दहन और ऑक्सीकरण के बीच अंतर के संकेत। आग की परिभाषा से इस प्रकार है - आग में होने वाली मुख्य प्रक्रिया दहन है

जलन हमेशा रासायनिक परिवर्तनों के साथ होती है। हवा में दहन ऑक्सीजन के साथ एक दहनशील पदार्थ की बातचीत है। हालांकि, यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि नाइट्रोजन ऑक्साइड, हैलोजन, ओजोन दहन प्रक्रिया में ऑक्सीडेंट के रूप में कार्य कर सकते हैं। दहन प्रक्रियाएं ज्ञात हैं जो केवल एक प्रारंभिक उत्पाद की भागीदारी के साथ होती हैं - एक यौगिक जो तेजी से क्षय करने में सक्षम है। ऐसे यौगिकों के उदाहरण एसिटिलीन और हाइड्राज़िन हैं।

रासायनिक प्रक्रियाएंदहन के दौरान होने वाले अत्यंत जटिल होते हैं। यहां तक ​​​​कि सबसे सरल मामले के लिए - ऑक्सीजन में हाइड्रोजन का दहन, जिसके सामान्यीकृत समीकरण का रूप है

2एच 2 + 0 2 = 2एच 2 0,

कई दसियों प्रारंभिक चरणों की स्थापना और अध्ययन किया।

आज तक, केवल कुछ पदार्थों के दहन के दौरान रासायनिक परिवर्तनों के तंत्र की पर्याप्त विस्तार से जांच की गई है: हाइड्रोजन, कार्बन मोनोऑक्साइड, मीथेन और ईथेन। इस ज्ञान का उपयोग कई पदार्थों के प्रज्वलन और दहन की स्थिति की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है।

2.1. श्रृंखला प्रतिक्रियाएं

सामान्य रासायनिक परिवर्तनों के विपरीत, श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को एक सक्रिय कण के प्रत्येक प्राथमिक कार्य में उपस्थिति की विशेषता होती है: एक परमाणु जिसमें एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन, एक मुक्त कण या एक आयन होता है। सक्रिय कणों की उपस्थिति प्रारंभिक सामग्री के प्रतिक्रिया उत्पादों में परिवर्तन की एक श्रृंखला का कारण बनती है। परमाणु, मुक्त कण और आयन संयोजकता-संतृप्त अणुओं की तुलना में अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। इसलिए, रासायनिक बंधनों को तोड़ने और सक्रिय कणों के निर्माण के लिए आवश्यक ऊर्जा के महत्वपूर्ण व्यय के बावजूद, एक प्रतिक्रिया का श्रृंखला विकास अक्सर अणुओं के बीच सीधे संपर्क की तुलना में ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल होता है।

दहन प्रक्रियाएं मुख्य रूप से जंजीर हैं। श्रृंखला प्रतिक्रियाएं जटिल प्रतिक्रियाएं हैं जो कई चरणों में होती हैं, जो हैं:

श्रृंखला दीक्षा (दीक्षा), जिसमें सक्रिय कण बनते हैं;

जंजीरों की निरंतरता, जिसमें सक्रिय कण मूल पदार्थों के साथ रासायनिक संपर्क में प्रवेश करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप नए सक्रिय कण बनते हैं;

जंजीरों का टूटना, जिसमें अंतिम प्रतिक्रिया उत्पादों के निर्माण के साथ सक्रिय कणों की "मृत्यु" होती है

जंजीरों का न्यूक्लियेशन विभिन्न परिस्थितियों में हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक विद्युत निर्वहन में थर्मल ऊर्जा, या आयनकारी विकिरण के प्रभाव में अणुओं के पृथक्करण के परिणामस्वरूप। सक्रिय कणों की मृत्यु उनके पुनर्संयोजन के दौरान होती है *, मुक्त कणों (सजातीय श्रृंखला समाप्ति) की बातचीत के दौरान, ठोस सतहों (विषम श्रृंखला समाप्ति) के साथ सक्रिय कणों की बातचीत के दौरान, या दहन अवरोधकों के साथ उनकी प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप।

अशाखित और शाखित श्रृंखला अभिक्रियाएँ होती हैं। अशाखित में, श्रृंखला की निरंतरता की प्रतिक्रियाओं में भस्म प्रत्येक सक्रिय कण के लिए, एक नया उत्पन्न होता है। एक प्रारंभिक सक्रिय कण में बनने वाले उत्पाद अणुओं की संख्या को श्रृंखला की लंबाई कहा जाता है। दहन प्रतिक्रियाओं में जंजीरों की लंबाई सैकड़ों हजारों से लेकर दसियों लाख तक होती है। असंबद्ध श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की दर पदार्थों की मामूली अशुद्धियों से प्रभावित हो सकती है जो सक्रिय कणों - दहन अवरोधकों के साथ प्रभावी ढंग से बातचीत कर सकती हैं।

कुछ पदार्थ - सर्जक - सक्रिय कणों के निर्माण की सुविधा प्रदान करते हैं और इस तरह असंबद्ध श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं।

शाखित श्रृंखला अभिक्रियाओं में, एक सक्रिय कण के लिए दो या दो से अधिक सक्रिय कण बनते हैं जो श्रृंखला की निरंतरता के दौरान खपत होते हैं। उनमें से एक प्राथमिक श्रृंखला जारी रखता है, जबकि अन्य नई श्रृंखला शुरू करते हैं, जिससे शाखाएं बनती हैं (अंजीर। 2.1)।

"पुनर्संयोजन आवेशित कणों से तटस्थ परमाणुओं या अणुओं के निर्माण की प्रक्रिया है। पुनर्संयोजन के दौरान बनने वाले परमाणु और अणु जमीन या उत्तेजित अवस्था में हो सकते हैं।

चावल। 2.1. प्रतिक्रिया श्रृंखलाओं का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व:

क) श्रृंखला में प्रत्येक कड़ी पर शाखा लगाना

6) दुर्लभ फोर्किंग

उदाहरण के लिए, जब हाइड्रोजन एक श्रृंखला न्यूक्लिएशन प्रतिक्रिया में जलता है:

एक सक्रिय परमाणु बनता है। एक श्रृंखला निरंतरता प्रतिक्रिया में:

सक्रिय परमाणुओं की संख्या में वृद्धि हुई है जो नई श्रृंखलाओं की शुरुआत हैं।

शाखित श्रृंखला प्रतिक्रियाएं एक स्थिर मोड में आगे बढ़ सकती हैं, जिसमें शाखाओं में बंटने की दर सक्रिय कणों की मृत्यु की दर से कम होती है, और एक गैर-स्थिर मोड में, जिसमें मृत्यु शाखाओं में बंटने की तुलना में अधिक धीमी होती है। बाद के मामले में, श्रृंखला प्रतिक्रिया की दर तेजी से बढ़ जाती है और केवल प्रारंभिक सामग्री की खपत से ही सीमित होती है। एक स्थिर से एक गैर-स्थिर शासन में संक्रमण प्रतिक्रिया की स्थितियों में मामूली बदलाव के साथ अचानक होता है: प्रतिक्रियाशील पदार्थों में से एक का तापमान, दबाव या एकाग्रता। इस तरह के तीव्र त्वरण को प्रतिक्रिया मिश्रण या एक श्रृंखला विस्फोट के सहज प्रज्वलन के रूप में माना जाता है।

दहन प्रक्रियाओं के सिद्धांत के निर्माण के लिए शाखित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की खोज का बहुत महत्व था। यह सिद्ध हो चुका है कि प्रज्वलन दो प्रकार के होते हैं: थर्मल और चेन। में स्थापित पैटर्न

अध्याय 2. रासायनिक प्रक्रियाओं पर जलता हुआ

श्रृंखला प्रक्रियाओं का सिद्धांत, आग के दौरान दहन प्रक्रियाओं के विकास और दमन को प्रभावी ढंग से प्रभावित करना संभव बनाता है।

जंजीरों की उत्पत्ति।प्रारंभिक सक्रिय केंद्रों की न्यूक्लियेशन प्रक्रिया अशाखित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। यह श्रृंखला समाप्ति प्रतिक्रियाओं के दौरान सक्रिय केंद्रों के नुकसान की भरपाई करता है। यह तंत्र गठन के लिए शर्तों को निर्धारित करता है स्थिर मोडसक्रिय केंद्रों के संचय की प्रारंभिक अवधि में। कम दीक्षा दर पर, यह अवधि महत्वपूर्ण हो सकती है।

ज्वालाओं में अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सक्रिय केंद्रों की ऊर्जा के एक महत्वपूर्ण भंडार की विशेषता होती है। इन शर्तों के तहत, सक्रिय केंद्रों की शुरुआत एक महत्वपूर्ण ऊर्जा बाधा पर काबू पाने से जुड़ी है।

इस मामले में, सक्रिय केंद्रों की घटना की एक महत्वपूर्ण दर सुनिश्चित करने वाले कारकों द्वारा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है: रासायनिक रूप से सक्रिय योजक, विकिरण, विद्युत निर्वहन, रेडियोधर्मी क्षय उत्पाद।

सक्रिय साइटों की पीढ़ी को महत्वपूर्ण रूप से सुविधाजनक बनाने वाले कारकों में, विषम प्रतिक्रियाओं पर ध्यान दिया जाना चाहिए। ठोस सतह पर अधिशोषित ज्वलनशील पदार्थों के अणुओं में अंतरपरमाण्विक बंधन कमजोर हो जाते हैं और उन्हें तोड़ने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इन शर्तों के तहत, सक्रिय केंद्रों के निर्माण की दर गैस की मात्रा की तुलना में काफी अधिक है। दहनशील मिश्रण के घटकों की विषम अंतःक्रिया के लिए सक्रियण ऊर्जा भी सजातीय की तुलना में कम है। वास्तविक दहन प्रक्रियाओं की शर्तों के तहत सक्रिय केंद्रों की विषम शुरुआत है महत्वपूर्ण कारकअशाखित श्रृंखला प्रक्रियाओं में एक स्थिर शासन की त्वरित उपलब्धि।

कुछ विशेषताएं परमाणु घटकों को शामिल करने वाली अशाखित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की विशेषता हैं। पुनर्जनन के बिना सक्रिय केंद्रों के साथ बातचीत करने वाली अशुद्धियों की अनुपस्थिति में, श्रृंखला समाप्ति केवल ट्रिपल टकराव और सतह पर परमाणुओं के पुनर्संयोजन पर संभव हो जाती है।

किसी भी तापमान पर, सभी गैसीय पदार्थ आंशिक रूप से अलग हो जाते हैं। कुछ अणु परमाणुओं में टूट जाते हैं। इस मामले में, पृथक्करण की प्रक्रियाओं और अणुओं में परमाणुओं के मिलन के बीच संतुलन होता है। पृथक्करण की डिग्री घातीय रूप से तापमान पर निर्भर करती है।

यदि दहनशील मिश्रण में कोई श्रृंखला तोड़ने वाली अशुद्धियाँ नहीं हैं, तो प्रतिक्रिया के परमाणु घटकों की सांद्रता व्यावहारिक रूप से नहीं बदलती है। प्रतिक्रिया में प्रवेश करने वाले परमाणु तुरंत उसी सह में पुन: उत्पन्न हो जाते हैं-

कोरोलचेंको ए.वाईए। दहन और विस्फोट प्रक्रियाएं

पत्ते प्रारंभिक दीक्षा प्रतिक्रियाशील परमाणुओं के लिए उतनी ही मात्रा में क्षतिपूर्ति करती है जितनी कि गैर-प्रतिक्रियाशील प्रणाली में होती है। एक स्थिर प्रतिक्रिया इस प्रक्रिया को प्रभावित नहीं करती है। प्रतिक्रिया घटकों में से एक का संतुलन, जो एक अणु में परमाणुओं के बीच कम से कम मजबूत बंधन की विशेषता है, है अभिलक्षणिक विशेषताएक समान शासन। इस मामले में, अन्य परमाणु घटक की एकाग्रता अर्ध-स्थिर है, लेकिन संतुलन से अधिक है।

