หน้า 1

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีเริ่มต้นหลังจากการสร้างแหล่งกำเนิดเปลวไฟเริ่มต้นในส่วนผสมของเชื้อเพลิงและอากาศที่เตรียมไว้ ในเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ จะถูกสร้างขึ้นโดยประกายไฟไฟฟ้า หรือโดยการให้ความร้อนแก่ชุดเชื้อเพลิงจนถึงอุณหภูมิที่เปลวไฟเริ่มต้นจำนวนมากปรากฏขึ้นเองตามธรรมชาติในปริมาตรของส่วนผสมและเกิดการลุกติดไฟได้เองของส่วนผสม

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีไม่ได้เกิดขึ้นในทุกสภาวะของการชนกันของโมเลกุลก๊าซที่ติดไฟได้กับโมเลกุลออกซิเจน

หากปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติสาเหตุของการแพร่กระจายของเปลวไฟอาจเป็นเพียงการถ่ายเทความร้อนจากผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ของส่วนผสมที่ไม่เผาไหม้เท่านั้น การแพร่กระจายของเปลวไฟประเภทนี้เรียกว่าความร้อน แน่นอนว่าสิ่งนี้ไม่ได้ยกเว้นความเป็นไปได้ที่การแพร่กระจายของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นพร้อมกัน ดังนั้นองค์ประกอบของส่วนผสมที่ทำปฏิกิริยาในโซนปฏิกิริยาจึงแตกต่างจากองค์ประกอบของส่วนผสมเริ่มต้น แต่ในกรณีนี้ การแพร่กระจายไม่ใช่สาเหตุของการแพร่กระจายของเปลวไฟ แต่เป็นเพียงปัจจัยประกอบเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้ยังใช้กับปฏิกิริยาลูกโซ่กับโซ่ที่ไม่แตกแขนงด้วย การแพร่กระจายของอะตอมและอนุมูลอิสระ เว้นแต่จะอยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์หรือความเข้มข้นกึ่งคงที่ ไม่สามารถเป็นสาเหตุของการแพร่กระจายของเปลวไฟซึ่งยังคงมีความร้อนอยู่ได้ บทบาทของการแพร่กระจายจะถูกนำมาพิจารณาอย่างเต็มที่ในทฤษฎีทางความร้อนที่เหมาะสมของการแพร่กระจายของเปลวไฟ ดังที่แสดงไว้ในส่วนถัดไป

หากปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติสาเหตุของการแพร่กระจายของเปลวไฟอาจเป็นเพียงการถ่ายเทความร้อนจากผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ของส่วนผสมที่ไม่เผาไหม้เท่านั้น การแพร่กระจายของเปลวไฟประเภทนี้เรียกว่าความร้อน แน่นอนว่าสิ่งนี้ไม่ได้ยกเว้นความเป็นไปได้ที่การแพร่กระจายของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นพร้อมกัน ดังนั้นองค์ประกอบของส่วนผสมที่ทำปฏิกิริยาในโซนปฏิกิริยาจึงแตกต่างจากองค์ประกอบของส่วนผสมเริ่มต้น แต่ในกรณีนี้ การแพร่กระจายไม่ใช่สาเหตุของการแพร่กระจายของเปลวไฟ แต่เป็นเพียงปัจจัยประกอบเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้ยังใช้กับปฏิกิริยาลูกโซ่กับโซ่ที่ไม่แตกแขนงด้วย การแพร่กระจายของอะตอมและอนุมูลอิสระ เว้นแต่จะอยู่ในสมดุลทางอุณหพลศาสตร์หรือความเข้มข้นกึ่งคงที่ ไม่สามารถเป็นสาเหตุของการแพร่กระจายของเปลวไฟซึ่งยังคงมีความร้อนอยู่ได้ บทบาทของการแพร่กระจายจะถูกนำมาพิจารณาอย่างเต็มที่ในทฤษฎีทางความร้อนที่เหมาะสมของการแพร่กระจายของเปลวไฟ ดังที่แสดงไว้ในส่วนถัดไป

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีของการเผาไหม้ก๊าซกับอากาศในหัวเผานั้นสูงมาก ปฏิกิริยาเหล่านี้ที่อุณหภูมิสูงเกิดขึ้นในหนึ่งในพันของวินาที ระยะเวลาของการเผาไหม้ของการไหลของส่วนผสมของก๊าซและอากาศถูกกำหนดโดยการจ่ายก๊าซและอากาศส่วนใหม่อย่างต่อเนื่องซึ่งเผาไหม้อันเป็นผลมาจากการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นอย่างรวดเร็วภายใต้อิทธิพลของการไหลของความร้อน

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีของการเผาไหม้ก๊าซกับอากาศในหัวเผานั้นสูงมาก ปฏิกิริยาเหล่านี้ที่อุณหภูมิสูงเกิดขึ้นในหนึ่งในพันของวินาที ระยะเวลาของการเผาไหม้ของการไหลของส่วนผสมของก๊าซและอากาศถูกกำหนดโดยการจ่ายก๊าซและอากาศส่วนใหม่อย่างต่อเนื่องซึ่งเผาไหม้อันเป็นผลมาจากการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นอย่างรวดเร็วภายใต้อิทธิพลของการไหลของความร้อน

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณของปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีสามารถหาได้จากมวลโมเลกุลที่ทราบ i ของสารและความหนาแน่น p c / 22 4 ของก๊าซภายใต้สภาวะทางกายภาพปกติ

