarındaki tüm yanıcı maddeleri tutuşturur. Bu aşamada üst katmanlardaki sıcaklık 7000°C'yi aşabilir. Yangın, yakıtla reaksiyona girecek yeterli oksijenin bulunmadığı bir noktaya ulaşana kadar serbest oksijen tüketmeye devam eder. Alev, için için yanan bir aşamaya indirgenir ve hızlı bir şekilde tutuşması için yalnızca oksijene ihtiyaç duyar.

Üçüncü aşamada yanma alanının hava geçirmez olması durumunda alev durabilir. Bu durumda yanma, için için yanan köze dönüşür. Yoğun duman ve gazlar açığa çıkar ve aşırı basınç oluşur. Kömürler yanmaya devam edecek, oda tamamen 5370°C sıcaklıktaki yoğun duman ve yanma gazlarıyla dolacak. Yoğun ısı, daha hafif yakıt bileşenlerini buharlaştıracaktır. , hidrojen ve metan gibi yanıcı maddeler odadaki yanıcı maddelerdendir. Bu yakıt gazları yangın türevleriyle birleşerek yeniden tutuşma riskini daha da artıracak ve geri çekilme olasılığını yaratacaktır.

Yanma türleri

Flaş- bu, yanıcı bir karışımın, sıkıştırılmış gaz oluşumuna eşlik etmeyen hızlı yanmasıdır.

Ateş- bir ateşleme kaynağının etkisi altında yanmanın meydana gelmesi.

Ateşin çarpıcı bir örneği, eski Hint rahiplerinin “hilesi” dir: eski Hindistan'da, kutsal ayinleri gerçekleştirirken, tapınakların alacakaranlığında, gizemli kırmızı ışıklar aniden parladı ve kıvılcımlarla dağıldı, ibadet edenlere batıl korku aşıladı. Elbette, kudretli Buda'nın bununla hiçbir ilgisi yoktu, ancak onun sadık hizmetkarları, rahipler, havai fişeklerin yardımıyla inananları korkuttu ve aldattı. Aleve kırmızı rengini veren stronsiyum tuzları kömür, kükürt ve potasyum klorat (Berthollet tuzu) ile karıştırıldı. Doğru anda karışım ateşe verildi.

2KClO3 + S +2C = 2KCl + SO2 + 2CO2

Kendiliğinden yanma bir ateşleme kaynağının yokluğunda maddelerin (malzeme, karışım) yanmasına yol açan ekzotermik reaksiyonların oranında keskin bir artış olgusudur.

Termal kendiliğinden yanma maddeler, gizli veya harici bir ısıtma kaynağının etkisi altında kendiliğinden ısınma sonucu ortaya çıkar. Kendiliğinden tutuşma ancak kendi kendine oksidasyon işlemi sırasında açığa çıkan ısı miktarının çevreye ısı transferini aşması durumunda mümkündür.

Termal kendiliğinden yanmanın bir örneği, uçucu uçucu yağların sıcak havalarda kendiliğinden yanmasıdır. Yanan çalı veya Musa çalısı hakkındaki iyi bilinen efsanenin tamamen bilimsel bir açıklaması vardır: Bilim adamları bunun, güneş ışığına maruz kaldığında yanan esansiyel yağlar salgılayan bir diptam çalısı olduğuna inanıyor. Çalı etrafındaki sakin havalarda, bitki tarafından salınan ve belirli bir sıcaklığa ulaşıldığında tutuşan uçucu esansiyel yağların konsantrasyonu artar. Eterin kendiliğinden tutuşmasının kimyasal reaksiyonunun denklemi:

C 4 H 10 O + 6 O 2 = 4 CO 2 + 5 H 2 O

Termal kendiliğinden yanma aynı zamanda mezarlık ışıklarının görünümünü de açıklar. Organik kalıntılar ayrıştığında, havada kendiliğinden tutuşma özelliğine sahip, renksiz, zehirli fosfin gazı (PH3) açığa çıkar; oksijen varlığında. Bu gaz, içinde organik kalıntılar ayrışarak yerden çıkarsa, kendiliğinden tutuşma meydana gelir, kilise adamlarının batıl inançlı insanları korkutmak için kullandığı küçük parlamalar oluşur. Fosfinin kendiliğinden tutuşma sıcaklığı = 38°C olduğundan bu olay yalnızca sıcak mevsimde gözlemlenebilir. Fosfinin kendiliğinden tutuşmasının kimyasal reaksiyonunun denklemi:

2PH3 + 4O2 = P205 + 3H20

Kendiliğinden yanma, bir maddenin kütlesindeki (malzeme, karışım) mikroorganizmaların hayati aktivitesinin etkisi altında da meydana gelebilir.