दहन प्रतिक्रियाओं की सजातीय शुरुआत के साथ, एक निश्चित अवधि के बाद ही एक स्थिर शासन स्थापित किया जाएगा, क्योंकि पृथक्करण के लिए एक बड़ी सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस अवधि के दौरान, पृथक्करण की दर पुनर्संयोजन की दर से अधिक हो जाती है, और सक्रिय केंद्र प्रतिक्रियाशील प्रणाली में जमा हो जाते हैं। दोनों प्रक्रियाओं की दरों की तुलना केवल सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता में संतुलन में वृद्धि के बाद की जाती है। समय की इस अवधि को प्रेरण अवधि कहा जाता है।

प्रतिक्रिया क्षेत्र में उत्प्रेरक के रूप में एक ठोस सतह की उपस्थिति थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति को नहीं बदलती है। उत्प्रेरक आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं को समान रूप से प्रभावित करता है। सक्रिय केंद्र न केवल एक ठोस सतह पर उत्पन्न होते हैं, बल्कि उस पर टूट भी जाते हैं। हालांकि, एक उत्प्रेरक की उपस्थिति एक हदबंदी संतुलन राज्य की प्राप्ति को तेज करती है।

यदि दहनशील मिश्रण में सक्रिय अशुद्धियाँ होती हैं जो श्रृंखला समाप्ति प्रतिक्रियाओं में भाग लेने में सक्षम होती हैं, तो वे सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता को कम कर देती हैं। इस मामले में, प्रारंभिक घटकों में से एक का संतुलन पृथक्करण गड़बड़ा जाता है, जो प्रतिक्रिया को धीमा कर देता है और इसकी समाप्ति का कारण बन सकता है।

प्रयोगों से पता चलता है कि जब एक बाहरी स्रोत (उदाहरण के लिए, एक प्रकाश स्रोत) द्वारा एक असंबद्ध श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू की जाती है, तो दहन प्रक्रिया के विकास के प्रारंभिक चरण में सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता संतुलन से काफी अधिक हो सकती है।

शाखित श्रृंखला अभिक्रियाओं के दौरान, प्रारंभिक दीक्षा की स्थितियों का प्रतिक्रिया के विकास पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। धीरे-धीरे विकसित होने वाली प्रक्रियाओं में, प्रारंभिक मिश्रण में आंशिक रूप से प्रतिक्रिया किए गए मिश्रण को जोड़ने से प्रेरण अवधि कम हो जाती है और ज्वाला दहन की शुरुआत के क्षण को तेज करता है।

जंजीरों का सिलसिला।अशाखित श्रृंखला अभिक्रियाओं की एक विशिष्ट विशेषता सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता की अर्ध-स्थिरता है। श्रृंखला समाप्ति की अनुपस्थिति में, सक्रिय कण बनते हैं

अध्याय 2. दहन के दौरान रासायनिक प्रक्रियाएं

उतनी ही मात्रा में जिसमें इनका सेवन किया जाता है। प्रारंभिक दीक्षा में ही नए उत्पन्न होते हैं। जब सक्रिय केंद्रों की उत्पत्ति और श्रृंखला समाप्ति की दर समान होती है, तो सक्रिय केंद्रों की एक निरंतर एकाग्रता और एक स्थिर प्रतिक्रिया व्यवस्था स्थापित होती है। प्रतिक्रिया दर कम हो जाएगी क्योंकि शुरुआती घटकों का उपभोग किया जाता है।

एक शाखित श्रृंखला प्रतिक्रिया के मामले में, प्रतिक्रिया प्रणाली में सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता उनके प्रारंभिक दीक्षा की शर्तों की परवाह किए बिना बढ़ जाती है। एक स्व-त्वरित प्रतिक्रिया मोड का एहसास होता है, जिसमें हिमस्खलन जैसा चरित्र होता है। इस मामले में, प्रारंभिक घटकों के अंतिम प्रतिक्रिया उत्पादों में पूर्ण रूपांतरण के लिए, एक प्रारंभिक सक्रिय केंद्र पर्याप्त है।

एक शाखित मूल्यवान प्रतिक्रिया का गतिज समीकरण इस प्रकार है। पहले सन्निकटन में समय के साथ स्थिर प्रारंभिक घटकों की सांद्रता में परिवर्तन की उपेक्षा की जा सकती है, और सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता में केवल तेज परिवर्तनों को ही ध्यान में रखा जा सकता है। एन.एस.इस दर में परिवर्तन प्रारंभिक दीक्षा की दर और शाखाओं और श्रृंखला समाप्ति प्रतिक्रियाओं की दरों के अनुपात से निर्धारित होते हैं। प्रारंभिक दीक्षा दर प्रणाली में मौजूद सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करती है। शाखाकरण और समाप्ति प्रक्रियाओं की दरें सक्रिय केंद्रों की सांद्रता के समानुपाती होती हैं। इन शर्तों के तहत, सक्रिय केंद्रों के गठन और खपत का समग्र संतुलन दीक्षा, शाखाकरण और समाप्ति की प्रक्रियाओं की दरों के योग से निर्धारित होता है:

(2.1)

शाखाओं और समाप्ति प्रतिक्रियाओं की दर स्थिरांक कहां और हैं। निरूपित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

(2.2)

पर, सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता का समय व्युत्पन्न

सकारात्मक। इस मामले में, प्रतिक्रिया दर समय के साथ बढ़ जाती है। शाखित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की यह विशेषता ऐसी व्यवस्थाओं के तहत सक्रिय केंद्रों के गुणन के कारण होती है, जब शाखाओं की प्रतिक्रिया की दर श्रृंखला समाप्ति प्रतिक्रिया की दर से अधिक हो जाती है।

कोरोलचेंको ए.वाईए। दहन और विस्फोट प्रक्रियाएं

यदि सिस्टम में प्रतिक्रिया शुरू होने से पहले सक्रिय केंद्र नहीं थे, अर्थात। परटी= 0, n = 0, समीकरण का एकीकरण (2.2) देता है:

(2.3)

कुल सीओ प्रतिक्रिया दर शाखा प्रक्रिया की दर से निर्धारित होती है। इस प्रतिक्रिया से ही अंतिम उत्पाद बनते हैं। चेन ब्रांचिंग के प्रत्येक प्राथमिक कार्य के लिए, अंतिम उत्पाद के अणु बनते हैं। इसलिए:

(2.4)

समय में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का विकास शाखाओं और श्रृंखलाओं की समाप्ति की प्रतिक्रियाओं की दर स्थिरांक के अनुपात से निर्धारित होता है और ए, यानी। जब समीकरण (2.4) में घातांक धनात्मक हो और पुनः-

पदोन्नति अनिश्चित काल के लिए स्व-त्वरित है। प्रतिक्रिया के विकास की प्रारंभिक अवधि में, अनुपात सत्य है:

इस तथ्य के कारण कि प्रारंभिक दीक्षा दर कम है, प्रारंभिक अवधि में कोई ध्यान देने योग्य रासायनिक परिवर्तन नहीं हुआ है। कुछ समय बाद, मूल्य एकता से काफी अधिक हो जाता है। उसके बाद, समीकरण (2.4) के अनुसार प्रतिक्रिया दर तेजी से बढ़ने लगती है और बहुत उच्च मूल्यों तक पहुंच जाती है, हालांकि इससे पहले यह व्यावहारिक रूप से अगोचर था।

एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के विकास के दौरान विलंब अवधि (प्रेरण अवधि) की उपस्थिति प्रतिक्रियाशील प्रणाली में संचय की आवश्यकता के कारण होती है एक निश्चित राशिसक्रिय केंद्र। तभी रासायनिक परिवर्तन ध्यान देने योग्य हो जाता है।

श्रृंखला प्रतिक्रियाओं में प्रेरण अवधि का परिमाण शाखाओं की शाखाओं और श्रृंखलाओं की समाप्ति की दरों के अनुपात से निर्धारित होता है, न कि प्रारंभिक दीक्षा की दर से। बदले में, शाखाओं और समाप्ति प्रतिक्रियाओं की दरें किसके कारण होती हैं रासायनिक विशेषताएंप्रत्येक प्रतिक्रियाशील प्रणाली के तापमान और प्रारंभिक घटकों की सांद्रता पर निर्भरता से निर्धारित होते हैं। श्रृंखला अभिक्रियाओं की विशेषता है

इस तथ्य में निहित है कि शाखाओं की प्रक्रियाओं के लिए एक महत्वपूर्ण सक्रियण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जबकि तापमान गुणांकसमाप्ति प्रक्रिया की दर स्थिरांक शून्य के करीब है। सभी तीन प्रकार की श्रृंखला समाप्ति प्रतिक्रियाओं में: थोक और विषम पुनर्संयोजन में, सक्रिय अशुद्धियों के साथ कट्टरपंथियों की बातचीत में, सक्रियण ऊर्जा शून्य के बराबर होती है।

तापमान में वृद्धि के साथ, मिश्रण का कुल दबाव, या प्रतिक्रिया करने वाले घटकों की एकाग्रता में परिवर्तन, शाखाकरण और समाप्ति की दर स्थिरांक में ऐसा परिवर्तन संभव है, जिस पर प्रतिक्रिया एक स्थिर मोड से एक तक जाती है गैर-स्थिर। इस प्रक्रिया की ख़ासियत एक शासन से दूसरे शासन में अचानक संक्रमण में है, प्रतिक्रिया दर में एक नगण्य मूल्य से एक असीम रूप से बढ़ती हुई दर में परिवर्तन।

कुछ श्रृंखला प्रतिक्रियाएं मध्यवर्ती उत्पादों के गठन के साथ होती हैं जो तुलनात्मक रूप से स्थिर होती हैं, लेकिन साथ ही सक्रिय केंद्र उत्पन्न करने की क्षमता रखती हैं। इन प्रतिक्रियाओं में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन दहन प्रतिक्रियाएं, जिसमें पेरोक्साइड और एल्डिहाइड मध्यवर्ती के रूप में बनते हैं। इससे चेन ब्रांचिंग होती है। हालांकि, मध्यवर्ती उत्पादों की सापेक्ष स्थिरता के कारण, प्रतिक्रिया का त्वरण समय के साथ बढ़ाया जाता है। जंजीरों की इस तरह की विलंबित शाखाओं को पतित कहा जाता है।

सामान्य कट्टरपंथी शाखा तंत्र के साथ श्रृंखला प्रतिक्रियाएं, एक नियम के रूप में, कट्टरपंथियों की उच्च गतिविधि के कारण, बल्कि जल्दी से आगे बढ़ती हैं। परिणामी रेडिकल या तो तेजी से त्वरित प्रतिक्रिया शुरू करते हैं या पुनर्संयोजन करते हैं और प्रक्रिया से बाहर निकलते हैं।

टूटी जंजीरें। एक सक्रिय कण, किसी भी गैस अणु की तरह, अन्य अणुओं से टकराते हुए, प्रतिक्रियाशील प्रणाली के अंदर अराजक गति करता है। इस मामले में, किसी अन्य सक्रिय कण या अणु के साथ बातचीत के कुछ टकराव और पिछले एक के पथ को जारी रखते हुए एक नए सक्रिय कण के गठन की एक निश्चित संभावना है। प्रतिक्रिया श्रृंखला का विकास अक्रिय अणुओं की ब्राउनियन गति के समान है, हालांकि सक्रिय केंद्रों का स्थानांतरण एक रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ होता है। श्रृंखला के विकास के पथ पर, दो या दो से अधिक प्रकार के सक्रिय केंद्र वैकल्पिक होते हैं।