กลไกการยับยั้งปฏิกิริยาการเผาไหม้ของสารเคมียังไม่ได้รับการศึกษาอย่างเพียงพอ อย่างไรก็ตาม การวิจัยที่ดำเนินการในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาทำให้สามารถสร้างแนวคิดบางประการเกี่ยวกับธรรมชาติของผลของสารยับยั้งต่อเปลวไฟได้

สมมติว่าปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีดำเนินไปโดยสมบูรณ์และผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาคือไอน้ำ H20 คาร์บอนไดออกไซด์ CO2 หรือคาร์บอนมอนอกไซด์ CO2 ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน สำหรับส่วนผสมที่ติดไฟได้ของไฮโดรเจน-ออกซิเจน (วัตถุระเบิด) ที่มีปริมาณสัมพัทธ์ หารความร้อนที่เกิดจากการก่อตัวของไอน้ำ 58 กิโลแคลอรี/โมลด้วยความจุความร้อน 8 แคลอรี/โมล-เดก เราจะได้อุณหภูมิการเผาไหม้ที่ 7250 องศา สำหรับกรณีของการเผาไหม้คาร์บอนแข็งในออกซิเจนโดยสมบูรณ์ (St 02C02 94 กิโลแคลอรี/โมล) เราจะได้อุณหภูมิการเผาไหม้ที่สูงขึ้นอีก ซึ่งก็คือ 11,750 เคลวิน อุณหภูมิในลำดับเดียวกันนั้นได้มาจากเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ อุณหภูมิการเผาไหม้ที่สูงอย่างน่าอัศจรรย์ที่ระบุในที่นี้หมายถึงสถานะพลาสมาของสาร ซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นในความเป็นจริง อุณหภูมิการเผาไหม้ของส่วนผสมออกซิเจนอยู่ในช่วง 3,000 ถึง 4,000 เค

เนื่องจากความร้อนและปฏิกิริยาทางเคมีของการเผาไหม้ของส่วนผสมดำเนินไปอย่างรวดเร็ว ปัจจัยหลักที่จำกัดระยะเวลาของกระบวนการเผาไหม้คือเวลาที่ใช้ในการผสมก๊าซและอากาศ

เนื่องจากอัตราของปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีที่อุณหภูมิการเผาไหม้สูงนั้นสูงกว่าอัตราการก่อตัวของส่วนผสมอย่างไม่อาจเทียบเคียงได้ อัตราการเผาไหม้ของก๊าซในทางปฏิบัติจึงเท่ากับอัตราการผสมของก๊าซกับอากาศเสมอ สถานการณ์นี้ทำให้สามารถควบคุมอัตราการเผาไหม้ของก๊าซภายในขอบเขตที่กว้างที่สุดได้อย่างง่ายดาย วิธีการเผาไหม้แบบผสมของก๊าซไวไฟนั้นอยู่ตรงกลางระหว่างจลน์และการแพร่กระจาย

ดังนั้น สมการสมดุลสำหรับปฏิกิริยาเคมีของการเผาเทียนภายใต้เงื่อนไขบางประการจึงเป็นความพยายามครั้งแรกที่จะอธิบายปริมาณความร้อนในคำอธิบายของปฏิกิริยาเคมี

เมื่อสร้างสมการปฏิกิริยาเคมีของการเผาไหม้ของสารในอากาศ ให้ดำเนินการดังต่อไปนี้: เขียนสารที่ติดไฟได้และอากาศที่เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้ทางด้านซ้าย หลังจากเครื่องหมายเท่ากับผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะถูกเขียน เช่น จำเป็นต้องสร้างสมการปฏิกิริยาการเผาไหม้ของมีเทนในอากาศ ขั้นแรก ให้เขียนด้านซ้ายของสมการปฏิกิริยา: สูตรทางเคมีของมีเทน บวกกับสูตรทางเคมีของสารที่ประกอบเป็นอากาศ

ตัวอย่างการดำเนินการ s/p2

เทอร์โมไดนามิกส์เคมี สมดุล. จลนศาสตร์

ภารกิจที่ 1 ความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิง

เรามีส่วนผสมของเชื้อเพลิงแก๊ส: 50% CH 4 + 50% C 4 H 10

ปริมาตรรวม V=1,000 l=1m 3.

1. เขียนสมการทางเคมีสำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ของส่วนประกอบก๊าซของส่วนผสมเชื้อเพลิงที่กำหนด

ปฏิกิริยาการเผาไหม้มีเทน:

CH 4 (ก.) + 2O 2 (ก.) ® CO 2 (ก.) + 2H 2 O (ล.)

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของบิวเทน:

C 4 H 10 (ก.) + 13/2O 2 (ก.) ® 4СО 2 (ก.) + 5H 2 O (ล.)

เอนทาลปี Δ ร เอ็น 0 ปฏิกิริยาเคมี 298 รายการคือความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงก๊าซ Δ เอ็น 0 สจ.

2. คำนวณว่าสามารถรับความร้อนได้เท่าใดโดยการเผาไหม้ส่วนผสมเชื้อเพลิงขององค์ประกอบที่กำหนด (ปริมาตร %) ในปริมาตรที่กำหนด ซึ่งถือว่าเป็นเรื่องปกติ

เมื่อใช้กฎของเฮสส์ เราคำนวณความร้อนจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงก๊าซ Δ เอ็น 0 сгที่สถานะมาตรฐานและ 298 K โดยใช้ข้อมูลแบบตาราง (ดูภาคผนวกตาราง) ของความร้อนในการก่อตัวของสารทั้งหมดที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาการเผาไหม้ (Δ ฉ เอ็น 0 298):

สำหรับมีเทน

Δ เอ็น 0 сг СН4 = Δ ร เอ็น 0 298 = ∆ ฉ เอ็น 0 CO2 + Δ ฉ เอ็น 0 H2O - Δ ฉ เอ็น 0 CH4 - 2Δ ฉ เอ็น 0 O2 =

393.62 + 2. (-285.84) – (-74.78) - 0 = -802.28 กิโลจูล/โมล

สำหรับบิวเทน

Δ เอ็น 0 сг С4Н10 = Δ ร เอ็น 0 298 = 4Δ ฉ เอ็น 0 คาร์บอนไดออกไซด์ + 5Δ ฉ เอ็น 0 H2O - Δ ฉ เอ็น 0 С4Н10 - 13/2Δ ฉ เอ็น 0 O2 =

4. (- 393.62) + 5 . (-285.84) – (-126.15) - 0 = -2877.53 กิโลจูล/โมล

ความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้ Q T ของเชื้อเพลิงก๊าซ:

ถาม ต = - (Δ เอ็นสจ. 1000/22.4), กิโลจูล/ลบ.ม. 3,

โดยที่ 22.4 ลิตร/โมล คือปริมาตรโมลของก๊าซที่สภาวะปกติ

สำหรับมีเทน

ถาม ต, CH4 = - (-802.28.1000 / 22.4) = 35816 กิโลจูล/ลบ.ม. 3.

สำหรับบิวเทน

ถาม ต, C4H10 = - (-2877.53.1000 / 22.4) = 128461 กิโลจูล/ลบ.ม.

จำนวนความร้อนทั้งหมดที่ได้รับระหว่างการเผาไหม้ของส่วนผสมเชื้อเพลิงที่กำหนดโดยคำนึงถึงปริมาตรของก๊าซ:

ถาม = ถาม ต, CH4 - วี CH4 + ถาม ต, С4Н10 - วี С4Н10 =

35816. (1 . 0.5)+128461 . (1.0.5) =82138.5 กิโลจูล

3. จากส่วนผสมเชื้อเพลิงที่กำหนด ให้เลือกเชื้อเพลิงที่ประหยัดพลังงานมากที่สุด คำนวณความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงนี้ ถาม ต , กิโลจูล/ม 3 - คำนวณปริมาตรขั้นต่ำของเชื้อเพลิงนี้เพื่อให้ได้ความร้อน 100 MJ

เชื้อเพลิงที่ประหยัดพลังงานมากที่สุดในส่วนผสมเชื้อเพลิงนี้คือบิวเทน ซึ่งเป็นความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้ ถาม ต, C4H10 = 128461 กิโลจูล/ลบ.ม.

เพื่อให้ได้ความร้อน 100 MJ จำเป็นต้องเผา:

วี С4Н10 = ถาม/ ถาม ต, C4H10 = 100000/128461 = 0.778 ม. 3 = 778 ลิตร

ภารกิจที่ 2 อุณหพลศาสตร์เคมี

1. เขียนสมการอุณหเคมีของปฏิกิริยา ซึ่งผลกระทบทางความร้อนคือความร้อนที่เกิดจากการก่อตัวของรีเอเจนต์ทั้งหมดของปฏิกิริยาเคมีที่กำหนด

สำหรับปฏิกิริยาเคมี

CO 2 (ก.) + C (k) « 2CO (ก.)

สาร C (k) เป็นสารธรรมดา เสถียรที่ 298 K และความดัน 100 kPa เอนทัลปีของการก่อตัวคือ D ชม 0 ฉ , 298 , = 0.

สมการทางอุณหเคมีของปฏิกิริยาซึ่งผลกระทบทางความร้อนคือความร้อนของการก่อตัวของรีเอเจนต์ของปฏิกิริยาเคมีที่กำหนด CO 2 (g) และ CO (g):

O 2 (g) + C (k) « CO 2 (g), D ชม 0 ฉ , 298 = -393.51 กิโลจูล/โมล

(ดูตาราง);

1/2 O 2 (ก.) + C (k) « CO (ก.) , D ชม 0 ฉ , 298 = -110.5 กิโลจูล/โมล

(ดูตาราง)

2. คำนวณค่าเอนทาลปีดี ร ชม 0 298 , เอนโทรปีดี ร ส 0 298 - โต๊ะ ถึงปัญหาที่ 1, 2) ที่สถานะมาตรฐาน (s.s.) ของรีเอเจนต์ทั้งหมดและอุณหภูมิ 298 เคลวิน สรุปผลทางความร้อนของปฏิกิริยา

การใช้ข้อมูลแบบตาราง (ดูตาราง) เราเขียนฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์ของสถานะของรีเอเจนต์ของปฏิกิริยาเคมีที่กำหนดที่สถานะมาตรฐานและ 298 K

โดยใช้กฎของเฮสส์ เราคำนวณเอนทาลปี Δ ร เอ็น 0 298 เอนโทรปี ∆ ร ส 0 298 และพลังงานกิ๊บส์ Δ ร ช 0 ปฏิกิริยาเคมี 298 ที่สถานะมาตรฐาน และ 298 K:

Δ ร เอ็น 0 298 = 2Δ ฉ เอ็น 0 298 คาร์บอนไดออกไซด์ - Δ ฉ เอ็น 0 298 เอสเค - Δ ฉ เอ็น 0 298 คาร์บอนไดออกไซด์กรัม =

2(-110.5) – 0 – (-393.5) = 172.5 กิโลจูล

Δ ร เอ็น 0 298 >0 - ปฏิกิริยาดูดความร้อนและเกิดขึ้นพร้อมกับการดูดซับความร้อน

∆ ร ส 0 298 = 2 ส 0 ฉ , 298.СО(ก.) - ส 0 ฉ , 298,С(к) - ส 0 ฉ , 298.СО2(ก.) = 2(197.54) – 5.74 – 213.68 =

175.66 เจ/เค

∆ ร ส 0 298 >0 – ระบบมีความเป็นระเบียบมากขึ้นเนื่องจากการก่อตัวของก๊าซในปริมาณที่เพิ่มขึ้น

3. คำนวณค่าพลังงานกิ๊บส์ดี ร ช 0 298 ปฏิกิริยาเคมีที่กำหนด (ข้อ 1- โต๊ะ ถึงปัญหา 1, 2) ที่สถานะมาตรฐาน (s.s.) ของรีเอเจนต์ทั้งหมดและอุณหภูมิ 298 เคลวิน พิจารณาว่าปฏิกิริยานี้จะดำเนินการในทิศทางใดตามธรรมชาติที่สถานะมาตรฐานของรีเอเจนต์ทั้งหมดและอุณหภูมิ 298 เคลวิน

Δ ร ช 0 298 = 2Δ ฉ ช 0 298 คาร์บอนไดออกไซด์ - Δ ฉ ช 0 298 เอสเค - Δ ฉ ช 0 298 คาร์บอนไดออกไซด์กรัม =

2(-137.14) – 0 – (-394.38) = 120.15 กิโลจูล

Δ ร ช 0 298 >0 – ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองในทิศทางไปข้างหน้าในสถานะมาตรฐาน และ 298 K เป็นไปไม่ได้ ปฏิกิริยาดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้าม

4. กำหนดช่วงอุณหภูมิที่สามารถเกิดปฏิกิริยาโดยตรงได้เองในสถานะมาตรฐานของรีเอเจนต์ทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงการพึ่งพาอาศัยกัน ดี ร ชม 0 และดี ร ส 0 เกี่ยวกับอุณหภูมิ พล็อตพลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยาเป็นฟังก์ชันของอุณหภูมิดี ร ช 0 = ฉ (ต ).

ความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองภายใต้สภาวะมาตรฐานนั้นพิจารณาจากความไม่เท่าเทียมกัน ∆ ร ช 0 ต < 0.

เหล่านั้น. , ถ้า

∆ ร ช 0 ต = ∆ ร ชม 0 298 +∆ ร กับ 0 พี ดีที- ต∆ ร ส 0 298 - ต ∆ ร กับ 0 พี / ต)ดีที < 0

∆ ร ช 0 ต ≈ ∆ ร ชม 0 298 - ต∆ ร ส 0 298 < 0

∆ ร ช 0 ต = (172,5 – ต . 175,66 . 10 -3) < 0 , отсюда ต> 982 ก.

กราฟการพึ่งพา D ร ช 0 = ฉ (ต):

∆ ร ช 0 ต

298 982 2300 ต

เมื่อคำนึงถึงช่วงอุณหภูมิของการมีอยู่ของรีเอเจนต์ ช่วงอุณหภูมิสำหรับการเกิดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองในสถานะมาตรฐานคือ 982< ต< 2300 К.

5. คำนวณค่าพลังงานกิ๊บส์ดี ร ช 298 ปฏิกิริยาเคมีตามค่าความดันก๊าซบางส่วนที่กำหนด (ข้อ 2- โต๊ะ ถึงปัญหา 1, 2) และอุณหภูมิ 298 K ตรวจสอบว่าทิศทางของกระบวนการที่ 298 K เปลี่ยนแปลงหรือไม่เมื่อความดันบางส่วนของก๊าซเปลี่ยนแปลงเมื่อเทียบกับสถานะมาตรฐาน

การคำนวณพลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยาเคมีที่อุณหภูมิใดๆ และความดันบางส่วนสัมพัทธ์ของก๊าซจะดำเนินการโดยใช้สมการไอโซเทอร์มของ Van't Hoff:

Δ ร ช ต = ∆ ร ช 0 ต + RT ln .

ลองคำนวณ Δ กัน ร ช 298 ที่ 298 K และแรงดันแก๊ส: รคาร์บอนไดออกไซด์ = 2 10 3 พ่อ

รคาร์บอนไดออกไซด์ = 8 10 5 ป.

ความดันย่อยสัมพัทธ์ของก๊าซ:

บจก = 2 . 10 3 ปาสคาล/10 5 ปาสคาล = 0.02; คาร์บอนไดออกไซด์ = 8 10 5 ปาสคาล/10 5 ปาสคาล = 8.

Δ ร ช 298 = ∆ ร ช 0 298 + RTln(ร 2 คาร์บอนไดออกไซด์ / รคาร์บอนไดออกไซด์) = 120.15 +8.31 10 -3. 298. ln(0,02/8) =

Δ ร ช 298 >0 – ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองในทิศทางไปข้างหน้าที่ความดันก๊าซบางส่วนที่กำหนด และ 298 K เป็นไปไม่ได้ ปฏิกิริยาดำเนินไปในทิศทางตรงกันข้าม

6. กำหนดวิธีการ (ตามทฤษฎี) เปลี่ยนความดันย่อยของก๊าซต้นทาง (ร ก หรือร ใน) เพื่อเปลี่ยนทิศทางของกระบวนการโดยเปรียบเทียบกับสถานะมาตรฐานที่ 298 K และความดันย่อยมาตรฐานของส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดของปฏิกิริยาเคมี

ที่สถานะมาตรฐานและ 298 K ปฏิกิริยาอาจเกิดขึ้นเองในทิศทางตรงกันข้ามเพราะว่า Δ ร ช 0 298 >0.

หากต้องการเปลี่ยนทิศทางของกระบวนการเปรียบเทียบกับสถานะมาตรฐานที่ 298 K คุณสามารถเปลี่ยนความดันบางส่วนของ CO 2 ได้ (สถานะของส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดเป็นมาตรฐาน) สภาวะของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองในทิศทางไปข้างหน้าคือ Δ ร ช 298 < 0.

ตามสมการไอโซเทอมของแวนต์ ฮอฟฟ์:

Δ ร ช ต = ∆ ร ช 0 ต + RT ln < 0

Δ ร ช 298 = 120.15 + 8.31. 10 -3. 298 ล < 0

การแก้ปัญหาความไม่เท่าเทียมกัน ln < - 48,5и получаем: < 10 -21 .

ดังนั้น, รบจก< รคาร์บอนไดออกไซด์ 10 5 เท่า

ดังนั้นเพื่อเปลี่ยนทิศทางของกระบวนการเปรียบเทียบกับสภาวะมาตรฐานที่ 298 K และความดัน ร CO = 10 5 Pa คุณต้องเพิ่มความดันบางส่วนของ CO 2 10 5 เท่าเช่น ความดันบางส่วนของ CO 2 ควรเป็น: ร CO2 > 10 25 ปาสคาล

ที่ความดัน CO 2 นี้ ปฏิกิริยาเคมีที่กำหนดสามารถดำเนินไปในทิศทางไปข้างหน้าได้เองที่ 298 K

ภารกิจที่ 2 สมดุลทางเคมี

สำหรับปฏิกิริยาเคมี

CO 2 (ก.) + C (k) « 2CO (ก.)

1. คำนวณพลังงานกิ๊บส์ดี ร ช 0 ต และค่าคงที่สมดุลถึง ร ของปฏิกิริยานี้ที่สถานะมาตรฐานและอุณหภูมิ 298 K, 500 K, 800 K, 1000 K โดยคำนึงถึงการพึ่งพาอาศัยกันดี ร ชม 0 ต และดี ร ส 0 ต กับอุณหภูมิที่ความจุความร้อนจำเพาะคงที่ของสารกับ ร = ค่าคงที่ - พล็อตกราฟการพึ่งพา

ถึง ร = ฉ (ต ).

ให้เราคำนวณการเปลี่ยนแปลงความจุความร้อนของระบบ (∆ ร ค 0 ร= ค่าคงที่):

∆ ร กับ 0 ร = 2กับ 0 ร 298COg – กับ 0 ร 298Sk – กับ 0 ร 298СО2g =

2. (29.14)–8.54–37.41 =12.33 เจ/เค

ให้เราคำนวณพลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยาเคมีที่สถานะมาตรฐานและกำหนดอุณหภูมิไว้ที่ 298 K, 500 K, 800 K, 1,000 K โดยคำนึงถึงการพึ่งพา ∆ ร ชม 0 ตและ ∆ ร ส 0 ตที่อุณหภูมิโดยคำนึงถึงความจุความร้อนจำเพาะของสารคงที่ กับ ร , ตามสูตร:

∆ ร ช 0 ต = ∆ ร ชม 0 ต - ต . ∆ ร ส 0 ต = ∆ ร ช 0 298 + ∆ ร กับ 0 ร (ต - 298) –ต . ∆ ร กับ 0 รอิน(ท / 298).

∆ ร ช 0 298 =120.15 กิโลจูล;

∆ ร ช 0 500 =120.15+12.33. 10 -3. (500-298) - 500. 12.33. 10 -3. ln(500/298)=

∆ ร ช 0 800 =120.15+12.33. 10 -3. (800-298) - 800. 12.33. 10 -3. ln(800/298)=

∆ ร ช 0 1,000 =120.15+12.33. 10 -3. (1,000-298) - 1,000. 12.33. 10 -3. ln(1,000/298) =

สภาวะทางอุณหพลศาสตร์เพื่อความสมดุลทางเคมี: ∆ ร ช ต = 0.

พลังงานกิ๊บส์ของปฏิกิริยาเคมีที่สถานะมาตรฐาน

∆ ร ช 0 ตสัมพันธ์กับค่าคงที่สมดุล ถึง รตามอัตราส่วน:

∆ ร ช 0 ต = - RT ln ถึง ร

เมื่อคำนวณมูลค่าแล้ว ∆ ร ช 0 ตปฏิกิริยา คำนวณค่าคงที่สมดุล ถึง รตามสูตร:

เค พี= ประสบการณ์(- ∆ก 0 ต /RT) ,

ที่ไหน ร=8.31 ​​​​จูล/โมล K คือค่าคงที่ก๊าซสากล

เค พี 298 = ประสบการณ์(- ∆ก 0 ต , 298 / ร- 298) = ประสบการณ์(-120.15/8.31 . 10 -3. 298) = 8 10 -22;

เค พี 500 = ประสบการณ์(- ∆ก 0 ต , 500 / ร- 500) = ประสบการณ์(-84.67/8.31 . 10 -3.500) = 1.4 10 -9 ;

เค พี 800 = ประสบการณ์(- ∆ก 0 ต , 800 / ร- 800) = ประสบการณ์(-31.97/8.31 . 10 -3. 800) = 8.1 10 -3;

เค พี 1,000 = ประสบการณ์(- ∆ก 0 ต , 1000 / ร- 1,000) = ประสบการณ์(3.16/8.31. 10 -3. 1000) = 1.46.

เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าคงที่สมดุลจะเพิ่มขึ้น ซึ่งอธิบายได้จากผลความร้อนจากการดูดกลืนความร้อนของปฏิกิริยานี้

(Δ ร เอ็น 0 T >0)

2. เลือกอุณหภูมิจากบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองในทิศทางไปข้างหน้า ที่อุณหภูมินี้ ให้คำนวณความเข้มข้นสมดุลของรีเอเจนต์ที่เป็นก๊าซหากความเข้มข้นเริ่มต้นเท่ากัน ตามลำดับ (ดูย่อหน้าที่ 3 ตารางสำหรับปัญหา 1,2)

ที่ ต=1,000 K ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเองในทิศทางไปข้างหน้า เพราะ ∆ ร ช 0 1,000 = - 3.16 กิโลจูล<0, เค พี , 1000 = 1,46.

เรามาเลือกอุณหภูมิกันดีกว่า ต=1000 เพื่อคำนวณความเข้มข้นสมดุลของรีเอเจนต์ที่เป็นก๊าซ หากความเข้มข้นเริ่มต้นของรีเอเจนต์ที่เป็นก๊าซ CO 2 และ CO เท่ากัน: กับ CO2 = 0.5 โมล/ลิตร กับคาร์บอนไดออกไซด์ = 0

นิพจน์สำหรับค่าคงที่สมดุลแสดงในรูปของสมดุลสัมพัทธ์ความดันบางส่วนของก๊าซ ( รเท่ากับ ) และความเข้มข้นของความสมดุล ( กับเท่ากัน) :

ถึง ร =
; ถึง กับ =

เค พีและ เค กับเชื่อมต่อผ่านสมการสถานะก๊าซ:

เค กับ, 1000 =
=
= 0,018

ที่ไหน ร=0.082 ลิตร เอทีเอ็ม/โมล K - ค่าคงที่ของก๊าซสากล

∆ν = 2-1= 1 (การเปลี่ยนแปลงจำนวนโมลของสารก๊าซระหว่างการทำปฏิกิริยา)

ตารางความสมดุลของวัสดุ:

เราแทนที่ความเข้มข้นสมดุลของรีเอเจนต์ที่เป็นก๊าซเป็นนิพจน์สำหรับ เค กับและแก้สมการพีชคณิตสำหรับ เอ็กซ์:

ถึง กับ =
= 0,018 , เอ็กซ์= 0.0387โมล/ลิตร

กับ CO เท่ากับ = 2 0.0387 = 0.0774โมล/ลิตร

กับ CO2เท่ากับ = 0.5 - 0.0387 = 0.4613 โมล/ลิตร

การเผาไหม้เป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่น่าสนใจและสำคัญที่สุดสำหรับมนุษย์ การเผาไหม้จะเป็นประโยชน์ต่อบุคคลตราบใดที่มันไม่อยู่นอกเหนือการควบคุมเจตจำนงที่มีเหตุผลของเขา มิฉะนั้นอาจทำให้เกิดเพลิงไหม้ได้ ไฟ - นี่คือการเผาที่ไม่สามารถควบคุมได้ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายทางวัตถุ เป็นอันตรายต่อชีวิตและสุขภาพของประชาชน และผลประโยชน์ของสังคมและรัฐ เพื่อป้องกันและกำจัดเพลิงไหม้ จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับกระบวนการเผาไหม้

การเผาไหม้ คือปฏิกิริยาออกซิเดชันทางเคมีที่เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อน เพื่อให้การเผาไหม้เกิดขึ้น ต้องมีสารที่ติดไฟได้ ตัวออกซิไดเซอร์ และแหล่งกำเนิดประกายไฟอยู่

สารไวไฟ คือสารที่เป็นของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซใดๆ ที่สามารถออกซิไดซ์และปล่อยความร้อนได้

สารออกซิไดซ์ อาจมีคลอรีน ฟลูออรีน โบรมีน ไอโอดีน ไนโตรเจนออกไซด์ และสารอื่นๆ ในกรณีส่วนใหญ่ ในระหว่างที่เกิดเพลิงไหม้ การเกิดออกซิเดชันของสารที่ติดไฟได้จะเกิดขึ้นกับออกซิเจนในบรรยากาศ

แหล่งกำเนิดประกายไฟ ให้ผลกระทบที่มีพลังต่อสารที่ติดไฟได้และตัวออกซิไดเซอร์ซึ่งนำไปสู่การเผาไหม้ แหล่งกำเนิดประกายไฟมักจะแบ่งออกเป็นเปิด (ส่องสว่าง) - ฟ้าผ่า, เปลวไฟ, ประกายไฟ, วัตถุหลอดไส้, การแผ่รังสีของแสง; และซ่อนเร้น (ไม่ส่องสว่าง) - ความร้อนของปฏิกิริยาเคมี กระบวนการทางจุลชีววิทยา การบีบอัดอะเดียแบติก แรงเสียดทาน การกระแทก ฯลฯ มีเปลวไฟและอุณหภูมิความร้อนที่แตกต่างกัน แหล่งกำเนิดประกายไฟใดๆ จะต้องมีการจ่ายความร้อนหรือพลังงานที่เพียงพอไปยังสารที่ทำปฏิกิริยา ดังนั้นระยะเวลาที่สัมผัสกับแหล่งกำเนิดประกายไฟจึงส่งผลต่อกระบวนการเผาไหม้ด้วย หลังจากที่กระบวนการเผาไหม้เริ่มต้นขึ้น ก็จะได้รับการสนับสนุนจากการแผ่รังสีความร้อนจากโซนของมัน

สารที่ติดไฟได้และเกิดสารออกซิไดเซอร์ ระบบเชื้อเพลิงซึ่งสามารถต่างกันทางเคมีหรือเป็นเนื้อเดียวกันได้ ในระบบที่ต่างกันทางเคมี สารที่ติดไฟได้และตัวออกซิไดเซอร์จะไม่ผสมกันและมีส่วนต่อประสาน (สารไวไฟที่เป็นของแข็งและของเหลว ไอพ่นของก๊าซและไอระเหยไวไฟที่เข้าสู่อากาศ) เมื่อระบบดังกล่าวเผาไหม้ ออกซิเจนในบรรยากาศจะแพร่กระจายอย่างต่อเนื่องผ่านผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ไปยังสารที่ติดไฟได้ จากนั้นจึงเข้าสู่ปฏิกิริยาเคมี การเผาไหม้ชนิดนี้เรียกว่า การแพร่กระจาย- อัตราการเผาไหม้แบบแพร่กระจายต่ำ เนื่องจากกระบวนการแพร่กระจายช้าลง หากสารไวไฟในสถานะก๊าซไอระเหยหรือมีฝุ่นผสมกับอากาศอยู่แล้ว (ก่อนที่จะติดไฟ) แสดงว่าระบบที่ติดไฟได้นั้นเป็นเนื้อเดียวกันและกระบวนการเผาไหม้จะขึ้นอยู่กับความเร็วของปฏิกิริยาเคมีเท่านั้น ในกรณีนี้การเผาไหม้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและเรียกว่า จลน์ศาสตร์.

การเผาไหม้อาจสมบูรณ์หรือไม่สมบูรณ์ การเผาไหม้ที่สมบูรณ์เกิดขึ้นเมื่อออกซิเจนเข้าสู่เขตการเผาไหม้ในปริมาณที่เพียงพอ หากมีออกซิเจนไม่เพียงพอที่จะออกซิไดซ์ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา จะเกิดการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้สมบูรณ์ ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ไอน้ำ และไนโตรเจน ซึ่งไม่สามารถออกซิเดชันและการเผาไหม้ต่อไปได้ ผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ไม่สมบูรณ์ ได้แก่ คาร์บอนมอนอกไซด์ เขม่า และผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของสสารภายใต้อิทธิพลของความร้อน ในกรณีส่วนใหญ่การเผาไหม้จะมาพร้อมกับการแผ่รังสีแสงที่รุนแรง - เปลวไฟ

การเผาไหม้มีหลายประเภท: วาบไฟ, การจุดไฟ, การจุดไฟ, การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง, การลุกติดไฟโดยธรรมชาติ, การระเบิด

แฟลช – นี่คือการเผาไหม้อย่างรวดเร็วของส่วนผสมที่ติดไฟได้โดยไม่เกิดแรงดันแก๊สเพิ่มขึ้น ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างเกิดวาบไฟไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดการเผาไหม้ต่อไป

ไฟ - นี่คือการเกิดการเผาไหม้ภายใต้อิทธิพลของแหล่งกำเนิดประกายไฟ

การจุดระเบิด - ไฟที่มีลักษณะเหมือนเปลวไฟ ในขณะเดียวกันมวลที่เหลือของสารที่ติดไฟได้ยังคงค่อนข้างเย็น

การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง – ปรากฏการณ์ของการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของอัตราการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบคายความร้อนในสารซึ่งนำไปสู่การเผาไหม้ในกรณีที่ไม่มีแหล่งกำเนิดประกายไฟจากภายนอก กระบวนการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองนั้นแบ่งออกเป็นสารเคมี จุลชีววิทยา และความร้อน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสาเหตุภายใน การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองทางเคมีเกิดขึ้นจากการสัมผัสสารกับออกซิเจนในอากาศ น้ำ หรือจากปฏิกิริยาระหว่างสาร ผ้าขี้ริ้วมัน ชุดเอี๊ยม สำลี และแม้แต่เศษโลหะจะติดไฟได้เอง สาเหตุของการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองของวัสดุเส้นใยที่ทาน้ำมันคือการกระจายตัวของสารไขมันในชั้นบาง ๆ บนพื้นผิวและการดูดซึมออกซิเจนจากอากาศ ออกซิเดชันของน้ำมันจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน หากความร้อนเกิดขึ้นมากกว่าการสูญเสียความร้อนสู่สิ่งแวดล้อม การเผาไหม้อาจเกิดขึ้นโดยไม่มีการจ่ายความร้อน สารบางชนิดติดไฟได้เองเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำ ซึ่งรวมถึงโพแทสเซียม โซเดียม แคลเซียมคาร์ไบด์ และโลหะอัลคาไลคาร์ไบด์ แคลเซียมจะติดไฟเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำร้อน แคลเซียมออกไซด์ (ปูนขาว) เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำปริมาณเล็กน้อย จะร้อนมากและสามารถติดไฟวัสดุที่ติดไฟได้เมื่อสัมผัสกับมัน (เช่น ไม้) สารบางชนิดจะติดไฟได้เองเมื่อผสมกับสารอื่น สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่รวมถึงสารออกซิไดซ์ที่แรง (คลอรีน โบรมีน ฟลูออรีน ไอโอดีน) ซึ่งเมื่อสัมผัสกับสารอินทรีย์บางชนิดจะทำให้เกิดการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง อะเซทิลีน ไฮโดรเจน มีเทน เอทิลีน และน้ำมันสน ลุกติดไฟได้เองเมื่อโดนแสงเมื่อสัมผัสกับคลอรีน กรดไนตริกยังเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรง อาจทำให้เกิดการเผาไหม้ได้เองของขี้เลื่อย ฟาง และฝ้าย การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองทางจุลชีววิทยาอยู่ที่ความจริงที่ว่าด้วยความชื้นและอุณหภูมิที่เหมาะสมในผลิตภัณฑ์จากพืชและพีทกิจกรรมที่สำคัญของจุลินทรีย์จะทวีความรุนแรงมากขึ้น สิ่งนี้จะเพิ่มอุณหภูมิและอาจเกิดกระบวนการเผาไหม้ได้ การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองด้วยความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากการสัมผัสกับแหล่งความร้อนขนาดเล็กเป็นเวลานาน ในกรณีนี้สารจะสลายตัวและเป็นผลจากกระบวนการออกซิเดชั่นที่เพิ่มขึ้นทำให้เกิดความร้อนในตัวเอง น้ำมันพืชกึ่งแห้ง (ดอกทานตะวัน เมล็ดฝ้าย ฯลฯ) น้ำมันละหุ่ง น้ำมันสน น้ำมันสน สีและไพรเมอร์ ไม้และแผ่นใยไม้อัด กระดาษแข็งมุงหลังคา ไนโตรลิโนเลี่ยม รวมถึงวัสดุและสารอื่นๆ บางชนิดสามารถจุดติดไฟได้เองที่อุณหภูมิแวดล้อม 80 - 100 ? ค.