Yanıcı malzemeler, hayati aktivitesi ısının salınımıyla (turba, talaş) ilişkili olan mikroorganizmalar için bir üreme alanı görevi gören, özellikle nemli olanlar olmak üzere mikrobiyolojik kendiliğinden yanma eğilimindedir. Bu durumda kendiliğinden ısınma sıcaklığı normal ortam sıcaklıklarını aşmaz ve negatif olabilir.

Bu nedenle yangın ve patlamaların çoğu, tarım ürünlerinin (silaj, nemli saman) asansörlerde depolanması sırasında meydana gelir. Samanın (ve benzeri malzemelerin) kendiliğinden ısınmasını ve kendiliğinden tutuşmasını önlemek için en yaygın olarak kullanılan yöntem, malzemelerin depolanırken ıslanmamasını sağlamaktır.

Yanma ve kendiliğinden yanma süreçleri arasında bir fark vardır: Yanmanın gerçekleşmesi için, yanıcı sisteme, maddenin kendiliğinden tutuşma sıcaklığını aşan bir sıcaklığa sahip bir termal darbenin dahil edilmesi gerekir.

Kendi kendine ısınma sıcaklığı- uygun koşullar altında, yanıcı bir maddenin belirli bir hacminin (kütlesinin) termal ayrışması ve oksidasyonu ile ilişkili ekzotermik bir kendi kendine ısınma işleminin gelişmesinin mümkün olduğu ortamın minimum sıcaklığı.

Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı- bu, ekzotermik reaksiyonların oranında keskin bir artışın meydana geldiği ve alevli yanmanın meydana geldiği bir maddenin en düşük sıcaklığıdır.

Patlama, bir maddenin son derece hızlı bir kimyasal dönüşümüdür, buna termal enerjinin hızlı bir şekilde salınması ve mekanik iş üretebilen sıkıştırılmış gazların oluşumu eşlik eder.

Yakıtın mekanik patlaması çoğu otomobil motorunun çalışmasının temelini oluşturduğundan, modern dünyayı bu tür bir yanma olmadan hayal etmek de zordur. Piroteknik cihazlarda küçük ölçekli patlamalar da kullanılmaktadır. Piroteknik (eski Yunanca πῦρ - ateş, ısı; τεχνικός - sanat, beceri), yanıcı bileşimler hazırlama ve belirli bir etki elde etmek için bunları yakma teknolojileriyle ilişkili bir teknoloji dalıdır. Bölünmüştür:

askeri (işaret fişeği silahları, sis bombaları)

uzmanlaşmış (film özel efektleri, sivil sinyalizasyon ekipmanı)

eğlence (piroteknik ürünler - havai fişekler, havai fişekler, havai fişekler, havai fişekler.

Yanma ürünleri

Yanma işlemi sırasında yanma ürünleri oluşur. Sıvı, katı ve gaz halinde olabilirler. Bileşimleri yanan maddenin bileşimine ve yanma koşullarına bağlıdır. Organik ve inorganik yanıcı maddeler esas olarak karbon, oksijen, hidrojen, kükürt, fosfor ve nitrojenden oluşur. Bunlardan karbon, hidrojen, kükürt ve fosfor yanma sıcaklıklarında oksitlenebilir ve yanma ürünleri oluşturabilir: CO, CO2, SO2, P205. Azot yanma sıcaklığında oksitlenmez ve serbest halde salınır ve oksijen, maddenin yanıcı elementlerinin oksidasyonuna harcanır. Bu yanma ürünlerinin hiçbiri (karbon monoksit CO hariç) gelecekte yanamaz.

Düşük sıcaklık ve hava eksikliği koşullarında organik maddelerin eksik yanması ile daha çeşitli ürünler oluşur - karbon monoksit (II), alkoller, aldehitler, asitler ve diğer karmaşık kimyasal bileşikler. Bu ürünler keskin ve zehirli duman üretir. Ek olarak, eksik yanma ürünlerinin kendisi de havayla patlayıcı karışımlar yakabilir ve oluşturabilir. Bu tür patlamalar, bodrum katlarında, kurutucularda ve kapalı alanlarda büyük miktarda yanıcı madde bulunan yangınların söndürülmesi sırasında meydana gelir.

Alev rengi

Yabancı maddelerin alevleri farklı renklerde renklendirme yeteneği yalnızca piroteknikte değil aynı zamanda analitik kimyada da kullanılır: pirokimyasal analiz, belirli kimyasal elementleri (örneğin minerallerde) alevin farklı renkleriyle tespit etmek için bir yöntemdir.

Öğe	Alev rengi
	Zümrüt yeşili
Kobalt (Co)
Manganez (Mn)	Menekşe-ametist
Demir (Fe)	Sarı-kahverengi
Nikel (Ni)	Kırmızı-kahverengi
Sodyum (Na)	Turuncu
Kalsiyum (Ca)	Parlak kırmızı

Gaz brülörü, karbon monoksitin (CO) varlığı nedeniyle mavi bir alevle yanar. Kibritin sarı-turuncu alevi odundaki sodyum tuzlarının varlığından kaynaklanmaktadır. Normal koşullar altında alevin üst kısmının sarı-turuncu rengi, sıcak hava akımıyla yukarı doğru taşınan kurum parçacıklarının parıltısıyla açıklanır.

Çözüm

Konuyla ilgili çalışmalar sonucunda verilen görevler tamamlandı: yangın ve yanma süreçlerinde ustalaşmanın tarihine ilişkin edebi kaynaklar ve İnternet kaynakları incelendi; Yanma süreçleriyle ilgili laboratuvar deneyleri ve bunların uygulanmasına ilişkin talimatlar seçildi.

Çalışmanın amacına ulaşıldı. Yanma gibi modern insana tanıdık gelen bir olgu, çok karmaşık bir fiziksel ve kimyasal süreçtir. Bu, insanın tanıştığı ilk kimyasal reaksiyondur! Bu süreç bazen büyük tehlikeler oluştursa da hayatımızda çok önemli bir rol oynuyor.

Çalışmada sunulan ilginç gerçekler ve laboratuvar deneyleri, eğitim kurumlarında öğrencileri yangın gibi harika bir konuya alıştırmak için gösteri amaçlı kullanılabilir.

Pratik kısım

1 numaralı deneyimi yaşayın. "Kimyasal fitil."

Bomba fitillerini uzaktan yakmanın bu yöntemi 19. yüzyılın sonlarında kullanıldı. Gliserinin güçlü bir oksitleyici madde (potasyum permanganat) ile reaksiyona girerek tutuşma kabiliyetine dayanmaktadır.

Deneyin amacı: Ateşin yalnızca bir kıvılcımdan değil, aynı zamanda tek başına tamamen zararsız olan belirli maddelerin karıştırılmasından da "doğabildiğinden" emin olmak.

Reaktifler ve ekipmanlar: kağıt, kristal potasyum permanganat, susuz gliserin, pipet.

İşin ilerlemesi ve gözlemler: buruşuk bir kağıda az miktarda potasyum permanganat dökün, 3-5 damla gliserin damlatın; Karışımın üzerinde duman çıkacak ve bir süre sonra (5-15 saniye) karışım ve buruşuk tabaka aydınlanacaktır.

2 numaralı deneyimi yaşayın. "Mini havai fişek."

Reaktifler ve ekipmanlar: toz kömür, kristal potasyum permanganat, demir talaşları, kağıt parçası, pota, pota maşası, kuru yakıt.

İşin ilerleyişi ve gözlemler: ince ezilmiş tozlardan oluşan üç küçük özdeş yığını bir kağıt üzerine dökün: potasyum permanganat, demir talaşı ve kömür. Bundan sonra, tozların tek bir yığın halinde düşmesi için bir kağıdı ikiye katlayın. Gerçek şu ki, potasyum permanganatı demir talaşlarıyla ovalarken karışım alev alabilir. Elde edilen karışımı potaya dökün. Kuru yakıtın alevine getirip birkaç saniye bekliyoruz. Karışım ısındığında maytap gibi parlamaya başlayacaktır.

3 numaralı deneyimi yaşayın. "Söndürülemez magnezyum."

Magnezyum suyla söndürülemeyen birkaç maddeden biridir.

Reaktifler ve ekipmanlar: magnezyum, su, cam, uzun saplı kaşık, alkollü lamba.

İşin ilerleyişi ve gözlemler: Bir alkol lambasının alevinden bir kaşıkla az miktarda magnezyum yakın. Yanan magnezyumu bir bardak suya koyuyoruz ve sönmediğini, su yüzeyinde kalarak yanmaya devam ettiğini gözlemliyoruz.

Deney No. 4 "Kalsiyum glukonattan Firavun'un yılanı."

Firavun yılanları, az miktarda reaksiyona giren maddeden gözenekli bir ürünün oluşumunun eşlik ettiği bir dizi reaksiyondur. Bu reaksiyonlara hızlı gaz oluşumu eşlik eder.

Deneyin amacı: Kalsiyum glukonatın termal ayrışmasını gözlemlemek.

Reaktifler ve ekipmanlar: kalsiyum glukonat tabletleri, kuru yakıt, cımbız.

İşin ilerleyişi ve gözlemler: yanan bir kuru yakıt tabletinin üzerine cımbız kullanarak 1-2 tablet kalsiyum glukonat koyun. Kalsiyum glukonatın hacmi önemli ölçüde artacak, "solucan benzeri" bir şekil alacak ve alevden "sürünecek". Ortaya çıkan “yılan” çok kırılgandır ve ilk dokunuşta parçalanacaktır.

5 numaralı deneyimi yaşayın. "Soda Engerek"

Deneyin amacı: Soda ve pudra şekeri karışımının termal ayrışmasını gözlemlemek.

Reaktifler ve ekipmanlar: kum, soda, pudra şekeri, alkol.

İşin ilerlemesi ve gözlem: biraz kum (4-5 yemek kaşığı) dökün, ortaya çıkan "piramidin" tepesinde küçük bir çöküntü yapın. Bu boşluğa eşit miktarda kabartma tozu ve pudra şekeri karışımını dökün. Üzerine alkol döküyoruz ve ateşe veriyoruz. Önce küçük koyu kabarcıkların oluşumunu, ardından "soda engereğinin" ortaya çıkışını gözlemliyoruz. Önceki deneyde olduğu gibi, firavun yılanının boyutu giderek artıyor.

6 numaralı deneyimi yaşayın. "Bir gaz karışımının patlaması."

Deneyin amacı: hava ve yanıcı gaz karışımının patlamasını gözlemlemek.

Reaktifler ve ekipman: çinko, hidroklorik asit, gaz üretme cihazı, bir bardak su, bulaşık deterjanı, yanan bir kıymık.

İşin ilerleyişi ve gözlemler: Bir bardak suya biraz deterjan dökün, hafif bir köpük oluşana kadar karıştırın. Gaz üretmeye yönelik bir cihazda çinko ve hidroklorik asidi karıştırıp, gaz çıkış borusunu su ve deterjan dolu bir bardağa yönlendiriyoruz. Çinko hidroklorik asitle reaksiyona girdiğinde hidrojen açığa çıkar ve bu da camda köpük oluşturur. Yeterli olduğunda

köpüğü çıkarın, gaz çıkış borusunu çıkarın, yanan kıymığı köpüğün üzerine getirin ve küçük bir patlamayı gözlemleyin.

7 numaralı deneyimi yaşayın. "Renkli Alev"

Reaktifler ve ekipmanlar: bakır klorür, bakır (II) sülfat, sofra tuzu, kalsiyum florür, amonyum klorür, su, alkol lambası, nikrom tel döngüsü.

İşin ilerleyişi ve gözlemler: amonyum klorürü reaktiflerin her biriyle 1:1 oranında karıştırın, suyla seyreltin ve elde edilen bulamacı karıştırın. Daha sonra her maddeden az miktarda bir ilmek nikrom tel ile tutturuyoruz ve alevin renklendirme reaksiyonunu gözlemleyerek brülör alevine ekliyoruz. Sonuç şuydu: Orijinal alev mavimsi bir renk tonuyla şeffaftı; sodyum klorür (sofra tuzu) alevi sarıya boyadı; bakır (II) sülfat - bakır sülfat - yeşil; bakır klorür onu açık maviye çevirdi ve kalsiyum florür aleve zar zor farkedilen kırmızı bir renk verdi.

Referanslar

1. .Kendivan, O.D.-S. Bir kimyagerin gözünden mucize / O.D.-S. Kendivan //Kimya. Kimya ve doğa bilimleri öğretmenleri için eğitici ve metodolojik dergi No. 5-6 ed. 1 Eylül - Moskova, 2014. - S.45-52

2. Krasitsky, V.A. İnsan yapımı ateş: tarih ve modernite / V.A. Krasitsky // Kimya. Kimya ve doğa bilimleri öğretmenleri için eğitici ve metodolojik dergi No. 1 ed. 1 Eylül - Moskova, 2014. - S.4-8

3. Bilinmiyor. Analitik kimya. Semimikroanaliz [Elektronik kaynak] / Bilinmiyor // Analitik kimya - Erişim modu: http://analit-himiya.ucoz.com/index/0-13

4. Bilinmiyor. Yanma [Elektronik kaynak]/ Bilinmeyen // Özgür ansiklopedi Wikipedia - Erişim modu: https://ru.wikipedia.org/wiki/Combustion

5. Poltev, M.K. Bölüm X. Yangın güvenliği. §1. Yanma işlemleri / M.K. Poltev // Makine mühendisliğinde iş güvenliği, ed. "Yüksek Okul" - Moskova, 1980.

6. Ryumin, V.V. Havasız yanma / V.V. Ryumin // Eğlenceli kimya, 7. baskı. Genç Muhafız. - Moskova, 1936. - S.58-59

7. Ryumin, V.V. Kendiliğinden tutuşma / V.V. Ryumin // Eğlenceli kimya, 7. baskı. Genç Muhafız. - Moskova, 1936. - S.59

8. Stepin, B.D.; Alikberova, L.Yu. Muhteşem deneyler / B.D. Stepin, L.Yu. Alikberova // Kimyada eğlenceli görevler ve muhteşem deneyler, ed. Bustard - Moskova, 2006. - S.

Talimatlar

Birçok kişi yanlışlıkla yanma ateşi diyor ancak bu yanlış. Aslında yangın, yanmanın aşamalarından sadece bir tanesidir. Daha da spesifik olmak gerekirse, bu fiziksel olay gazları ve plazmayı bir arada ele alıyor. Ayrıca, bunların salınma nedenleri farklı olabilir - bir reaksiyon veya patlama, yanıcı maddelerin bir oksitleyici varlığında tutuşması. Yangının temel özelliklerinden biri, uygun koşullar altında kendi kendine yayılma yeteneğinin yüksek olmasıdır. Ancak bazı durumlarda, örneğin kimyasalların yanması sırasında alev tamamen yoktur.

Yangının meydana gelebilmesi için üç şartın bir arada gerçekleşmesi gerekmektedir. İlk şart yanacak yakıtın bulunmasıdır. Bir sonraki gereksinim, yanma sürecinin var olabileceği bir oksitleyicinin varlığıdır. Son koşul, sıcaklığın hem oksitleyicinin hem de yakıtın özelliklerine uygun olmasıdır. Koşullardan en az biri karşılanmazsa yanma imkansız hale gelir, dolayısıyla yangın da çıkmayacaktır. Tüm gereksinimler karşılanırsa, yangının eşlik ettiği bir yanma süreci gözlenir. Yangının yakıtın cinsine göre renklendiğini belirtmekte fayda var.

Yanıcı maddeler, oksitleyici bir maddenin varlığında tutuşabilen maddelerdir. Özelliklerine bağlı olarak çeşitli yakıt türleri ayırt edilir. Bir madde, oksitleyici bir maddenin varlığında bağımsız olarak yanamıyorsa, yanmaz olarak adlandırılır. Ve yalnızca bir yangın kaynağının varlığında yanabilen maddelere genellikle düşük yanıcı maddeler denir. Ve yalnızca yangın kaynağı ortadan kaldırıldıktan sonra bile kendi kendine yanmaya devam edebilen maddelere yanıcı maddeler denir. Yanıcı maddeler hemen hemen her türlü toplanma durumunda olabilir. Mükemmel yanıcı özelliklere sahip hemen hemen tüm maddeler bir miktar kimyasal kirlilik içerir. Yangının tutuşma sonrasında sahip olacağı renkten sorumlu olan bu yabancı maddelerdir.

Ahşap tanıdık turuncu renge sahipken, kalsiyum veya lityum yandığında alevin kırmızı rengi ortaya çıkıyor. Sarı oluşturmak için ise yakıt olarak yüksek sodyum içeriğine sahip yanıcı bir madde kullanmanız gerekir. Doğal gaz, yanarken asil bir mavi renkle, yakıtta selenyum mevcutsa mavi ile karakterize edilir. Yakıtta titanyum veya alüminyum bulunması yangına beyaz bir renk verir. Ateş, potasyumla karşılaştığında mor-pembeye, molibden, antimon, bakır, baryum veya fosforla karşılaştığında ise yeşile döner.

- genellikle oksijen olan bir oksitleyicinin, genellikle karbon olan bir yakıtı oksitleyerek karbondioksit, su, ısı ve ışık gibi yanma ürünleri ürettiği ekzotermik bir reaksiyon olan yanmayı içeren sürekli bir zincirleme reaksiyon. Tipik bir örnek metan yanmasıdır:

CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O

Yanma sonucu oluşan ısı, yanmanın kendisine güç sağlamak için kullanılabilir ve bu yeterli olduğunda ve yanmayı sürdürmek için ilave enerji gerekmediğinde yangın meydana gelir. Yangını durdurmak için yakıtı (ocaktaki brülörü kapatın), oksitleyiciyi (ateşi özel bir malzemeyle örtün), ısıyı (ateşin üzerine su serpin) veya reaksiyonun kendisini ortadan kaldırabilirsiniz.

Yanma, bazı açılardan fotosentezin tam tersidir; ışık, su ve karbon dioksitin karbon üretmek için girdiği endotermik bir reaksiyondur.

Yakılan odunun selülozda bulunan karbonu tükettiğini varsaymak cazip gelebilir. Ancak daha karmaşık bir şeylerin olduğu görülüyor. Ahşap ısıya maruz kalırsa, pirolize uğrar (oksijen gerektirmeyen yanmanın aksine), onu gazlar gibi daha yanıcı maddelere dönüştürür ve yangınlarda tutuşan da bu maddelerdir.

Odun yeterince uzun süre yanarsa alev kaybolacaktır ancak için için yanma devam edecek ve özellikle odun parlamaya devam edecektir. İçin için yanma, tam yanmanın aksine karbon monoksit oluşumuyla sonuçlanan eksik yanmadır.

Gündelik nesneler, çoğu kızılötesi aralıkta olmak üzere sürekli olarak ısı yayar. Dalga boyu görünür ışıktan daha uzun olduğundan özel kameralar olmadan görülemez. Yangın, kızılötesi radyasyon da üretmesine rağmen görünür ışık üretecek kadar parlaktır.

Yangında rengin ortaya çıkmasının bir diğer mekanizması da yanan nesnenin emisyon spektrumudur. Kara cisim ışınımının aksine, ışınım spektrumu ayrık frekanslara sahiptir. Bunun nedeni, elektronların belirli frekanslarda fotonlar üretmesi ve yüksek enerji durumundan düşük enerji durumuna geçmesidir. Bu frekanslar bir numunede bulunan elemanları belirlemek için kullanılabilir. Yıldızların bileşimini belirlemek için benzer bir fikir (soğurma spektrumunu kullanarak) kullanılır. Emisyon spektrumu aynı zamanda havai fişeklerin ve renkli ışıkların renginden de sorumludur.

Dünyadaki bir alevin şekli yer çekimine bağlıdır. Bir yangın çevredeki havayı ısıttığında konveksiyon meydana gelir: diğer şeylerin yanı sıra sıcak kül içeren sıcak hava yükselir ve soğuk hava (oksijen içeren) alçalır, yangını destekler ve aleve şeklini verir. Uzay istasyonu gibi düşük yerçekiminde bu gerçekleşmez. Ateş, oksijenin difüzyonu ile beslendiği için daha yavaş ve küre şeklinde yanar (çünkü yanma yalnızca ateşin oksijen içeren hava ile temas ettiği yerde meydana gelir. Kürenin içinde oksijen kalmaz).

Kara cisim radyasyonu

Kara cisim radyasyonu, kuantum mekaniğiyle ilgili Planck formülüyle tanımlanır. Tarihsel olarak kuantum mekaniğinin ilk uygulamalarından biriydi. Kuantum istatistik mekaniğinden aşağıdaki şekilde türetilebilir.

T sıcaklığındaki bir foton gazının frekans dağılımını hesaplıyoruz. Bunun, aynı sıcaklıktaki tamamen siyah bir cisim tarafından yayılan fotonların frekans dağılımıyla çakışması, Kirchhoff'un radyasyon yasasından kaynaklanmaktadır. Buradaki fikir, siyah cismin foton gazıyla sıcaklık dengesine getirilebilmesidir (çünkü aynı sıcaklığa sahiptirler). Fotonik gaz, aynı zamanda foton da yayan siyah cisim tarafından emilir, bu nedenle denge için, siyah cismin radyasyon yaydığı her frekans için, onu aynı oranda absorbe etmesi gerekir; bu, frekans dağılımıyla belirlenir. gaz.

İstatistiksel mekanikte, T sıcaklığında termal dengede olan bir sistemin mikro durum s'de olma olasılığı orantılıdır.

Burada E s, s durumunun enerjisidir ve β = 1 / k B T veya termodinamik beta (T sıcaklıktır, k B Boltzmann sabitidir). Bu Boltzmann dağılımıdır. Bunun bir açıklaması Terence Tao'nun blog yazısında verilmiştir. Bu, olasılığın eşit olduğu anlamına gelir

P s = (1/Z(β)) * e - β E s

Z(β) normalleştirme sabitidir.

Z(β) = ∑ s e - β E s

Bir foton gazının durumunu tanımlamak için fotonların kuantum davranışı hakkında bir şeyler bilmeniz gerekir. Standart elektromanyetik alan kuantizasyonunda alan, her biri farklı açısal frekanslarda (ω) salınan bir dizi kuantum harmonik salınım olarak görülebilir. Harmonik bir osilatörün özdurumlarının enerjileri, negatif olmayan bir tamsayı n ∈ ℤ ≥ 0 ile gösterilir; bu, ω frekansındaki fotonların sayısı olarak yorumlanabilir. Özdurum enerjileri (bir sabite kadar):

Buna karşılık, kuantum normalleştirme sabiti, düşük frekanslarda (sıcaklığa göre) klasik cevabın yaklaşık olarak doğru olduğunu, ancak yüksek frekanslarda ortalama enerjinin üstel olarak düştüğünü ve düşük sıcaklıklarda düşüşün daha büyük olduğunu tahmin eder. Bunun nedeni, yüksek frekanslarda ve düşük sıcaklıklarda, bir kuantum harmonik osilatörün zamanının çoğunu temel durumda geçirmesi ve bir sonraki seviyeye o kadar kolay geçiş yapmamasıdır ki bu da katlanarak daha az olasıdır. Fizikçiler bu serbestlik derecesinin (bir osilatörün belirli bir frekansta salınma özgürlüğü) çoğunun "donmuş" olduğunu söylüyor.

Durum yoğunluğu ve Planck formülü

Şimdi, belirli bir ω frekansında ne olduğunu bildiğimiz için, olası tüm frekansları toplamak gerekir. Hesaplamaların bu kısmı klasiktir ve herhangi bir kuantum düzeltmesi yapılmasına gerek yoktur.

Foton gazının, periyodik sınır koşullarıyla (yani gerçekte düz bir torus T = ℝ 3 / L ℤ 3 olacaktır) L uzunluğunda bir kenar uzunluğuna sahip bir hacim içinde yer aldığı şeklindeki standart basitleştirmeyi kullanıyoruz. Olası frekanslar, belirli sınır koşullarına sahip bir hacimdeki duran dalgalar için elektromanyetik dalga denkleminin çözümlerine göre sınıflandırılır; bu da, bir faktöre kadar Laplace Δ'nın özdeğerlerine karşılık gelir. Daha kesin olarak, eğer Δ υ = λ υ, burada υ(x) düzgün bir T → ℝ fonksiyonu ise, o zaman duran dalga için elektromanyetik dalga denkleminin karşılık gelen çözümü şöyle olacaktır:

υ(t, x) = e c √λ t υ(x)

Ve bu nedenle, λ'nın genellikle negatif olduğu ve dolayısıyla √λ'nun genellikle sanal olduğu göz önüne alındığında, karşılık gelen frekans şuna eşit olacaktır:

ω = c √(-λ)

Bu frekans, dim V λ kez meydana gelir; burada V λ, Laplace'ın λ özdeğeridir.

Periyodik sınır koşullarına sahip bir hacim kullanarak koşulları basitleştiriyoruz çünkü bu durumda Laplace'ın tüm özfonksiyonlarını yazmak çok kolaydır. Basitlik açısından karmaşık sayıları kullanırsak, bunlar şu şekilde tanımlanır:

υ k (x) = e ben k x

Burada k = (k 1, k 2, k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3, dalga vektörü. Laplace'ın karşılık gelen özdeğeri şöyle olacaktır:

λ k = - | k | 2 = - k 2 1 - k 2 2 - k 2 3

Karşılık gelen frekans

Ve karşılık gelen enerji (bu frekansın bir fotonu)

E k = ℏ ω k = ℏ c |k|

Burada, kesin olarak konuşursak, ayrık olan olası frekanslar ω k üzerinden olasılık dağılımını sürekli bir olasılık dağılımıyla yaklaşık olarak hesaplıyoruz ve g(ω) durumlarının karşılık gelen yoğunluğunu hesaplıyoruz. Buradaki fikir, g(ω) dω'nin, ω ile ω + dω arasında değişen frekanslara sahip mevcut durumların sayısına karşılık gelmesi gerektiğidir. Daha sonra son normalleştirme sabitini elde etmek için durumların yoğunluğunu entegre ederiz.