कोरोलचेंको ए.वाईए। दहन और विस्फोट प्रक्रियाएं

प्रतिक्रियाओं की श्रृंखला उस क्षण तक जारी रहती है जब सक्रिय कण पुनर्जनन के बिना प्रतिक्रिया नहीं करता है। इस मामले में, एक तथाकथित ओपन सर्किट होता है। श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के कैनेटीक्स में समाप्ति प्रक्रियाएं एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। सक्रिय केंद्रों की मृत्यु के लिए दो प्रकार की प्रतिक्रियाएं होती हैं:

सजातीय टूटना (प्रतिक्रिया मिश्रण की मात्रा में मृत्यु);

विषम टूटना (ठोस सतह पर मृत्यु) दो प्रक्रियाओं में से एक में सजातीय श्रृंखला टूटना संभव है:

रेडिकल्स के पुनर्संयोजन के दौरान या बाद के पुनर्जनन के बिना सक्रिय केंद्रों के साथ विभिन्न रासायनिक रूप से सक्रिय घटकों की बातचीत के दौरान।

दहन के दौरान या ठोस जलने वाली सामग्री की सतह पर बनने वाले कालिख के कणों पर विषम श्रृंखला समाप्ति होती है। एक ठोस सतह पर श्रृंखला समाप्ति को सक्रिय केंद्रों के प्रसार के रूप में माना जा सकता है गैस मिश्रणउस सतह पर जहां वे गायब हो जाते हैं। एक ठोस सतह पर पुनर्संयोजन का तंत्र यह है कि एक सक्रिय कण एक बढ़ी हुई प्रतिक्रियाशीलता के साथ सतह पर * सोख लिया जाता है। पड़ोसी साइटों पर अधिशोषित रेडिकल एक दूसरे के साथ फिर से जुड़ जाते हैं, क्योंकि इस प्रक्रिया के लिए कोई ऊर्जा और स्थानिक बाधाएं नहीं हैं। पुनर्संयोजन के परिणामस्वरूप बने स्थिर यौगिकों के अणु अब एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के विकास में शामिल नहीं हैं।

हालांकि, एक ठोस सतह के साथ एक सक्रिय कण की हर टक्कर उसके सोखने की ओर नहीं ले जाती है। सतह से इसका परावर्तन संभव है। एक ठोस सतह द्वारा एक सक्रिय केंद्र के सोखने की संभावना को आवास गुणांक कहा जाता है। यह गुणांक सक्रिय कण और सतह की रासायनिक आत्मीयता की विशेषता है। व्यावहारिक महत्व के मामलों में, दीवार से परावर्तन के बाद सक्रिय कण इससे दूर नहीं जाता है। जब तक इसे समायोजित नहीं किया जाता है, तब तक दीवार के साथ और टकराव की संभावना है। इस प्रक्रिया के कारण, कुछ शर्तों के तहत, प्रतिक्रिया दर व्यावहारिक रूप से आवास गुणांक से स्वतंत्र होती है। प्रक्रिया इस तरह से आगे बढ़ती है जैसे यूरोपीय संघ-

* सोरशन - पर्यावरण के हेक्टेयर से किसी पदार्थ के ठोस (या तरल) द्वारा अवशोषण। शोषक शरीर को शर्बत कहा जाता है, अवशोषित- शर्बत सॉर्बेंट (अवशोषण) और सतह परत (सोखना) के पूरे द्रव्यमान द्वारा अवशोषण के बीच अंतर करें। इंटरेक्शन-ड्रिवेन सोर्शन रासायनिक प्रकारठोस सॉर्बेंट और सॉर्बेट की सतह के बीच की सतह को केमीसोरशन कहा जाता है।

__________________________ अध्याय 2. दहन के दौरान रासायनिक प्रक्रियाएं

क्या प्रत्येक टक्कर के साथ श्रृंखला टूट जाएगी। सतह पर सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता को शून्य के बराबर लिया जा सकता है।

प्रतिक्रिया मिश्रण में सक्रिय अशुद्धियों की अनुपस्थिति में, श्रृंखला समाप्ति या तो ठोस सतहों पर हो सकती है या थोक में रेडिकल्स के पुनर्संयोजन द्वारा समरूप रूप से हो सकती है। वास्तविक आग में, दूसरा तरीका मुख्य रूप से लागू किया जाता है।

चेन रिएक्शन के कैनेटीक्स पर एक निश्चित प्रभाव एडिटिव्स द्वारा अक्रिय गैसों की प्रतिक्रिया प्रणाली में डाला जाता है। निष्क्रिय योजक सक्रिय कणों के साथ टकराव की संख्या में वृद्धि करते हैं, श्रृंखला समाप्ति की संभावना को बढ़ाते हैं और तदनुसार, समग्र प्रतिक्रिया को रोकते हैं।

रासायनिक रूप से सक्रिय योजक - अवरोधकों को प्रतिक्रियाशील मिश्रण में पेश किए जाने पर श्रृंखला प्रतिक्रियाओं का एक अधिक प्रभावी निषेध प्राप्त होता है। अवरोधक प्रतिक्रिया करने वाले सक्रिय केंद्रों के साथ बातचीत करते हैं, जंजीरों को तोड़ते हैं। एक अवरुद्ध मिश्रण में प्रतिक्रिया की गतिशीलता सक्रिय केंद्रों के साथ बातचीत करते समय अवरोधक और प्रतिक्रिया के मुख्य घटकों के बीच प्रतिस्पर्धा की स्थितियों से निर्धारित होती है। अवरोधक की उच्च दक्षता और नई सक्रिय साइटों की पीढ़ी की मध्यम दर के साथ, अवरोधक के छोटे योजक भी श्रृंखला प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम को पूरी तरह से दबा सकते हैं।

निषेध प्रक्रियाओं में है बडा महत्वआग और विस्फोट सुरक्षा के अभ्यास में। अवरोधकों का उपयोग आपको दहन प्रक्रियाओं को प्रभावी ढंग से प्रभावित करने की अनुमति देता है।

2.2. हाइड्रोजन के दहन के दौरान रासायनिक प्रक्रियाएं

ऑक्सीजन अणु के साथ हाइड्रोजन अणु की बातचीत कई क्रमिक चरणों के माध्यम से जटिल तरीके से आगे बढ़ती है। अब यह दृढ़ता से स्थापित हो गया है कि हाइड्रोजन का दहन एक श्रृंखला तंत्र द्वारा होता है, जिसमें कण सक्रिय केंद्रों की भूमिका निभाते हैं। हाइड्रोजन के दहन के दौरान होने वाली प्राथमिक प्रतिक्रियाओं के क्रम और महत्व का विस्तार से वर्णन किया गया है: अलग-अलग स्थितियांहाइड्रोजन लपटों का उद्भव और विकास।

अधिकांश विस्तृत विश्लेषणप्रायोगिक और कम्प्यूटेशनल विधियों द्वारा ऑटोइग्निशन मोड में हाइड्रोजन दहन की प्रक्रिया प्रोफेसर ए.एन. बारातोव द्वारा की गई थी। उन्होंने निम्नलिखित प्रक्रिया योजना का प्रस्ताव रखा, जिसमें चौदह बुनियादी प्राथमिक प्रतिक्रियाएं शामिल हैं:

कोरोलचेंको ए.वाईए। दहन और विस्फोट प्रक्रियाएं

सक्रिय केंद्रों का न्यूक्लिएशन प्रतिक्रिया के अनुसार होता है

प्रतिक्रियाओं की श्रृंखला की निरंतरता

जंजीरों को तोड़ना

ओपन सर्किट

ऑटोइग्निशन प्रक्रिया के प्रारंभिक चरण में हाइड्रोजन परमाणुओं की सांद्रता प्रारंभिक हाइड्रोजन सामग्री का एक महत्वहीन हिस्सा है। एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के विकास के साथ, आणविक हाइड्रोजन के रूपांतरण की दर इतनी अधिक हो जाती है कि यह एक सेकंड के सौवें हिस्से में खपत हो जाती है।

2.3. कार्बन मोनोऑक्साइड के दहन के दौरान रासायनिक प्रतिक्रियाएं

ऑक्सीजन के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड की परस्पर क्रिया दहन प्रक्रियाओं के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया है। इस प्रतिक्रिया के दौरान

__________________________ अध्याय 2. रासायनिक प्रक्रियाजलते समय

कई मामलों में कार्बन युक्त पदार्थों के दहन के नियमों को निर्धारित करता है। प्रतिक्रिया एक शाखित श्रृंखला तंत्र द्वारा विशेषता है। यह कई विशेषताओं में भिन्न है।

लंबे समय से यह धारणा थी कि CO और O 2 का बिल्कुल सूखा मिश्रण प्रज्वलित और जल नहीं सकता है। हालांकि, सावधानीपूर्वक डिजाइन किए गए प्रयोग, जिसमें द्रव्यमान स्पेक्ट्रोग्राफ का उपयोग करके पानी की अनुपस्थिति की निगरानी की गई थी, ने दिखाया कि सूखे मिश्रण के लिए भी प्रज्वलन संभव है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि CO + 02 प्रणाली में पानी या हाइड्रोजन वाष्प की उपस्थिति संभावित सक्रिय केंद्रों की संख्या में वृद्धि करके प्रज्वलन और दहन की प्रक्रिया को सक्रिय करती है। पानी का त्वरित प्रभाव कम सांद्रता पर विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है।

जल वाष्प या हाइड्रोजन के छोटे परिवर्धन की उपस्थिति में कार्बन मोनोऑक्साइड का दहन निम्नलिखित प्राथमिक प्रक्रियाओं की भागीदारी के साथ होता है:

रेडिकल, 0 2, प्रतिक्रिया (VI) द्वारा गठित, श्रृंखला (प्रतिक्रिया VIII) को जारी रख सकता है या प्रतिक्रिया (IX-XII) द्वारा इसकी समाप्ति की ओर ले जा सकता है।

एक श्रृंखला विस्फोट में धीमी सीओ ऑक्सीकरण के संक्रमण के लिए स्थितियों का आकलन करने के लिए, आइए हम 0 2 कट्टरपंथी के माध्यम से श्रृंखला समाप्ति की संभावना का अनुमान लगाएं; इस मामले में, हम ध्यान में रखते हैं कि श्रृंखला की समाप्ति में प्रतिक्रियाओं (एक्स) और (एक्सआई) की भूमिका महत्वहीन होगी

प्रतिक्रिया (IX) की तुलना में, क्योंकि 1000K के क्रम के तापमान पर प्रक्रियाओं की दर स्थिरांक (IX-XI) एक दूसरे के करीब हैं, लेकिन रेडिकल की एकाग्रता हाइड्रोजन परमाणुओं की एकाग्रता की तुलना में बहुत कम है, क्योंकि रेडिकल में अधिक है रासायनिक गतिविधि। इसलिए, 0 2 रेडिकल के माध्यम से श्रृंखला समाप्ति की संभावना को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

1000K . के तापमान पर

इसलिए, बशर्ते कि

परिमाण का प्रभाव

समीकरण के हल पर (2.7) कमजोर होगा।

अध्याय 2. दहन के दौरान रासायनिक प्रक्रियाएं

कब या (जो में मनाया जाता है

वास्तविक CO ज्वाला), समीकरण (2.7) के रूप में परिवर्तित हो जाता है:

(2.8)

इस प्रकार, हवा में कार्बन मोनोऑक्साइड के दहन की स्थिति काफी हद तक हाइड्रोजन दहन की उपस्थिति और नियमों से निर्धारित होती है। प्रतिक्रिया (I) द्वारा CO का ऑक्सीकरण हाइड्रोजन की भागीदारी के साथ प्रतिक्रियाओं में बनने वाले OH रेडिकल्स की सांद्रता पर निर्भर करता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड के दहन की प्रतिक्रिया की ख़ासियत इसके तीव्र मंदी में निहित है जब हाइड्रोजन परमाणुओं के लिए उच्च आत्मीयता वाले छोटे योजक को प्रतिक्रिया प्रणाली में पेश किया जाता है। ऐसे पदार्थ जो CO के दहन को रोकते हैं, वे हैलोजन और हैलोजनयुक्त हाइड्रोकार्बन हैं। प्रतिक्रिया के अनुसार हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ बातचीत करते समय उनका निरोधात्मक प्रभाव प्रतिक्रिया श्रृंखलाओं की समाप्ति के कारण होता है

2.4. हाइड्रोकार्बन का दहन

हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड की दहन प्रक्रियाओं पर विचार दहन प्रतिक्रिया तंत्र की जटिलता को दर्शाता है। एच 2 और सीओ के मामले में, प्रतिक्रिया कई प्रारंभिक चरणों और मध्यवर्ती उत्पादों की भागीदारी के साथ एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के रूप में आगे बढ़ती है। इसलिए, यह अपेक्षा करना स्वाभाविक है कि अधिक जटिल पदार्थों - हाइड्रोकार्बन - के दहन प्रतिक्रियाओं का तंत्र और भी जटिल है और इन यौगिकों के प्रज्वलन और दहन की प्रक्रियाओं के साथ होने वाले प्रभाव अधिक विविध हैं।

उनके दहन के दौरान हाइड्रोकार्बन की रासायनिक अधिकता की प्रकृति पर वर्तमान में उपलब्ध जानकारी, कुछ अनुमानों के साथ, देखे गए प्रभावों की व्याख्या करना संभव बनाती है।

यह पाया गया कि हाइड्रोकार्बन लपटों में, पहले से ज्ञात सक्रिय कणों के साथ, अधिक जटिल संरचना के मध्यवर्ती उत्पादों की एक बड़ी संख्या होती है। कुछ मामलों में, वे नई श्रृंखलाओं की उत्पत्ति के स्रोत बन जाते हैं। हाइड्रोकार्बन के प्रज्वलन और दहन की प्रक्रियाओं में मुख्य भूमिका निम्न प्रकार के मध्यवर्ती यौगिकों द्वारा निभाई जाती है:

कोरोलचेंको ए.वाईए। दहन और विस्फोट प्रक्रियाएं

1. हाइड्रोकार्बन मूलक, जो कार्बन का एक अणु है
लेवोडोराइड, जिसमें से एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणु हटा दिए गए हैं। इन
अवशेषों को एल्काइल कहा जाता है (CH3 - मिथाइल; C2H5 - एथिल; C3H7 - प्रोपाइल और
आदि।)। उच्च के कारण जेटमुक्त ऐल्किल
लंबे समय तक मौजूद नहीं है। आग की लपटों में मध्यवर्ती के रूप में उपस्थित
उत्पाद। अन्य अणुओं के साथ बातचीत करते समय, वे व्यवहार करते हैं
एक स्वतंत्र संरचनात्मक समूह के रूप में। हाइड्रोकार्बन रेडिकल्स
आमतौर पर आर अक्षर द्वारा दर्शाया जाता है।

2. पेरोक्साइड - सामान्य सूत्र R-00-R "के यौगिक।
3.एल्डिहाइड - प्रकार के यौगिक

सबसे सरल एल्डिहाइड फॉर्मिक (फॉर्मेल्डिहाइड) और एसिटिक (एसिटाल्डिहाइड) हैं ... ये सभी पदार्थ हैं

जहां हाइड्रोकार्बन के अधूरे दहन के उत्पादों में मौजूद है।

हाइड्रोकार्बन के दहन के दौरान एक श्रृंखला का न्यूक्लियेशन कोई भी प्रतिक्रिया हो सकती है जिसमें हाइड्रोकार्बन रेडिकल बनते हैं। यह दो मुक्त मिथाइल समूहों के गठन के साथ एक ईथेन अणु के अपघटन की प्रतिक्रिया हो सकती है:

या ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोकार्बन की प्रतिक्रिया:

गठन की प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप श्रृंखलाओं की निरंतरता होती है | पेरोक्साइड या हाइड्रोपरॉक्साइड:

हाइड्रोपरॉक्साइड के अपघटन के दौरान जंजीरों की शाखाएँ की जाती हैं:

अध्याय 2. दहन के दौरान रासायनिक प्रक्रियाएं

प्रतिक्रियाओं के दिए गए क्रम से प्रतिक्रियाशील प्रणाली में पेरोक्साइड यौगिकों की एकाग्रता में क्रमिक वृद्धि होती है।

साथ ही पेरोक्साइड, रेडिकल्स और के संचय के साथ

समानांतर प्रतिक्रियाएं हैं:

ये प्रतिक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक हैं; उनके पाठ्यक्रम के दौरान, बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है।

प्रतिक्रियाशील मिश्रण के तापमान में वृद्धि के साथ, सक्रिय केंद्रों की भूमिका निम्नलिखित क्रम में कुछ मध्यवर्ती उत्पादों से दूसरों तक जाती है: एल्काइल हाइड्रोपरॉक्साइड्स, एसाइल हाइड्रोपरॉक्साइड्स, फॉर्मलाडेहाइड।

प्रायोगिक अनुसंधानउच्च तापमान क्षेत्र (600-800 डिग्री सेल्सियस) में समय के साथ प्रतिक्रियाशील मिश्रण की संरचना में परिवर्तन से पता चलता है कि प्रारंभिक हाइड्रोकार्बन को अंतिम दहन उत्पादों में परिवर्तित करने की प्रक्रिया दो चरणों में विभाजित है: पहले में, जो आगे बढ़ता है एक बहुत ही उच्च दर, हाइड्रोकार्बन CO में ऑक्सीकृत हो जाते हैं। दूसरे, धीमी अवस्था में, CO का ऑक्सीकरण होता है। इससे एक बहुत ही महत्वपूर्ण निष्कर्ष निकलता है: हाइड्रोकार्बन के दहन की कई नियमितताओं को कार्बन मोनोऑक्साइड के दहन की ख़ासियत से समझाया जा सकता है।

2.5. जलता हुआ कार्बन

कार्बन का दहन एक विषम प्रक्रिया के तंत्र के अनुसार होता है, जिसकी विशिष्टता इस तथ्य में निहित है कि रासायनिक चरण को गैसीय ऑक्सीडाइज़र (वायु ऑक्सीजन) को आसपास के स्थान से स्थानांतरित करने की प्रक्रिया से अलगाव में नहीं माना जा सकता है। जलने की सतह ठोस... जलने की दर दोनों पर निर्भर करती है रासायनिक गुणकार्बन, और उन विशेषताओं पर जो ईंधन की सतह पर ऑक्सीजन की आपूर्ति की प्रक्रिया को निर्धारित करती हैं। दहन क्षेत्र में ऑक्सीजन की आपूर्ति प्रसार के माध्यम से की जाती है और इसलिए

कोरोलचेंको ए.वाईए। दहन और विस्फोट प्रक्रियाएं

कई कारकों पर निर्भर करता है: जलते हुए शरीर का आकार और आकार, गैसीय माध्यम की गति, ऑक्सीजन और प्रतिक्रिया उत्पादों के प्रसार गुणांक, ईंधन की सतह के ऊपर की जगह में और कोयले और कोक में निहित दरारें और छिद्रों में महत्वपूर्ण रूप से मात्रा।

कार्बन के विषम दहन की विशेषताओं को स्पष्ट करने के लिए, आइए हम 900 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गरम की गई भट्टी में रखे कोयले के एक अलग टुकड़े के व्यवहार पर विचार करें। प्रारंभिक क्षण में, कोयले का दहन इसकी सतह के पास स्थित ऑक्सीजन के कारण होगा। इसके सेवन के बाद, गर्म सतह के चारों ओर दहन उत्पादों की एक परत बन जाती है -। दहन दर कम हो जाएगी, और यदि गैस स्थान के अधिक दूर के क्षेत्रों से ऑक्सीजन की आपूर्ति नहीं होती तो प्रक्रिया रुक सकती थी।

यह प्रविष्टि प्रसार के माध्यम से होती है, और दहन की दर प्रसार प्रवाह के परिमाण द्वारा निर्धारित की जाएगी। प्रसार की तीव्रता काफी हद तक जलती हुई सतह के पास गैसीय माध्यम की गति की तीव्रता और प्रकृति पर निर्भर करती है। स्पीड रासायनिक प्रतिक्रियामुख्य रूप से तापमान द्वारा निर्धारित किया जाता है। विषम प्रतिक्रियाएं, साथ ही सजातीय, अरहेनियस कानून का पालन करती हैं।

पर उच्च तापमानकार्बन की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया बहुत तेज़ी से आगे बढ़ती है, और प्रक्रिया की कुल दर सतह पर ऑक्सीजन के प्रसार से सीमित हो जाएगी।

इस प्रकार, कार्बन की दहन प्रक्रिया में अलग-अलग प्रकृति की दो प्रक्रियाएं होती हैं: गैस के स्थान से वायु ऑक्सीजन को उसके उपभोग के स्थान पर स्थानांतरित करने की प्रक्रिया और ठोस कार्बन की सतह के साथ इसके रासायनिक संपर्क की प्रक्रिया। ये दोनों प्रक्रियाएं आपस में जुड़ी हुई हैं, लेकिन प्रत्येक के अपने कानून हैं। इन प्रक्रियाओं में सबसे महत्वपूर्ण ऑक्सीजन की खपत की प्रक्रिया है, जो विभिन्न प्रकार की रासायनिक प्रतिक्रियाओं की विशेषता है।

कार्बन के साथ ऑक्सीजन के संयोजन की जटिल प्रतिक्रिया के तंत्र में दो ऑक्साइड CO और C0 2 का एक साथ गठन C X 0 Y के एक मध्यवर्ती भौतिक रासायनिक परिसर के माध्यम से होता है, जिसे बाद में CO और में विभाजित किया जाता है। इन आक्साइडों के बीच का अनुपात दहन की स्थिति पर निर्भर करता है। तदनुसार, कार्बन के दहन के लिए प्रतिक्रिया समीकरण निम्नानुसार लिखा जा सकता है:

अध्याय 2. दहन के दौरान रासायनिक प्रक्रियाएं

तब कार्बन मोनोऑक्साइड की एक सजातीय दहन प्रतिक्रिया होती है:

जिसके तंत्र की चर्चा खंड 2.3 में की गई है।

यह अभिक्रिया कार्बन सतह के निकट दोनों ओर आगे बढ़ सकती है, इसलिएऔर कोयले के द्रव्यमान के अंदर, उसके छिद्रों और दरारों में।

एक अन्य प्रतिक्रिया गर्म कार्बन और कार्बन डाइऑक्साइड के बीच एक विषम प्रतिक्रिया है:

यह उन जगहों पर ध्यान देने योग्य गति से बहती है जहां ऑक्सीजन की कमी होती है, लेकिन जहां कार्बन का तापमान काफी अधिक होता है।

वर्णित प्रतिक्रियाओं का संयोजन कार्बन दहन उत्पादों की संरचना को निर्धारित करता है।

दहन प्रक्रियाओं की घटना

दहनशील मिश्रणों में जलने का परिणाम स्वतःस्फूर्त दहन, बाहरी स्रोत द्वारा प्रज्वलन या स्वतःस्फूर्त दहन के परिणामस्वरूप हो सकता है। यदि गैसीय, तरल या ठोस अवस्था में पदार्थों के लिए स्व-प्रज्वलन और प्रज्वलन की प्रक्रियाएं विशिष्ट हैं, तो सहज दहन ठोस पदार्थों (विशेष रूप से बारीक कुचल अवस्था में) या उच्च-उबलते तरल पदार्थों के लिए विशिष्ट है, जो विकसित पदार्थों के साथ सामग्री पर वितरित होते हैं। सतह।

3.1. आत्म-प्रज्वलन। स्थिर सिद्धांत

सरल रूप से, दहन को वायुमंडलीय ऑक्सीजन द्वारा पदार्थों के ऑक्सीकरण की तेजी से बहने वाली एक्ज़ोथिर्मिक प्रक्रिया के रूप में समझा जाता है जिसमें महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी और प्रकाश का उत्सर्जन होता है।

दहन एक दहनशील पदार्थ और एक ऑक्सीडाइज़र के साथ-साथ कुछ पदार्थों के अपघटन की एक जटिल भौतिक-रासायनिक प्रक्रिया है, जो रिलीज के साथ एक आत्म-त्वरित परिवर्तन की विशेषता है। एक लंबी संख्यागर्मी और प्रकाश उत्सर्जन। 21 . की सांद्रता के साथ वायु ऑक्सीजन के बारे में। %... दहन प्रक्रिया की घटना और विकास के लिए, एक दहनशील पदार्थ, एक ऑक्सीकरण एजेंट और एक प्रज्वलन स्रोत की आवश्यकता होती है, जो ईंधन और ऑक्सीकरण एजेंट के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया की एक निश्चित दर शुरू करता है।

दहन, एक नियम के रूप में, गैस चरण में होता है, इसलिए, संघनित अवस्था (तरल और ठोस) में दहनशील पदार्थों को दहन की घटना और रखरखाव के लिए गैसीकरण (वाष्पीकरण, अपघटन) से गुजरना पड़ता है। गर्मी और द्रव्यमान हस्तांतरण प्रक्रियाओं, गैस-गतिशील कारकों, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के कैनेटीक्स और अन्य कारकों के साथ-साथ प्रतिक्रिया के कारण दहन को विभिन्न प्रकार और विशेषताओं द्वारा प्रतिष्ठित किया जाता है। बाहरी स्थितियांऔर प्रक्रिया के विकास की प्रकृति।

2.4.2.1. दहन प्रक्रियाओं का वर्गीकरण।

जलन हो सकती है सजातीयतथा विजातीयदहनशील पदार्थों और ऑक्सीडाइज़र के एकत्रीकरण की स्थिति पर निर्भर करता है।

सजातीय दहन तब होता है जब दहनशील मिश्रण के प्रतिक्रियाशील घटकों में एकत्रीकरण की स्थिति समान होती है। सजातीय दहन हो सकता है गतिजतथा प्रसारदहनशील घटकों के मिश्रण के गठन की स्थितियों और रासायनिक प्रतिक्रियाओं और मिश्रण के गठन की दर के अनुपात पर निर्भर करता है। एक या दूसरे दहन मोड का एहसास होता है, उदाहरण के लिए, आग में, जिसके आधार पर दहन प्रक्रिया के कौन से चरण सीमित हैं: मिश्रण के गठन की दर या रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर।

प्रीमिक्स्ड गैस या वाष्प-वायु मिश्रण का काइनेटिक दहन (प्रक्रिया का सीमित चरण रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर है), जो अक्सर विस्फोटक होता है (यदि मिश्रण एक बंद जगह में बनता है), क्योंकि इस मामले में जारी ऊर्जा के पास इस स्थान से बाहर निकलने का समय नहीं है। काइनेटिक दहन भी शांत हो सकता है यदि दहनशील मिश्रण दहन क्षेत्र में ईंधन की निरंतर आपूर्ति के साथ एक छोटी, खुली जगह में प्रारंभिक रूप से बनाया गया हो।

प्रसार दहन मोड का एहसास तब होता है जब एक दहनशील मिश्रण सीधे दहन क्षेत्र में बनाया जाता है, जब ऑक्सीडेंट प्रसार प्रक्रियाओं के कारण इसमें प्रवेश करता है, उदाहरण के लिए, जब विजातीयजलता हुआ।

एक दहनशील पदार्थ और एक ऑक्सीकरण एजेंट के एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों के तहत विषम दहन किया जाता है। विषम दहन में, संघनित दहनशील पदार्थों (तरल पदार्थ, ठोस) से प्रतिक्रिया क्षेत्र में बनने वाले वाष्प के प्रवाह की तीव्रता द्वारा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है।

गैस-गतिशील दृष्टिकोण से, दहन हो सकता है लामिना कातथा उपद्रवी.

दहन प्रक्रिया का लामिना शासन तब होता है जब दहनशील मिश्रण के घटक रेनॉल्ड्स मानदंड (0 के निम्न मूल्यों पर प्रतिक्रिया क्षेत्र में प्रवेश करते हैं)< पुनः < 200), т.е. в основном за счёт молекулярной диффузии. Процесс характеризуется малыми скоростями газовыхईंधन और आक्सीकारक धाराएंऔर अंतरिक्ष में प्रतिक्रिया क्षेत्र (लौ सामने) का परत-दर-परत प्रसार। इस मामले में जलने की दर दहनशील मिश्रण के बनने की दर पर निर्भर करती है।

प्रक्रिया के अशांत मोड का एहसास तब होता है जब दहनशील मिश्रण के घटक रेनॉल्ड्स मानदंड (230) के बड़े मूल्यों पर प्रतिक्रिया क्षेत्र में प्रवेश करते हैं।< आर इ< 10000). दहनइस मोड में गैस की गति में वृद्धि के साथ होता है धाराओंजब उनके आंदोलन की लैमिनारिटी का उल्लंघन होता है। एक अशांत दहन मोड में, गैस जेट के घूमने से प्रतिक्रियाशील घटकों के मिश्रण में सुधार होता है, जबकि सतह क्षेत्र जिसके माध्यम से आणविक प्रसार होता है, जिसके परिणामस्वरूप अंतरिक्ष में लौ प्रसार की गति में वृद्धि होती है।

अंतरिक्ष में ज्वाला के प्रसार की गति के अनुसार दहन में विभाजित किया गया है:

– दमक(लौ प्रसार गति कुछ हद तक है एमएस);

– विस्फोटक(लौ प्रसार गति दसियों और सैकड़ों एमएस, लेकिन हवा में ध्वनि प्रसार की गति (344 .) से अधिक नहीं एमएस));

– विस्फोट(लौ के प्रसार की गति हवा में ध्वनि की गति से अधिक है)।

रासायनिक प्रतिक्रियाओं की घटना की गहराई के आधार पर, दहन हो सकता है पूर्णतथा अधूरा.

पूर्ण दहन के साथ, प्रतिक्रिया अंत तक आगे बढ़ती है, अर्थात। उन पदार्थों के बनने से पहले जो एक दूसरे के साथ ईंधन और एक ऑक्सीडाइज़र के साथ आगे बातचीत करने में असमर्थ हैं (एक दहनशील पदार्थ और एक ऑक्सीडाइज़र का प्रारंभिक अनुपात कहा जाता है) स्टोइकोमेट्रिक) एक उदाहरण के रूप में, प्रतिक्रिया के अनुसार आगे बढ़ने वाली मीथेन के पूर्ण दहन पर विचार करें

चौधरी 4 + 2हे 2 = सीओ 2 + 2एच 2 हे+ क्यू

कहा पे क्यू - ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया के परिणामस्वरूप निकलने वाली ऊष्मा, जे.

हाइड्रोकार्बन के पूर्ण दहन के मामले में, प्रतिक्रिया उत्पाद कार्बन डाइऑक्साइड और पानी होते हैं, अर्थात, गैर विषैले और गैर-ज्वलनशील पदार्थ। पूर्ण दहन को ईंधन और ऑक्सीडाइज़र के स्टोइकोमेट्रिक अनुपात के साथ और दहनशील मिश्रण में इसकी स्टोइकोमेट्रिक सामग्री के संबंध में ऑक्सीडाइज़र की अधिकता के साथ महसूस किया जा सकता है।

अधूरा दहन अपूर्ण रासायनिक प्रतिक्रिया की विशेषता है, अर्थात। ऑक्सीकरण एजेंट की उपस्थिति में प्रतिक्रिया उत्पाद इसके साथ आगे बातचीत कर सकते हैं। अधूरा दहन दहनशील मिश्रण में ऑक्सीडाइज़र की अपर्याप्त (स्टोइकोमेट्रिक की तुलना में) सामग्री के साथ होता है। अधूरे दहन के परिणामस्वरूप, उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन, विषाक्त और ज्वलनशील घटक जैसे सीओ, एच 2, बेंज़पाइरीन, साथ(कालिख), कार्बनिक रेजिन, आदि, कुल मिलाकर लगभग 300 रासायनिक यौगिक और तत्व।

Ceteris paribus, पूर्ण दहन के साथ, अपूर्ण दहन की तुलना में उच्च तापमान विकसित होता है।

2.4.2.2. दहन प्रक्रियाओं के मुख्य तंत्र।

दहन गर्मी की रिहाई और प्रकाश के उत्सर्जन के साथ होता है और सिस्टम में गर्मी के संचय से जुड़ी प्रक्रिया के एक प्रगतिशील आत्म-त्वरण की स्थितियों में होता है ( थर्मल दहन) या सक्रिय मध्यवर्ती प्रतिक्रिया उत्पादों को उत्प्रेरित करना ( जंजीर जलना).

एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया के दौरान थर्मल दहन संभव है, जिसकी दर सिस्टम में जमा होने वाली गर्मी के प्रभाव में तेजी से बढ़ जाती है, जिससे तापमान में वृद्धि होती है। उस तापमान तक पहुंचने पर जिस पर प्रतिक्रिया से गर्मी का इनपुट गर्मी के नुकसान से अधिक हो जाता है वातावरण, सिस्टम का एक स्व-हीटिंग होता है, जिसके परिणामस्वरूप दहनशील मिश्रण का स्वतःस्फूर्त प्रज्वलन होता है। इन शर्तों के तहत, प्रतिक्रिया का एक सहज विकास देखा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप उत्पादों को ऐसे तापमान पर गर्म किया जाता है, जिस पर वे प्रकाश का उत्सर्जन करना शुरू करते हैं (900 से अधिक) डिग्री सेल्सियस) प्रति थर्मल दहनवायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ और बिना प्रक्रियाएं शामिल हैं (विस्फोटकों का अपघटन, ओजोन, एसिटिलीन, पेरोक्साइड (उदाहरण के लिए, एन 2 हे 2), हैलोजन, सल्फर, आदि के साथ कुछ धातुओं की परस्पर क्रिया)।

श्रृंखला दहन केवल उन प्रतिक्रियाओं में संभव है जिनके लिए प्रज्वलन या विस्फोट का आधार एक श्रृंखला प्रक्रिया है। उत्तरार्द्ध अस्थिर मध्यवर्ती प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन के साथ है जो सक्रिय केंद्रों (परमाणु और अणु मुक्त रासायनिक बंधनों के साथ) को पुन: उत्पन्न करते हैं, जो प्रक्रिया को तेज करते हैं। पर्याप्त संख्या में सक्रिय केंद्रों का संचय श्रृंखला प्रक्रिया के एक थर्मल में संक्रमण और मिश्रण के तापमान में वृद्धि को इसके ऑटोइग्निशन के बिंदु तक बढ़ाने में योगदान देता है। ऐसे सक्रिय केंद्र अणुओं की तापीय कंपन गति की दर में वृद्धि के परिणामस्वरूप प्रकट होते हैं, और वे जंजीरों की शाखाओं के कारण गुणा करते हैं। एक श्रृंखला तंत्र द्वारा आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रियाओं के प्रारंभिक चरणों में, प्रतिक्रियाशील पदार्थों की रासायनिक ऊर्जा मुख्य रूप से नए सक्रिय केंद्रों के गठन के लिए स्थानांतरित की जाती है। सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता को बदलने की प्रक्रिया को समीकरण द्वारा वर्णित किया गया है:

(1)

कहां एन - प्रतिक्रिया क्षेत्र में सक्रिय केंद्रों की संख्या;

τ - समय;

वू 0 सक्रिय केंद्रों के न्यूक्लियेशन की दर है;

φ शाखाओं के टूटने और जंजीरों के टूटने की दरों में अंतर की निरंतर विशेषता है।

पदार्थ की संरचना के आणविक गतिज सिद्धांत (एमकेटी) के दृष्टिकोण से, रासायनिक दहन प्रतिक्रियाएं ईंधन और ऑक्सीडाइज़र अणुओं की बातचीत के परिणामस्वरूप होती हैं। दहनशील मिश्रण के दो घटकों के बीच आणविक संपर्क की ताकतें बहुत कम दूरी पर प्रकट होती हैं, और बाद में वृद्धि के साथ, वे तेजी से घट जाती हैं। इसलिए, ईंधन के अणुओं और ऑक्सीडाइज़र के बीच बातचीत तभी संभव है जब वे एक साथ आते हैं, जिसे टकराव माना जा सकता है। नतीजतन, ईंधन और ऑक्सीडाइज़र के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया घटकों के मिश्रण और अणुओं के लोचदार टकराव के भौतिक कार्य से पहले होनी चाहिए।

प्रति इकाई आयतन में गैस के अणुओं के टकराने की संख्या की गणना करना आसान है। इसलिए, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के स्टोइकोमेट्रिक मिश्रण के लिए (2 एन 2 + हे 2) 288 . के तापमान पर प्रतितथा वायु - दाब (~ 101325 देहात) 1 . में टक्करों की संख्या साथपहले में सेमी 3 8.3 · 10 28 तक पहुँचता है। यदि इन सभी टकरावों से रासायनिक प्रतिक्रिया होती है, तो पूरा मिश्रण बहुत जल्दी प्रतिक्रिया करेगा। अभ्यास से पता चलता है कि इन परिस्थितियों में दहन प्रतिक्रिया बिल्कुल भी आगे नहीं बढ़ती है, क्योंकि इन सभी टकरावों से रासायनिक अंतःक्रिया नहीं होती है।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया होने के लिए, प्रतिक्रिया करने वाले अणुओं को उत्तेजित अवस्था में होना चाहिए। ऐसा उत्तेजना रासायनिक हो सकता है, जब अणुओं के परमाणुओं में एक या दो मुक्त संयोजकताएं होती हैं (ऐसे अणुओं को रेडिकल कहा जाता है और उन्हें निरूपित किया जाता है, उदाहरण के लिए, चौधरी 3 , वह , चौधरी 2, आदि) और भौतिक जब, धीमी गति से हीटिंग के परिणामस्वरूप, अणु महत्वपूर्ण मूल्य से ऊपर गतिज ऊर्जा प्राप्त करते हैं।

वे अणु जिनमें विद्यमान बंधों को तोड़ने या कमजोर करने के लिए आवश्यक ऊर्जा की आपूर्ति होती है, रासायनिक प्रतिक्रिया के सक्रिय केंद्र कहलाते हैं।

सक्रिय अवस्था में और सामान्य अवस्था में अणुओं के औसत ऊर्जा स्तरों के बीच का अंतर, अर्थात। एक निष्क्रिय, उत्तेजित अवस्था में, सक्रियण ऊर्जा कहलाती है ( इ ए) सक्रियण ऊर्जा का संख्यात्मक मान जितना अधिक होगा, अभिकर्मकों की दी गई जोड़ी को रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करना उतना ही कठिन होगा और इसके विपरीत। इसलिए, सक्रियण ऊर्जा, जैसा कि यह थी, डिग्री का एक अप्रत्यक्ष संकेतक है आग जोखिमज्वलनशील पदार्थ।

सक्रियण ऊर्जा के मूल्य का अनुमान सूत्र द्वारा लगाया जा सकता है:

कहां इ ए- सक्रियण ऊर्जा, जे;

क- बोल्ट्जमैन का स्थिरांक 1.38 · 10 -23 . के बराबर जम्मू / सी;

टी- निरपेक्ष तापमान, प्रति.

मुख्य रासायनिक दहन प्रक्रिया की प्रकृति कई भौतिक प्रक्रियाओं पर निर्भर करती है:

- अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों (प्रसार प्रक्रियाओं) की आवाजाही;

- गर्मी की रिहाई और वितरण (गर्मी हस्तांतरण प्रक्रियाएं);

- वायुगतिकीय और हाइड्रोडायनामिक स्थितियां गर्मी और पदार्थ (संवहन प्रक्रियाओं) के हस्तांतरण को सुनिश्चित करती हैं।

इन कारकों को ध्यान में रखने की आवश्यकता दहन प्रक्रियाओं के अध्ययन और सैद्धांतिक विवरण को काफी जटिल बनाती है।

दहन ठोस, जो गर्म करने पर गैस (वाष्प) चरण नहीं बनाता है, विषम है और इंटरफ़ेस पर आगे बढ़ता है; इसलिए, ऊपर चर्चा किए गए कारकों के साथ जो प्रक्रिया की प्रकृति को प्रभावित करते हैं, ठोस चरण सतह के आयाम और प्रकृति एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। महत्वपूर्ण भूमिका (यह एरोसोल के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है)।

2.4.2.3. इग्निशन दालें।

दहन होने के लिए, एक दहनशील पदार्थ और एक ऑक्सीडाइज़र के अलावा, एक प्रारंभिक ऊर्जा आवेग की आवश्यकता होती है (अक्सर गर्मी की रिहाई के साथ), जो दहनशील मिश्रण की एक छोटी मात्रा के प्रज्वलन का कारण बनता है, जिसके बाद दहन पूरे फैल जाता है वह स्थान जिसमें इसे वितरित किया जाता है।

भौतिक, रासायनिक और सूक्ष्मजीवविज्ञानी प्रक्रियाओं के दौरान एक प्रज्वलन आवेग उत्पन्न हो सकता है जो गर्मी उत्पन्न करने में योगदान देता है। इन प्रक्रियाओं की प्रकृति के आधार पर, आवेगों को क्रमशः उप-विभाजित किया जाता है शारीरिक, रासायनिक, तथा सूक्ष्मजीवविज्ञानी।

चूंकि जब एक भौतिक आवेग को सिस्टम पर लागू किया जाता है, तो गर्मी निकलती है, जो कि रासायनिक प्रक्रिया का परिणाम नहीं है, इस आवेग को थर्मल माना जाता है। सिस्टम को गर्म करने के लिए एक ऊष्मा आवेग की क्रिया हो सकती है:

– संपर्क Ajay करें- अपने स्रोत के साथ दहनशील मिश्रण के संपर्क के कारण गर्मी हस्तांतरण किया जाता है;

– विकिरण- दहनशील मिश्रण की ऊष्मा का स्थानांतरण ताप स्रोत से विद्युत चुम्बकीय विकिरण द्वारा होता है;

– कंवेक्शन- दहनशील प्रणाली में गर्मी का स्थानांतरण एक पदार्थ (वायु या गति में अन्य गैस) द्वारा होता है;

– हाइड्रोलिक(गतिशील) - गैस मिश्रण की मात्रा में तेजी से कमी के साथ-साथ बाद के दबाव में वृद्धि के कारण गर्मी उत्पन्न होती है।

ऊष्मा आवेग के मुख्य स्रोत हैं:

– खुली लौ(तापमान ~ 1500 डिग्री सेल्सियस);

- गर्म सतह (तापमान> 900 .) डिग्री सेल्सियस);

- यांत्रिक चिंगारी (तापमान ~ 1200 डिग्री सेल्सियस)

- बिजली की चिंगारी (6000 . तक का तापमान) डिग्री सेल्सियस).

रासायनिक और सूक्ष्मजीवविज्ञानी आवेगों के साथ, प्रणाली में गर्मी का संचय एक रासायनिक प्रतिक्रिया, एक भौतिक रासायनिक प्रक्रिया (उदाहरण के लिए, सोखना) और सूक्ष्मजीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि के कारण होता है जिसके लिए एक दहनशील पदार्थ भोजन होता है।

2.4.2.4. दहन प्रतिक्रिया दर।

दहन प्रक्रिया की दर सामान्य दृष्टि सेसमीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है:

(3)

कहां ए ,बी - प्रतिक्रियाशील घटकों की एकाग्रता;

τ - समय,

या (4)

कहां मी, नहीं - दहन उत्पादों की एकाग्रता।

जलने की दर में वृद्धि के साथ सिस्टम में प्रति यूनिट समय में प्रवेश करने वाली गर्मी की मात्रा में वृद्धि होती है, और परिणामस्वरूप, दहन तापमान में वृद्धि होती है।

2.4.2.5. दहन तापमान।

दहन के दौरान, जारी की गई सभी गर्मी प्रतिक्रिया मिश्रण के तापमान को बढ़ाने पर खर्च नहीं की जाती है, क्योंकि इसका एक हिस्सा नुकसान के रूप में खपत होता है:

- रासायनिक और भौतिक अंडरबर्निंग, अंडरबर्निंग कारक द्वारा ध्यान में रखा गया ( β );

- ज्वाला का विद्युत चुम्बकीय विकिरण, उत्सर्जक पिंड के तापमान, उसके एकत्रीकरण की स्थिति और रासायनिक प्रकृति पर निर्भर करता है। यह निर्भरता उत्सर्जक पिंड की उत्सर्जकता से निर्धारित होती है ( ε ) और विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरंग दैर्ध्य;

- प्रवाहकीय-संवहनी नुकसान।

इसके आधार पर, दहन प्रक्रियाओं में 3 मुख्य प्रकार के तापमान होते हैं:

- कैलोरीमेट्रिक;

- सैद्धांतिक (गणना);

- वास्तविक।

कैलोरीमीटर का तापमान तब प्राप्त होता है जब दहन के दौरान निकलने वाली सारी गर्मी दहन उत्पादों को गर्म करने में खर्च हो जाती है, उदाहरण के लिए, बेंजीन के दहन के दौरान - 2533 प्रति, गैसोलीन - 2315 प्रति, हाइड्रोजन - 2503 प्रति, प्राकृतिक गैस – 2293 प्रति.

सैद्धांतिक (डिजाइन) तापमान दहन उत्पादों के पृथक्करण के लिए गर्मी के नुकसान को ध्यान में रखते हुए निर्धारित किया जाता है। हाइड्रोकार्बन दहनशील पदार्थों के दहन उत्पादों का महत्वपूर्ण पृथक्करण तापमान पर शुरू होता है> 2000 प्रति... औद्योगिक परिस्थितियों में आग के दौरान ऐसा उच्च तापमान व्यावहारिक रूप से नहीं होता है, इसलिए, इन मामलों में पृथक्करण के लिए गर्मी के नुकसान, एक नियम के रूप में, ध्यान में नहीं रखा जाता है।

वास्तविक दहन तापमान पर्यावरण के लिए गर्मी के नुकसान को ध्यान में रखते हुए निर्धारित किया जाता है और लगभग सभी दहनशील पदार्थों के लिए ~ 1300 - 1700 है प्रति.

