ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРЕНИИ И ВЗРЫВЕ
1.1. ХИМИЧЕСКАЯ И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ГОРЕНИЯ
Горение является основным процессом на пожаре. Пожар начинается с возникновения горения и заканчивается его прекращением. Что лежит
в основе процесса горения, какими характерными особенностями оно обладает?
По-видимому, самым общим определением процесса горения может
быть следующее. Горение – это сложный физико-химический процесс, в
основе которого лежит быстрая химическая реакция, протекающая с выделением большого количества тепла и света.
Какие же химические реакции лежат в основе процесса горения?
Самыми рас реакциями горения являются реакции взаимодействия веществ с кислородом. Например, при горении водорода происходит реакция
Н2 + 0,5 О2 → Н2О
при горении метана –
СН4 + 2 О2 → СО2 + 2 Н2О
при горении ацетона –
С3Н6О + 4 О2 → 3 СО2 + 3 Н2О
Эти реакции относят к классу реакций окисления. Окислителем в
этих реакциях является кислород, а окисляемое в реакции горения вещество называют горючим. Горючими веществами в приведенных примерах
являются водород, метан, ацетон.
Реакции горения протекают при высоких температурах (Т > 1000 К),
поэтому они происходят быстро и до конца (т. е. до полного окисления
горючего вещества). При горении в основном образуются продукты полного окисления: для углерода – это СО2, для водорода – Н2О, для серы –
SО2 и т. д.
При невысоких температурах (Т ≈ 500–700 К) между горючим веществом и кислородом может происходить медленная реакция – окисление.
Например, метан окисляется до метилового спирта (СН3ОН), который в
дальнейшем может окисляться до альдегида (СН2О), а альдегид до муравьиной кислоты (НСООН). Все эти реакции экзотермические (происходят с
выделением тепла). Однако скорость выделения тепла в такой реагирующей
7
смеси недостаточна для поддержания температуры реакции (500–700 К).
Поэтому для того, чтобы в такой системе происходило окисление, реагирующую смесь необходимо подогревать, т. е. сообщать ей дополнительное
количество тепла. Если этого не сделать, то температура реагирующей
смеси вследствие теплопотерь понизится до температуры окружающей
среды (∼300 К) и реакция окисления прекратится. Если же эту систему
(смесь метана с кислородом) нагреть до очень высокой температуры
(>1000 К), то в ней возникнет качественно другая реакция окисления – реакция горения, которая протекает с большой скоростью, окисление идет
сразу до конца (образуются продукты полного окисления), поэтому выделяется максимальное количество тепла, и скорость тепловыделения обеспечивает поддержание в системе высокой температуры. В этом случае реакционную смесь больше подогревать не нужно, собственного тепла достаточно для нагревания этой системы до температуры, при которой происходит химическая реакция горения.
Таким образом, реакция горения, однажды возникнув, в дальнейшем сама себя поддерживать. Именно это является отличительной особенностью реакций горения. Пламя, являющееся зоной химических реакций
горения, будет существовать до тех пор, пока обеспечивается поступление в
эту зону свежих порций горючего и окислителя. С этим связана и пламени самопроизвольно рас по горючей смеси.
Горение веществ может происходить не только при их взаимодействии с кислородом, но и при взаимодействии с другими окислителями,
такими, как хлор, фтор, окислы азота.
Например, водород и многие углеводороды хорошо горят в атмосфере хлора. При горении водорода происходит реакция образования хлористого водорода:
Н2 + Cl2 → 2 HСl
Горение в хлоре сопровождается меньшим тепловыделением и происходит с меньшей скоростью, чем в кислороде.
Реже, но встречается и такое горение, при котором имеет место превращение только одного вещества. Примером тому может служить взрывное разложение ацетилена:
СН ≡ СН → 2 С (сажа) + Н2
К такому же типу реакций можно отнести горение пороха и некоторых твердых ракетных топлив.
Специалистам, работающим в области пожарной безопасности, приходится в основном иметь дело с горением в атмосфере воздуха, где окис
Объяснение:
Цепочка превращений:
CH4 -> C2H2 -> C6H6 -> C6H5Cl.
Получение ацетилена из метана возможно при нагревании последнего до температуры 1500^{0}C или пропускании через него электрического разряда:
\[ 2CH_4\rightarrow HC \equiv CH + 3H_2.\]
В результате реакции Зинина, которая протекает под действие активированного угля и при повышенной температуре в 600^{0}C происходит тримеризация ацетилена в бензол:
\[ 3 HC \equiv CH \rightarrow C_6H_6.\]
Реакция хлорирования бензола, проводимая в комнатных условиях (25^{0}C) и в присутствии хлорида железа (III) позволяет получить хлорбензол:
\[C_6H_6 + Cl_2 \rightarrow C_6H_5Cl + HCl.\]
Реакционная галогенуглеводородов определяется характером связи углерод-галоген и структурой молекулы. Прочность связи углерод-галоген закономерно уменьшается при переходе от фторзамещенных к иодозамещенным соединениям. Для реакционной важное значение имеет не только полярность, но и поляризуемость связи, т.е. легкость смещения электронного облака связи к галогену, который проявляет отрицательный индуктивный эффект.
Наличие в молекуле электроотрицательного атома галогена приводит к перераспределению электронной плотности, в результате чего возникают два реакционных центра:
— электрофильный центр – атом углерода, связанный с галогеном, который может подвергаться атаке нуклеофилом;
— СН-кислотный центр – полярная связь С-Н у атома углерода в \beta-положении к галогену. Если в реакционной среде имеется сильное основание, то протекает реакция отщепления атомов водорода и галогена от соседних атомов углерода.
Объяснение:
