Синее пламя почему. Большая энциклопедия нефти и газа

В процессе горения образуется пламя, строение которого обусловлено реагирующими веществами. Его структура поделена на области в зависимости от температурных показателей.

Определение

Пламенем называют газы в раскаленном виде, в которых присутствуют составляющие плазмы или вещества в твердой дисперсной форме. В них осуществляются преобразования физического и химического типа, сопровождающиеся свечением, выделением тепловой энергии и разогревом.

Наличие же в газообразной среде ионных и радикальных частичек характеризует его электрическую проводимость и особое поведение в электромагнитном поле.

Что такое языки пламени

Обычно так называют процессы, связанные с горением. По сравнению с воздухом, газовая плотность меньше, но высокие температурные показатели обуславливают поднятие газа. Так и образуются языки пламени, которые бывают длинными и короткими. Часто происходит и плавный переход одних форм в другие.

Пламя: строение и структура

Для определения внешнего вида описываемого явления достаточно зажечь Появившееся несветящееся пламя нельзя назвать однородным. Визуально можно выделить три его основные области. Кстати, изучение строения пламени показывает, что различные вещества горят с образованием различного типа факела.

При горении смеси из газа и воздуха вначале происходит формирование короткого факела, цвет которого имеет голубые и фиолетовые оттенки. В нем просматривается ядро - зелено-голубое, напоминающее конус. Рассмотрим это пламя. Строение его разделяется на три зоны:

1. Выделяют подготовительную область, в которой происходит нагревание смеси из газа и воздуха при выходе из отверстия горелки.
2. За ней следует зона, в которой происходит горение. Она занимает верхушку конуса.
3. Когда имеется недостаток воздушного потока, газ сгорает не полностью. Выделяется углерода двухвалентный оксид и водородные остатки. Их догорание протекает в третьей области, где есть кислородный доступ.

Теперь отдельно рассмотрим разные процессы горения.

Горение свечи

Горение свечи подобно горению спички или зажигалки. А строение пламени свечи напоминает раскаленный газовый поток, который вытягивается вверх за счет выталкивающих сил. Процесс начинается с нагревания фитиля, за которым следует испарение парафина.

Самую нижнюю зону, находящуюся внутри и прилегающую к нити, называют первой областью. Она обладает небольшим свечением из-за большого количества топлива, но малого объема кислородной смеси. Здесь осуществляется процесс неполного сгорания веществ с выделением который в дальнейшем окисляется.

Первую зону окружает светящаяся вторая оболочка, характеризующая строение пламени свечи. В нее поступает больший кислородный объем, что обуславливает продолжение окислительной реакции с участием топливных молекул. Температурные показатели здесь будут выше, чем в темной зоне, но недостаточные для конечного разложения. Именно в первых двух областях при сильном нагревании капелек несгоревшего топлива и угольных частичек появляется светящийся эффект.

Вторая зона окружена слабозаметной оболочкой с высокими температурными значениями. В нее заходит много кислородных молекул, что способствует полному догоранию топливных частичек. После окисления веществ, в третьей зоне светящийся эффект не наблюдается.

Схематическое изображение

Для наглядности представляем вашему вниманию изображение горения свечи. Схема пламени включает:

1. Первую или темную область.
2. Вторую светящуюся зону.
3. Третью прозрачную оболочку.

Нить свечи не подвергается горению, а только происходит обугливание загнутого конца.

Горение спиртовки

Для химических экспериментов часто используют небольшие резервуары со спиртом. Их называют спиртовками. Фитиль горелки пропитывается залитым через отверстие жидким топливом. Этому способствует давление капиллярное. При достижении свободной верхушки фитиля, спирт начинает испаряться. В парообразном состоянии он поджигается и горит при температуре не более 900 °C.

Пламя спиртовки имеет обычную форму, оно практически бесцветное, с небольшим оттенком голубого. Его зоны не так четко видны, как у свечки.

У названной в честь ученого Бартеля, начало огня располагается над калильной сеткой горелки. Такое заглубление пламени приводит к уменьшению внутреннего темного конуса, а из отверстия выходит средний участок, который считается самым горячим.

Цветовая характеристика

Излучения различных вызывается электронными переходами. Их еще называют тепловыми. Так, в результате горения углеводородного компонента в воздушной среде, синее пламя обусловлено выделением соединения H-C. А при излучении частичек C-C, факел окрашивается в оранжево-красный цвет.

Трудно рассмотреть строение пламени, химия которого включает соединения воды, углекислого и угарного газа, связь OH. Его языки практически бесцветны, так как вышеуказанные частички при горении выделяют излучения ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

Окраска пламени взаимосвязана с температурными показателями, с наличием в нем ионных частиц, которые относятся к определенному эмиссионному или оптическому спектру. Так, горение некоторых элементов приводит к изменению цвета огня в горелке. Отличия в окрашивании факела связаны с расположением элементов в разных группах системы периодической.

Огонь на наличие излучений, относящихся к видимому спектру, изучают спектроскопом. При этом было установлено, что простые вещества из общей подгруппы оказывают и подобное окрашивание пламени. Для наглядности используют горение натрия в качестве теста на данный металл. При внесении его в пламя, языки становятся ярко-желтыми. На основании цветовых характеристик выделяют натриевую линию в эмиссионном спектре.

Для характерно свойство быстрого возбуждения светового излучения атомарных частиц. При внесении труднолетучих соединений таких элементов в огонь горелки Бунзена происходит его окрашивание.

Спектроскопическое исследование показывает характерные линии в области, видимой для глаза человека. Быстрота возбуждения светового излучения и простое спектральное строение тесно взаимосвязаны с высокой электроположительной характеристикой данных металлов.

Характеристика

В основе классификации пламени лежат следующие характеристики:

• состояние агрегатное сгорающих соединений. Они бывают газообразной, аэродисперсной, твердой и жидкой формы;
• тип излучения, которое может быть бесцветным, светящимся и окрашенным;
• распределительная скорость. Существует быстрое и медленное распространение;
• высота пламени. Строение может быть коротким и длинным;
• характер передвижения реагирующих смесей. Выделяют пульсирующее, ламинарное, турбулентное перемещение;
• визуальное восприятие. Вещества горят с выделением коптящего, цветного или прозрачного пламени;
• температурный показатель. Пламя может быть низкотемпературным, холодным и высокотемпературным.
• состояние фазы топливо - окисляющий реагент.

Возгорание происходит в результате диффузии или при предварительном перемешивании активных компонентов.

Окислительная и восстановительная область

Процесс окисления протекает в слабозаметной зоне. Она самая горячая и располагается вверху. В ней топливные частицы подвергаются полному сгоранию. А наличие в кислородного избытка и горючего недостатка приводит к интенсивному процессу окисления. Этой особенностью следует пользоваться при нагревании предметов над горелкой. Именно поэтому вещество погружают в верхнюю часть пламени. Такое горение протекает намного быстрее.

Восстановительные реакции проходят в центральной и нижней части пламени. Здесь содержится большой запас горючих веществ и малое количество O 2 молекул, осуществляющих горение. При внесении в эти области осуществляется отщепление O элемента.

В качестве примера восстановительного пламени используют процесс расщепления железа двухвалентного сульфата. При попадании FeSO 4 в центральную часть факела горелки, происходит вначале его нагревание, а затем разложение на оксид трехвалентного железа, ангидрид и двуокись серы. В данной реакции наблюдается восстановление S с зарядом от +6 до +4.

Сварочное пламя

Данный вид огня образуется в результате сгорания смеси из газа или пара жидкости с кислородом чистого воздуха.

Примером служит формирование пламени кислородно-ацетиленового. В нем выделяют:

• зону ядра;
• среднюю область восстановления;
• факельную крайнюю зону.

Так горят многие газокислородные смеси. Различия в соотношении ацетилена и окислителя приводят к разному типу пламени. Оно может быть нормального, науглероживающего (ацетиленистого) и окислительного строения.

Теоретически процесс неполного сгорания ацетилена в чистом кислороде можно охарактеризовать следующим уравнением: HCCH + O 2 → H 2 + CO +CO (для реакции необходима одна моль O 2) .

Полученный же молекулярный водород и угарный газ реагируют с воздушным кислородом. Конечными продуктами является вода и оксид четырехвалентного углерода. Уравнение выглядит так: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 +H 2 O. Для этой реакции необходимо 1,5 моля кислорода. При суммировании O 2 получается, что 2,5 моль затрачивается на 1 моль HCCH. А так как на практике трудно найти идеально чистый кислород (часто он имеет небольшое загрязнение примесями), то соотношение O 2 к HCCH будет 1,10 к 1,20.

Когда значение пропорции кислорода к ацетилену меньше 1,10, возникает науглероживающее пламя. Строение его имеет увеличенное ядро, очертания его становятся расплывчатыми. Из такого огня выделяется копоть, вследствие недостатка кислородных молекул.

Если же соотношение газов больше 1,20, то получается окислительное пламя с кислородным избытком. Лишние его молекулы разрушают атомы железа и другие компоненты стальной горелки. В таком пламени ядерная часть становится короткой и имеет заострения.

Температурные показатели

Каждая зона огня свечи или горелки имеет свои значения, обусловленные поступлением кислородным молекул. Температура открытого пламени в разных его частях колеблется от 300 °C до 1600 °C.

Примером служит пламя диффузионное и ламинарное, которое образовано тремя оболочками. Конус его состоит из темного участка с температурой до 360 °C и недостатком окисляющего вещества. Над ним располагается зона свечения. Ее температурный показатель колеблется от 550 до 850 °C, что способствует разложению термическому горючей смеси и ее горению.

Внешняя область едва заметная. В ней температура пламени доходит до 1560 °C, что обусловлено природными характеристиками топливных молекул и быстротой поступления окисляющего вещества. Здесь горение наиболее энергичное.

Вещества воспламеняются при разных температурных условиях. Так, металлический магний горит только при 2210 °С. Для многих твердых веществ температура пламени около 350 °С. Возгорание спичек и керосина возможно при 800 °С, тогда как древесины - от 850 °С до 950 °С.

Сигарета горит пламенем, температура которого варьируется от 690 до 790 °С, а в пропан-бутановой смеси - от 790 °С до 1960 °С. Бензин воспламеняется при 1350 °С. Пламя горения спирта имеет температуру не более 900 °С.

В лабораторных условиях можно добиться бесцветного огня, который можно определить лишь по колебанию воздуха в области горения. Бытовой же огонь всегда "цветной". Цвет огня определяется, главным образом, температурой пламени и тем, какие химические вещества в нем сгорают. Высокая температура пламени дает возможность атомам перескакивать на некоторое время в более высокое энергетическое состояние. Когда атомы возвращаются в исходное состояние, они излучают свет с определённой длиной волны. Она соответствует структуре электронных оболочек данного элемента.

Знаменитый голубой огонек, который можно видеть при горении природного газа, обусловлен угарным газом, который и дает этот оттенок. Угарный газ, молекула которого состоит из одного атома кислорода и одного атома углерода, является побочным продуктом горения природного газа.

Попробуйте посыпать на конфорку газовой плиты немножко поваренной соли - в пламени появятся желтые язычки. Такое желто-оранжевое пламя дают соли натрия (а поваренная соль, напомним, это хлорид натрия). Такими солями богата древесина, поэтому обычный лесной костер или бытовые спички горят желтым пламенем.

Медь придает пламени зеленый оттенок. При высоком содержании меди в сгораемом веществе пламя имеет яркий зеленый цвет, практически идентичный белому.

Зеленый цвет и его оттенки огню придают также барий, молибден, фосфор, сурьма. В синий окрашивает пламя селен, а в сине-зеленый - бор. Красное пламя даст литий, стронций и кальций, фиолетовое – калий, желто-оранжевый оттенок выходит при сгорании натрий.

Температура пламени при горении некоторых веществ:

А знаешь ли ты...

Благодаря свойству атомов и молекул испускать свет определенного цвета был разработан метод определения состава веществ, который называется спектральным анализом . Ученые исследуют спектр, который испускает вещество, например, при горении, сравнивают его со спектрами известных элементов, и, таким образом, определяют его состав.

Пламя бывает разного цвета. Посмотрите в камин. На поленьях пляшут желтые, оранжевые, красные, белые и синие языки пламени. Его цвет зависит от температуры горения и от горючего материала. Чтобы наглядно себе это представить, вообразите спираль электрической плитки. Если плитка выключена - витки спирали холодные и черные. Допустим, вы решили подогреть суп и включили плитку. Сначала спираль становится темно-красной. Чем выше поднимается температура, тем ярче красный цвет спирали. Когда плитка разогревается до максимальной температуры, спираль становится оранжево-красной.

Естественно, спираль не горит. Вы же не видите пламени. Она просто очень горячая. Если нагревать ее дальше, то будет меняться и цвет. Сначала цвет спирали станет желтым, затем белым, а когда она раска­лится еще больше, от нее будет исходить голубое сияние.

Нечто подобное происходит и с пламенем. Возьмем для примера свечу. Различные участки пламени свечи имеют разную температуру. Огню нужен кислород. Если свечу накрыть стеклянной банкой, огонь погаснет. Центральный, прилегающий к фитилю участок пламени свечи, потребляет мало кислорода, и выглядит темным. Верхушке и боковым участкам пламени достается больше кислорода, поэтому эти участки ярче. По мере того как пламя продвигается по фитилю, воск тает и потрескивает, рассыпаясь на мельчайшие частички углерода. (Каменный уголь тоже состоит из углерода.) Эти частички увлекаются пламенем кверху и сгорают. Они очень горячие и светятся, как спираль вашей плитки. Но частички углерода намного горячее, чем спираль самой жаркой плитки (температура сгорания углерода примерно 1 400 градусов Цельсия). Поэтому свечение их имеет желтый цвет. Около горящего фитиля пламя еще горячее и светится синим цветом.

Пламя камина или костра в основном пестрого вида. Дерево горит при более низкой температуре, чем фитиль свечи, поэтому основной цвет костра - оранжевый, а не желтый. Некоторые частички углерода в пламени костра имеют довольно высокую температуру. Их немного, но они добавляют пламени желтоватый оттенок. Остывшие частички раскаленного углерода - это копоть, которая оседает на печных трубах. Температура горения дерева ниже температуры горения свечи. Кальций, натрий и медь, нагретые до высокой температуры, светятся разными цветами. Их добавляют в порох ракет для расцвечивания огней праздничных фейерверков.

Цвет пламени и химический состав

Цвет пламени может меняться в зависимости от химических примесей, содержащихся в поленьях или другом горючем веществе. В пламени может находиться, например, примесь натрия.

Еще в древние времена ученые и алхимики пытались понять, что за вещества сгорают в огне, в зависимости от того, в какой цвет окрашивался огонь.

• Натрий - это составная часть поваренной соли. Если натрий раскалить, он окрашивается в ярко — желтый цвет.
• В огонь может попасть кальций. Мы все знаем, что кальция много в молоке. Это металл. Раскаленный кальций окрашивается в яркий красный цвет.
• Если в огне горит фосфор, то пламя окрасится в зеленоватый цвет. Все эти элементы или содержатся в дереве, или попадают в огонь с другими веществами.
• Практически у всех дома есть газовые плиты или колонки, пламя в которых окрашено в голубой оттенок. Это обусловлено сгораемым углеродом, угарным газом, который и дает этот оттенок.

Смешение цветов пламени, как и смешение цветов радуги, может дать белый цвет, поэтому в пламени костра или камина видны белые участки.

Температура пламени при горении некоторых веществ:

Как получить ровный цвет пламени?

Для исследования минералов и определения их состава используется бунзеновская горелка , дающая ровный бесцветный цвет пламени, не мешающий ходу эксперимента, изобретенная Бунзеном в середине XIX века.

Бунзен был ярым поклонником огненной стихии, часто возился с пламенем. Его увлечением было стеклодувное дело. Выдувая из стекла различные хитрые конструкции и механизмы, Бунзен мог не замечать боли. Бывали, что его заскорузлые пальцы начинали дымиться от горячего еще мягкого стекла, но он не обращал на это внимания. Если боль уже выходила за грань порога чувствительности, то он спасался своим методом – сильно прижимал пальцами мочку уха, перебивая одну боль другой.

Именно он и был родоначальником метода определения состава вещества по цвету пламени. Конечно, и до него ученые пытались ставить такие эксперименты, но у них не было бунзеновской горелки с бесцветным пламенем, не мешающим эксперименту. Он вводил в пламя горелки различные элементы на платиновой проволоке, так как платина не влияет на цвет пламени и не окрашивает его.