अवधारणा की व्याख्या में अंतर जलता हुआलेखकों के वैज्ञानिक हितों की दिशा के कारण। हमारी राय में, राज्य सीमा सेवा के व्यावहारिक हित पूरी तरह से संगत हैं निम्नलिखित परिभाषाजलता हुआ:

दहनतेजी से रासायनिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं पर आधारित एक आत्मनिर्भर जटिल भौतिक रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें बड़ी मात्रा में गर्मी और प्रकाश की रिहाई होती है।

दहन के दौरान प्रमुख प्रक्रिया रासायनिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया है, यह प्रतिक्रिया है जो विभिन्न भौतिक प्रक्रियाओं की उपस्थिति पर जोर देती है: गर्मी हस्तांतरण, अभिकारकों का स्थानांतरण, विकिरण, आदि। ये भौतिक प्रक्रियाएं अपने स्वयं के कानूनों के अनुसार विकसित होती हैं। रासायनिक ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं में उनकी दर के संदर्भ में काफी संभावनाएं होती हैं, लेकिन वास्तविक गतिवास्तविक आग पर जलना कम होता है, क्योंकि शारीरिक प्रक्रियाओं की गति से सीमित।

दहन के दौरान रासायनिक प्रतिक्रियाएं बहुस्तरीय होती हैं,...
और सबसे महत्वपूर्ण बात, चेन। होने वाली प्रक्रियाओं के तंत्र को समझे बिना, लौ के प्रसार के कारणों, इसकी गति में अंतर, दहन तापमान के मूल्य आदि को समझना असंभव है।

दहन के दौरान रासायनिक प्रतिक्रियाओं का तंत्र

"रासायनिक कैनेटीक्स" विषय में हमने देखा कि रासायनिक प्रतिक्रियाएं प्रतिक्रिया करने वाले घटकों (अणुओं, परमाणुओं, रेडिकल्स) के सीधे संपर्क के दौरान होती हैं, लेकिन केवल उन मामलों में जब उनकी ऊर्जा एक निश्चित ऊर्जा सीमा से अधिक हो जाती है, जिसे सक्रियण ऊर्जा कहा जाता है ई ए। आइए हम दहन के दौरान प्रतिक्रियाशील घटकों (ईंधन और ऑक्सीडाइज़र) और प्रतिक्रिया उत्पादों की ऊर्जा में परिवर्तन को ग्राफिक रूप से चित्रित करें (चित्र 1.1।)

भुज दहन प्रतिक्रिया पथ दिखाता है, और कोटि ऊर्जा दिखाता है। - प्रतिक्रियाशील घटकों की औसत प्रारंभिक ऊर्जा, - दहन उत्पादों की औसत ऊर्जा।

चित्र 1.1। दहन के दौरान अभिकारकों और प्रतिक्रिया उत्पादों की ऊर्जा में परिवर्तन

केवल ईंधन और ऑक्सीकारक के सक्रिय कण ही ​​दहन प्रतिक्रिया में प्रवेश करेंगे, जिसमें बातचीत करने के लिए आवश्यक ऊर्जा होगी, अर्थात। ऊर्जा बाधा को दूर करने में सक्षम। सक्रिय कणों की औसत ऊर्जा की तुलना में अतिरिक्त ऊर्जा को सक्रियण ऊर्जा कहा जाता है। चूंकि दहन के दौरान होने वाली प्रतिक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक होती हैं ... परिणामी दहन उत्पादों और प्रारंभिक पदार्थों (ईंधन और ऑक्सीडाइज़र) की ऊर्जा के बीच का अंतर प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव को निर्धारित करता है:

ज्वलनशील मिश्रण के तापमान में वृद्धि के साथ सक्रिय अणुओं का अनुपात बढ़ता है।

चित्र 1.2. तापमान पर अणुओं के बीच ऊर्जा का वितरण दिखाया गया है। यदि हम ऊर्जा अक्ष के साथ सक्रियण ऊर्जा के बराबर एक मान चिह्नित करते हैं, तो हम दिए गए तापमान पर मिश्रण में सक्रिय अणुओं का अंश प्राप्त करते हैं। यदि, ऊष्मा स्रोत के प्रभाव में, मिश्रण का तापमान एक मान तक बढ़ गया है, तो सक्रिय अणुओं का अंश भी बढ़ जाएगा, और, परिणामस्वरूप, दहन प्रतिक्रिया की दर।

हालांकि, ऐसी रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं जिन्हें उनके विकास के लिए ध्यान देने योग्य प्रीहीटिंग की आवश्यकता नहीं होती है। ये चेन रिएक्शन हैं।

श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के सिद्धांत का आधार यह धारणा है कि प्रारंभिक पदार्थ तुरंत अंतिम उत्पाद में परिवर्तित नहीं होते हैं, लेकिन सक्रिय मध्यवर्ती उत्पादों के गठन के साथ

प्राथमिक रासायनिक प्रतिक्रिया के उत्पाद में ऊर्जा की एक बड़ी आपूर्ति होती है, जो प्रतिक्रिया उत्पादों के अणुओं के टकराने या विकिरण के कारण आसपास के स्थान में नष्ट हो सकती है, और प्रतिक्रिया करने वाले घटकों के अणुओं में स्थानांतरित की जा सकती है, उन्हें परिवर्तित कर सकती है। सक्रिय अवस्था में। प्रतिक्रियाशील पदार्थों के ये सक्रिय अणु (परमाणु, रेडिकल) प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला उत्पन्न करते हैं, जहां ऊर्जा एक अणु से दूसरे में स्थानांतरित होती है। इसलिए, ऐसी प्रतिक्रियाओं को श्रृंखला प्रतिक्रिया कहा जाता है।

रासायनिक रूप से सक्रिय अणु, परमाणु, मूलक जो एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के प्रारंभिक चरणों में बनते हैं - श्रृंखला लिंक - सक्रिय केंद्र कहलाते हैं। अधिकांश सक्रिय केंद्र परमाणु और मूलक हैं, जो सबसे अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं। लेकिन परिणामस्वरूप, वे अस्थिर होते हैं, क्योंकि कम गतिविधि वाले उत्पादों के निर्माण के साथ पुनर्संयोजन प्रतिक्रियाओं में प्रवेश कर सकते हैं।

एक प्रारंभिक सक्रिय केंद्र द्वारा गठित श्रृंखला की लंबाई कई लाख लिंक तक पहुंच सकती है। श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के गतिज नियम महत्वपूर्ण रूप से इस बात पर निर्भर करते हैं कि श्रृंखला में एक कड़ी में कितने सक्रिय केंद्र बनते हैं। यदि मूल सक्रिय केंद्र की भागीदारी के परिणामस्वरूप, केवल एक सक्रिय केंद्र बनता है, तो ऐसी श्रृंखला प्रतिक्रिया को अशाखित कहा जाता है, लेकिन यदि श्रृंखला की एक कड़ी में दो या दो से अधिक सक्रिय केंद्र बनते हैं, तो ऐसी श्रृंखला अभिक्रिया को शाखित कहते हैं। शाखित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की दर हिमस्खलन की तरह बढ़ जाती है, जो दहन के दौरान रासायनिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के आत्म-त्वरण का कारण है, क्योंकि उनमें से अधिकांश को शाखित श्रृंखला प्रतिक्रियाओं के तंत्र की विशेषता है।

लगभग किसी भी दहन प्रतिक्रिया में एक साथ थर्मल और चेन रिएक्शन तंत्र दोनों के संकेत हो सकते हैं। पहले सक्रिय केंद्रों का न्यूक्लियेशन एक थर्मल प्रकृति का हो सकता है, और एक श्रृंखला तंत्र द्वारा सक्रिय कणों की प्रतिक्रिया से गर्मी की रिहाई, दहनशील मिश्रण का ताप, और नए सक्रिय केंद्रों का थर्मल न्यूक्लिएशन होता है।

किसी भी श्रृंखला प्रतिक्रिया में श्रृंखला के न्यूक्लियेशन, निरंतरता और समाप्ति के प्रारंभिक चरण होते हैं।

श्रृंखला की उत्पत्तिएक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया है। मुक्त कणों का बनना (अर्थात मुक्त संयोजकता वाले परमाणु या परमाणुओं के समूह, उदाहरण के लिए, ) प्रारंभिक पदार्थों के अणुओं से, संभवतः मोनोमोलेक्यूलर या द्वि-आणविक बातचीत के परिणामस्वरूप, साथ ही दहनशील मिश्रण पर किसी भी बाहरी प्रभाव के परिणामस्वरूप - दीक्षा।

विशेष पदार्थों को मिलाकर दीक्षा की जा सकती है - आरंभकर्ताओं, आसानी से मुक्त कण (उदाहरण के लिए, पेरोक्साइड, रासायनिक रूप से सक्रिय गैसों) का निर्माण, आयनकारी विकिरण के प्रभाव में, प्रकाश के प्रभाव में - फोटोकैमिकल दीक्षा। उदाहरण के लिए, क्लोरीन के साथ हाइड्रोजन की परस्पर क्रिया

सामान्य परिस्थितियों में यह अत्यंत धीमी गति से और तेज रोशनी में आगे बढ़ता है ( सूरज की रोशनी, जलता हुआ मैग्नीशियम) एक विस्फोट के साथ आगे बढ़ता है।

प्रतिक्रियाओं के लिए श्रृंखला की निरंतरताएक श्रृंखला प्रतिक्रिया के प्रारंभिक चरण शामिल हैं जो मुक्त संयोजकता के प्रतिधारण के साथ आगे बढ़ते हैं और प्रारंभिक सामग्री की खपत और प्रतिक्रिया उत्पादों के निर्माण के लिए अग्रणी होते हैं।

श्रृंखला दीक्षा:

शाखाओं की श्रृंखला:

खुला सर्किट:

सजातीय

विजातीय

श्रृंखला के विकास के साथ, जब सक्रिय केंद्रों की एकाग्रता काफी बड़ी हो जाती है, तो ऐसी कड़ी का निर्माण संभव है जिसमें सक्रिय केंद्र एक नया सक्रिय केंद्र बनाए बिना प्रतिक्रिया करेगा। इसे ओपन सर्किट कहते हैं।

खुला सर्किटसजातीय और विषम हो सकता है।

सजातीय श्रृंखला समाप्ति तब संभव है जब रेडिकल या परमाणु एक दूसरे के साथ स्थिर उत्पाद बनाने के लिए बातचीत करते हैं, या जब एक सक्रिय केंद्र एक अणु के साथ प्रतिक्रिया करता है जो नए सक्रिय केंद्रों को उत्पन्न किए बिना मुख्य प्रक्रिया के लिए विदेशी है।

श्रृंखला की विषम समाप्ति पोत की दीवारों पर होती है, जहां दहन प्रतिक्रिया होती है या गैस चरण में मौजूद ठोस माइक्रोपार्टिकल्स की सतह पर, कभी-कभी विशेष रूप से पेश की जाती है (उदाहरण के लिए, जैसे कि पाउडर के साथ शमन)। विषम श्रृंखला समाप्ति का तंत्र ठोस कणों या सामग्रियों की सतह पर सक्रिय केंद्रों के सोखने से जुड़ा है। विषम श्रृंखला समाप्ति की दर दीवारों के सतह क्षेत्र के अनुपात पर उस पोत की मात्रा पर निर्भर करती है जहां दहन होता है। इस प्रकार, पोत के व्यास में कमी से दहन प्रतिक्रिया की दर काफी कम हो जाती है, इसके पूर्ण समाप्ति तक। फ्लेम अरेस्टर्स का निर्माण इसी पर आधारित है।

एक शाखित श्रृंखला अभिक्रिया का एक उदाहरण ऑक्सीजन में हाइड्रोजन का दहन है।

श्रृंखला दीक्षा:

शाखाओं की श्रृंखला:

खुला सर्किट:

सजातीय

विजातीय

हाइड्रोकार्बन का दहन

हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड की दहन प्रक्रियाओं पर विचार दहन प्रतिक्रिया तंत्र की जटिलता को दर्शाता है। एच 2 और सीओ के मामले में, प्रतिक्रिया कई प्रारंभिक चरणों और मध्यवर्ती उत्पादों की भागीदारी के साथ एक श्रृंखला प्रतिक्रिया के रूप में आगे बढ़ती है। इसलिए, यह अपेक्षा करना स्वाभाविक है कि अधिक जटिल पदार्थों - हाइड्रोकार्बन - के दहन प्रतिक्रियाओं का तंत्र और भी जटिल है और इन यौगिकों के प्रज्वलन और दहन की प्रक्रियाओं के साथ होने वाले प्रभाव अधिक विविध हैं।

उनके दहन के दौरान हाइड्रोकार्बन के रासायनिक परिवर्तनों की प्रकृति पर वर्तमान में उपलब्ध जानकारी, कुछ अनुमानों के साथ, देखे गए प्रभावों की व्याख्या करना संभव बनाती है।

यह पाया गया कि हाइड्रोकार्बन लपटों में, पहले से ही ज्ञात सक्रिय कणों एच ×, ओएच ×, ओ × के साथ, अधिक जटिल संरचना के मध्यवर्ती उत्पादों की एक बड़ी संख्या होती है। कुछ मामलों में, वे नई श्रृंखलाओं की उत्पत्ति के स्रोत बन जाते हैं। हाइड्रोकार्बन के प्रज्वलन और दहन की प्रक्रियाओं में मुख्य भूमिका निम्न प्रकार के मध्यवर्ती यौगिकों द्वारा निभाई जाती है:

1. हाइड्रोकार्बन रेडिकल, जो एक हाइड्रोकार्बन अणु होते हैं जिसमें एक या अधिक हाइड्रोजन परमाणु हटा दिए जाते हैं। इन अवशेषों को एल्काइल (CH3 - मिथाइल; C 2 H 5 - एथिल; C 3 H 7 - प्रोपाइल, आदि) कहा जाता है। उच्च प्रतिक्रियाशीलता के कारण, मुक्त एल्किल लंबे समय तक मौजूद नहीं रहते हैं। आग की लपटों में मध्यवर्ती के रूप में मौजूद है। अन्य अणुओं के साथ बातचीत करते समय, वे एक स्वतंत्र संरचनात्मक समूह के रूप में व्यवहार करते हैं। हाइड्रोकार्बन रेडिकल्स
आमतौर पर आर अक्षर द्वारा दर्शाया जाता है।

2. पेरोक्साइड - सामान्य सूत्र R-OO-R ' के यौगिक।
3.एल्डिहाइड - प्रकार के यौगिक

सबसे सरल एल्डिहाइड फॉर्मिक (फॉर्मेल्डिहाइड) HCOOH और एसिटिक (एसिटाल्डिहाइड) CH 3 COH हैं। ये पदार्थ हमेशा हाइड्रोकार्बन के अपूर्ण दहन के उत्पादों में मौजूद होते हैं।

हाइड्रोकार्बन के दहन के दौरान एक श्रृंखला का न्यूक्लियेशन कोई भी प्रतिक्रिया हो सकती है जिसमें हाइड्रोकार्बन रेडिकल बनते हैं। यह दो मुक्त मिथाइल समूहों के गठन के साथ एक ईथेन अणु के अपघटन की प्रतिक्रिया हो सकती है:

सी 2 एच 6 ® × सीएच 3

या ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोकार्बन की प्रतिक्रिया:

आरएच + ओ 2 ® × एचओ 2 + × आर

गठन की प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप श्रृंखलाओं की निरंतरता होती है | पेरोक्साइड या हाइड्रोपरॉक्साइड:

आर + ओ 2 ® आरओओ ×

रू × + आरएच ® रूह + आर ×

हाइड्रोपरॉक्साइड के अपघटन के दौरान जंजीरों की शाखाएँ की जाती हैं:

रूह ® × आरओ + × ओह

प्रतिक्रियाओं के दिए गए क्रम से प्रतिक्रियाशील प्रणाली में पेरोक्साइड यौगिकों की एकाग्रता में क्रमिक वृद्धि होती है।

साथ ही पेरोक्साइड, रेडिकल्स, × OH और × H के संचय के साथ, समानांतर प्रतिक्रियाएं होने लगती हैं:

रूह + × ओह ® आरओओ × + एच 2 ओ

ये प्रतिक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक हैं; उनके पाठ्यक्रम के दौरान, बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है।

प्रतिक्रिया मिश्रण के तापमान में वृद्धि के साथ, सक्रिय केंद्रों की भूमिका निम्नलिखित क्रम में एक मध्यवर्ती उत्पाद से दूसरे में गुजरती है: एल्काइल हाइड्रोपरॉक्साइड्स, एसाइल हाइड्रोपरॉक्साइड्स, एल्डिहाइड।

उच्च तापमान क्षेत्र (600-800 डिग्री सेल्सियस) में समय के साथ प्रतिक्रियाशील मिश्रण की संरचना में परिवर्तन के प्रायोगिक अध्ययन से पता चलता है कि प्रारंभिक हाइड्रोकार्बन को सीओ 2 और एच 2 ओ के दहन के अंतिम उत्पादों में बदलने की प्रक्रिया विभाजित है। दो चरणों में: सीओ को हाइड्रोकार्बन का ऑक्सीकरण। दूसरे, धीमी अवस्था में, CO, CO 2 में ऑक्सीकृत हो जाता है

दहन के दौरान रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर पर विभिन्न कारकों का प्रभाव

अभिकारकों की सांद्रता पर दहन प्रतिक्रिया दर की निर्भरता को अभिव्यक्ति द्वारा दर्शाया जा सकता है

(1)

जहां: k 0 प्रतिक्रिया दर स्थिर है,

पहाड़ों से - ज्वलनशील पदार्थ की सांद्रता, kmol / m 3,

सी ओके - ऑक्सीडेंट सांद्रता, kmol / m 3,

x, y क्रमशः ईंधन और ऑक्सीकारक के संबंध में प्रतिक्रिया के क्रम हैं।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, समग्र प्रतिक्रिया समीकरण (1) दहन प्रतिक्रिया के वास्तविक तंत्र को नहीं दर्शाता है, जो कि बहुस्तरीय और अक्सर श्रृंखला है, इसलिए, समीकरण (2) में प्रतिक्रिया के आदेश हमेशा स्टोइकोमेट्रिक के मूल्य के साथ मेल नहीं खाते हैं समीकरण (1) में गुणांक।

अतः यह निष्कर्ष निकलता है कि ज्वलनशील पदार्थ की सांद्रता जितनी अधिक होगी, जलने की दर उतनी ही अधिक होगी।

दहन प्रतिक्रिया दर तापमान पर निर्भर करती है:

ई - प्राकृतिक लघुगणक का आधार

ई ए - सक्रियण ऊर्जा, केजे / किमीओएल,

आर - सार्वभौमिक गैस स्थिरांक, आर = 8.314 kJ / (K. kmol)

टी - तापमान, के।

यह समीकरण तापमान पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर की निर्भरता के बारे में अरहेनियस कानून की अभिव्यक्ति है। सरलीकृत रूप में, एक संकीर्ण तापमान सीमा के लिए, आप वैंट हॉफ नियम का उपयोग कर सकते हैं: रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रत्येक 10 0 के तापमान में वृद्धि के साथ 2-4 गुना बढ़ जाती है।

इस प्रकार, दहन के दौरान एक दहनशील पदार्थ के ऑक्सीकरण की रासायनिक प्रतिक्रिया की दर बढ़ते तापमान के साथ तेजी से बढ़ जाती है, और जितनी अधिक, सक्रियण ऊर्जा उतनी ही कम होती है।

दहन के दौरान ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं की दर भी दबाव पर निर्भर करती है।

दबाव में वृद्धि से दहनशील गैसीय पदार्थों और ऑक्सीडाइज़र की मात्रा में वृद्धि होती है। व्यवहार में, यह इस तथ्य की ओर जाता है कि बढ़ते दबाव के साथ, अधिकांश पदार्थों की दहन प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है।

पर उच्च दबावगर्म लपटें उत्पन्न होती हैं।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, रासायनिक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं अत्यधिक एक्ज़ोथिर्मिक होती हैं, इसलिए दहन के साथ बड़ी मात्रा में गर्मी निकलती है और इसलिए उच्च तापमान पर आगे बढ़ती है। उदाहरण के लिए, लकड़ी का दहन तापमान 700-800 0 है, तेल उत्पाद और भी अधिक हैं - 1300-1500 0 ।

पर कम दबावतथाकथित ठंडी लपटें हो सकती हैं। इस मामले में दहन की रासायनिक श्रृंखला प्रतिक्रिया का स्व-त्वरण एक इज़ोटेर्मल मोड में होता है। यह दहनशील मिश्रण की एक निश्चित संरचना और पर्यावरण की एक निश्चित स्थिति के साथ होता है। इज़ोटेर्मल स्व-त्वरण सक्रिय, लेकिन पर्याप्त रूप से स्थिर मध्यवर्ती उत्पादों की पर्याप्त उच्च सांद्रता के साथ मिश्रण की विशेषता है, जो चेन ब्रांचिंग में कमी की ओर जाता है, और इसलिए गर्मी रिलीज में कमी, जो गर्मी हटाने के कारण पर्यावरण में समाप्त हो जाती है। और आंशिक रूप से स्थिर मध्यवर्ती उत्पादों को गर्म करने पर खर्च किया जाता है। चमक उत्पन्न होती है, जो कि केमिलुमिनेसिसेंस है, न कि गर्म दहन उत्पादों का थर्मल विकिरण, जो गर्म लपटों में होता है।

इसके अलावा, ठंडी लपटों की घटना के लिए बड़ा प्रभावजिस बर्तन में दहन होता है उसकी दीवारों का प्रतिपादन करें। सक्रिय केंद्रों के विनाश की प्रक्रिया पर उनका उत्प्रेरक प्रभाव पड़ता है, अर्थात। एक विषम श्रृंखला समाप्ति होती है। इस प्रक्रिया की तीव्रता पोत की दीवारों पर सक्रिय केंद्रों के प्रसार की दर से निर्धारित होती है। दबाव कम करना इस प्रक्रिया में योगदान देता है। दबाव में कमी से न केवल गर्म के बजाय ठंडी लपटें बन सकती हैं, बल्कि कुछ शर्तों के तहत (उदाहरण के लिए, संकीर्ण जहाजों में), यहां तक ​​​​कि दहन की पूर्ण समाप्ति तक।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, दहन के दौरान रासायनिक परिवर्तन विभिन्न भौतिक प्रक्रियाओं के उद्भव की ओर ले जाते हैं: संवहन, गर्मी चालन और विकिरण के कारण गर्मी हस्तांतरण, प्रतिक्रियाशील पदार्थों का स्थानांतरण आदि।

इस प्रकार, दहनएक जटिल आत्मनिर्भर भौतिक रासायनिक प्रक्रिया के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जो तीन विशेषताओं की विशेषता है: रासायनिक परिवर्तन, गर्मी रिलीज और विकिरण (ज्यादातर प्रकाश सहित, यानी स्पेक्ट्रम के दृश्य भाग में)। इनमें से किसी भी संकेत की अनुपस्थिति इंगित करती है कि विचाराधीन प्रक्रिया दहन पर लागू नहीं होती है, उदाहरण के लिए, बिजली के बल्ब का "जलना" (कोई रासायनिक परिवर्तन नहीं है), धातु का क्षरण (प्रकाश और उत्सर्जन का कोई उत्सर्जन नहीं है) गर्मी का व्यावहारिक रूप से महत्वहीन है), आदि।