Bu yaklaşım neden makul? Normalleştirme sabitinin tamamı aşağıdaki gibi açıklanabilir. Her k ∈ 2 π / L * ℤ 3 dalga numarası için, o dalga numarasına sahip fotonların sayısını tanımlayan bir n k ∈ ℤ ≥0 sayısı vardır. Toplam foton sayısı n = ∑ n k sonludur. Her foton enerjiye ℏ ω k = ℏ c |k| ekler, bu da şu anlama gelir:

Z(β) = ∏ k Z ω k (β) = ∏ k 1 / (1 - e -βℏc|k|)

Bu nedenle tüm k dalga sayıları için logaritması toplam olarak yazılır

Log Z(β) = ∑ k log 1 / (1 - e -βℏc|k|)

Ve bu toplamı bir integralle tahmin etmek istiyoruz. Makul sıcaklıklar ve büyük hacimler için integralin k ile çok yavaş değiştiği, dolayısıyla bu yaklaşımın çok yakın olacağı ortaya çıktı. Yalnızca Bose-Einstein yoğunlaşmasının meydana geldiği ultra düşük sıcaklıklarda çalışmayı durdurur.

Durum yoğunluğu aşağıdaki şekilde hesaplanır. Dalga vektörleri, "faz uzayında" yaşayan tek biçimli kafes noktaları olarak temsil edilebilir; yani, faz uzayının belirli bir bölgesindeki dalga vektörlerinin sayısı, en azından kafes aralığı 2π/L ile karşılaştırıldığında büyük bölgeler için hacmiyle orantılıdır. . Temel olarak, faz uzayı bölgesindeki dalga vektörlerinin sayısı V/8π 3'e eşittir, burada V = L 3, bizim sınırlı hacmimizdir.

Geriye ω k = c |k| frekansına sahip tüm k dalga vektörleri için faz uzayı bölgesinin hacmini hesaplamak kalıyor. ω ile ω + dω aralığındadır. Bu, kalınlığı dω/c ve yarıçapı ω/c olan küresel bir kabuktur, yani hacmi

2πω 2 /c 3 dω

Bu nedenle bir fotonun durum yoğunluğu

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 c 3 dω

Aslında bu formül iki kat daha düşüktür: Belirli bir dalga sayısı için durum sayısını iki katına çıkaran fotonların polarizasyonunu (veya eşdeğer olarak fotonun dönüşünü) hesaba katmayı unuttuk. Doğru Yoğunluk:

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 c 3 dω

Durum yoğunluğunun hacim V'de doğrusal olması gerçeği yalnızca düz bir torusta işe yaramaz. Bu, Weyl yasasına göre Laplace'ın özdeğerlerinin bir özelliğidir. Bu, normalleştirme sabitinin logaritmasının olduğu anlamına gelir

Günlük Z = V / π 2 c 3 ∫ ω 2 günlük 1 / (1 - e - βℏω) dω

β'ya göre türev foton gazının ortalama enerjisini verir

< E >= - ∂/∂β log Z = V / π 2 c 3 ∫ ℏω 3 / (e βℏω - 1) dω

Ama bizim için önemli olan “enerji yoğunluğunu” veren integrandtır.

E(ω) dω = Vℏ / π 2 c 3 * ω 3 / (e βℏω - 1) dω

Frekansları ω ila ω + dω aralığında olan fotonlardan kaynaklanan foton gazı enerjisinin miktarını tanımlar. Nihai sonuç, Planck formülünün bir biçimidir, ancak onu fotonik gazlar yerine siyah cisimlere uygulanan bir formüle dönüştürmek için biraz kurcalamayı gerektirir (birim hacim başına yoğunluğu elde etmek için V'ye bölmeniz gerekir ve Radyasyonun ölçüsünü almak için birkaç şey daha var).

Planck'ın formülünün iki sınırlaması var. βℏω → 0 olması durumunda payda βℏω'ya yönelir ve şunu elde ederiz:

E(ω) dω ≈ V / π 2 c 3 * ω 2 /β dω = V k B T ω 2 / π 2 c 3 dω

Etiketler: Etiket ekleyin