Казалось бы, метод хороший, не нужен сложный химический анализ, поднес элемент к пламени – и сразу виден его состав. Но не тут то было. Очень редко вещества встречаются в природе в чистом виде, обычно они содержат большой набор различных примесей, изменяющих окраску.

Бунзен пробовал различные методы вычленения цветов и их оттенков. Например, пытался смотреть через цветные стекла. Скажем, синее стекло гасит желтый цвет, который дают наиболее распространенные соли натрия, и можно было различить малиновый или лиловый оттенок родного элемента. Но и с помощью этих ухищрений определить состав сложного минерала удавалось лишь раз из ста.

Это интересно! Благодаря свойству атомов и молекул испускать свет определенного цвета был разработан метод определения состава веществ, который называется спектральным анализом . Ученые исследуют спектр, который испускает вещество, например, при горении, сравнивают его со спектрами известных элементов, и, таким образом, определяют его состав.

Всегда кажется, что огонь имеет два оттенка – красный и желтый. Но если присмотреться внимательно, то можно приметить, что цветность огня различается от того, какой предмет горит. Входящие в его состав вещества и выдают свои цвета пламени. Итак, почему огонь бывает разного цвета, от чего зависит цвет пламени?

Что такое пламя и почему огонь бывает разного цвета

Языки пламени представлены в виде раскаленных газов, иногда содержащих плазму и твердые элементы, в которых совершаются физико-химические перевоплощения реагентных элементов, вызывающие свечение, выделение тепла, самостоятельный нагрев.

Газообразная среда пламени состоит из заряженных ионов и радикалов, что объясняет возможность электропроводности пламени и его взаимодействие с электромагнитными полями. По такому принципу производятся приборы, обладающие способностью при помощи электромагнитного излучения приглушать пламя, оторвать его от горючих материалов и даже изменить форму.

Причины разноцветности пламени

Включив газовую конфорку и поджигая выходящий газ, мы видим голубоватый огонь? В процессе горения газ распадается на кислород и углерод, выделяя при этом угарный газ, который и является причиной голубого цвета.

подожженная простая пищевая соль – в огне выдает желтые и красные цвета? В состав соли входит хлорид натрия, при горении создающий желто-оранжевые языки пламени. Любой деревянный предмет или костер из дров будут гореть таким же цветом, так как в составе древесного материала находится большое количество подобных солей.

Есть у огня и зеленые оттенки, ? Их появление означает то, что в горящих предметах содержатся фосфор или медь. Причем медное пламя будет ярким и слепящим, близким к белому. Причиной зеленого пламени может стать наличие в предметах горения бария, молибдена, фосфора, сурьмы. Синий цвет зависит от селена или бора.

Огонь без признаков цвета можно увидеть только в лабораторных условиях. Понять, что что-то горит, возможно только по легкому колебанию воздуха и выделяемому теплу.

Помните! Огонь очень опасен. Распространяется молниеносно. Никогда не играйте с огнем. Находиться рядом с огнем можно только в присутствии взрослых!

Полезно знать

• Все газовые приборы представляют собой повышенную . По этой причине не помешает узнать некоторые признаки поломок, способы их устранения. Определять неисправности будем по цвету пламени.
• Если ваша горелка при работе издает желтое пламя или оранжевое – это признак того, что не хватает воздушной смеси. Чтобы горение газа проходило правильно, максимально выдавала тепло, необходимо достаточное количество воздуха, который перемешивается с газом в главной горелке.
• Нарушение баланса в смеси топлива и воздуха может произойти по разным причинам. Воздушные отверстия засорились пылью, не давая проходить воздушным потокам. Пылевые накопления, сгорая, создают желтоватый или оранжевый цвет пламени.
• Желтизна пламени возможна и в том случае, газовое оборудование приобретено неправильно. При сгорании любого топлива выделяется угарный газ. Колонки, выдающие при работе синее пламя, выдают низкий уровень СО. Наличие оранжевого или красного огня говорят об обратном.
• При отравлении угарными газами наблюдаются симптомы, как при гриппе – головные боли, тошнота, головокружения. Угарный газ опасен тем, что его присутствие зачастую остается незамеченным людьми, так как он не отличается наличием цвета или запаха.

Теперь вы знаете, почему огонь бывает разного цвета, от чего зависит цвет пламени. Обратите внимание: если мы наблюдаем на газовом приборе желтое, красное или оранжевое пламя – это можно считать сигналом опасности. Обнаружив это, необходимо вызвать квалифицированных специалистов, которые определят причину и устранят неисправность газового оборудования.

На протяжении многих веков огонь играет очень важную роль в жизни человека. Без него практически невозможно представить наше существование. Он используется во всех сферах промышленности, а также для приготовления пищи, согревания дома и развития технического прогресса.

Впервые огонь появился в эпоху раннего палеолита. Изначально он применялся в борьбе против различных насекомых и нападений диких животных, а также давал свет и тепло. И только потом пламя огня применяли в кулинарии, изготовлении посуды и орудий труда. Так огонь вошел в нашу жизнь и стал «незаменимым помощником» человека.

Многие из нас замечали, что пламя может быть разным по своей цветовой гамме, но не многие знают, почему же огненная стихия обладает пестрой окраской. Как правило, цветовая гамма огня зависит от того, какое химическое вещество в нем сгорает. Благодаря воздействию высокой температуры все атомы химических веществ освобождаются, таким образом, придавая оттенок огню. Также было проведено большое количество экспериментов, о которых в этой статье будет написано чуть ниже, с целью того, чтобы понять, каким образом эти вещества оказывают воздействие на цвет полымя.

Еще издавна ученые прилагали усилия, чтобы понять, какие химические вещества сгорают в пламени, в зависимости от того, какую окраску принимал огонь.

Все мы дома при приготовлении пищи можем наблюдать огонек с голубым оттенком. Это предопределено легкосгораемым углеродом и угарным газом, который и придает огоньку этот голубой оттенок. Соли натрия, которыми наделена древесина, придают огню желто-оранжевый оттенок, которым пылает обыкновенный костер или спички. Если посыпать конфорку плиты обычной солью, то можно получить тот же самый колер. Зеленый цвет огню придает медь. При очень высокой концентрации меди, огонек обладает весьма ярким оттенком зеленого цвета, что фактически идентичный бесцветному белому. Такое можно наблюдать, если посыпать конфорку медной стружкой.

Также проводились эксперименты с обыкновенной газовой горелкой и разными минералами, с целью того, чтобы установить их составляющие химические вещества. Для этого минерал аккуратно берут пинцетом и подносят к огню. И, по оттенку, который принимал огонь, можно сделать выводы о разных химических добавках, которые присутствуют в элементе. Зеленый оттенок придают такие минералы, как медь, барий, фосфор, молибден, а бор и сурьма дают сине-зеленый цвет. Еще в синий цвет пламя придает селен. Красное пламя получают при добавке лития, стронция и кальция, фиолетовое получается при сгорании калия, а желто-оранжевый колер дает натрий.

Для изучения различных минералов и определения их состава применяется бунзеновская горелка, изобретенная в XIX веке Бунзеном, которая дает бесцветный окрас пламени, не мешающий ходу эксперимента.

Именно Бунзен стал основоположником методики определения химического состава вещества по цветовой палитре пламени. Конечно же, и до него были попытки провести такие опыты, но такие эксперименты не увенчались успехом, так как отсутствовала горелка. Он внедрял в огненную стихию горелки разные химические компоненты на проволоке, сделанной из платины, потому что платина никак не влияет на цвет огня и не придает ему какого-либо оттенка.

На первый взгляд может показаться, что тут не нужно какое-либо сложное химическое исследование, поднес компонент к огню – и моментально можно увидеть его состав. Однако не все так просто. В природе вещества в чистом виде встречаются весьма редко. Как правило, они включают в себя немалый набор разных примесей, которые способны изменять окраску.

Следовательно, с помощью характерных свойств молекул и атомов излучать свет определенной цветовой гаммы – был создан способ определения химического состава веществ. Такой способ определения называется спектральным анализом. Ученые изучают спектр, которое выделяет вещество. К примеру, во время горения, его сравнивают со спектрами известных компонентов, и, таким образом, устанавливают его химический состав.