ติดไฟได้เอง - นี่คือการเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเองพร้อมกับลักษณะของเปลวไฟ สารที่เป็นของแข็งและของเหลว ไอระเหย ก๊าซ และฝุ่นที่ผสมกับอากาศสามารถลุกติดไฟได้เอง

การระเบิด (การเผาไหม้แบบระเบิด) คือการเผาไหม้ที่รวดเร็วมากซึ่งมาพร้อมกับการปล่อยพลังงานจำนวนมากและการก่อตัวของก๊าซอัดที่สามารถก่อให้เกิดการทำลายทางกลได้

ประเภทของการเผาไหม้มีลักษณะเฉพาะตามพารามิเตอร์อุณหภูมิ โดยหลักๆ มีดังนี้ จุดวาบไฟ - นี่คืออุณหภูมิต่ำสุดของสารไวไฟซึ่งมีไอหรือก๊าซเกิดขึ้นเหนือพื้นผิวซึ่งสามารถลุกเป็นไฟในอากาศได้ชั่วครู่จากแหล่งกำเนิดประกายไฟ อย่างไรก็ตามอัตราการก่อตัวของไอหรือก๊าซยังคงไม่เพียงพอที่จะเผาไหม้ต่อไปได้ จุดวาบไฟ - นี่คืออุณหภูมิต่ำสุดของสารไวไฟซึ่งปล่อยไอระเหยหรือก๊าซไวไฟออกมาด้วยความเร็วที่หลังจากการจุดระเบิดจากแหล่งกำเนิดประกายไฟ จะเกิดการเผาไหม้ที่เสถียร อุณหภูมิติดไฟอัตโนมัติ - นี่คืออุณหภูมิต่ำสุดของสารซึ่งมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและสิ้นสุดในการจุดระเบิด อุณหภูมิที่ลุกติดไฟได้เองของวัสดุและสารที่ติดไฟได้ที่เป็นของแข็งที่ศึกษาคือ 30 – 670 °C ฟอสฟอรัสขาวมีอุณหภูมิที่ติดไฟได้เองต่ำสุด แมกนีเซียมมีอุณหภูมิสูงสุด สำหรับพันธุ์ไม้ส่วนใหญ่อุณหภูมินี้คือ 330 - 470 องศาเซลเซียส

สรุปความปลอดภัยในชีวิต

หัวข้อที่ 3 ฐานเคมีของการเผาไหม้

3.1. เคมีของปฏิกิริยาการเผาไหม้

ดังที่คุณเข้าใจแล้ว การเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาเคมีที่ไหลอย่างรวดเร็วพร้อมกับการปล่อยความร้อนและแสง (เปลวไฟ) โดยทั่วไป นี่คือปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบคายความร้อนของสารที่ติดไฟได้รวมกับตัวออกซิไดซ์ นั่นคือออกซิเจนในอากาศ

สารไวไฟอาจมีก๊าซ ของเหลว และของแข็ง เหล่านี้คือ H 2, CO, ซัลเฟอร์, ฟอสฟอรัส, โลหะ, C m H n (ไฮโดรคาร์บอนในรูปของก๊าซของเหลวและของแข็งเช่น สารอินทรีย์ ตัวอย่างเช่น ไฮโดรคาร์บอนธรรมชาติ ได้แก่ ก๊าซธรรมชาติ น้ำมัน ถ่านหิน) โดยหลักการแล้ว สารทุกชนิดที่สามารถออกซิเดชันได้สามารถติดไฟได้

สารออกซิไดซ์ให้บริการ: ออกซิเจน, โอโซน, ฮาโลเจน (F, Cl, Br, J), ไนตรัสออกไซด์ (NO 2), แอมโมเนียมไนเตรต (NH 4 NO 3) ฯลฯ สำหรับโลหะ CO 2, H 2 O, N 2 ก็สามารถเป็นได้ ตัวออกซิไดซ์

ในบางกรณี การเผาไหม้เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาการสลายตัวของสารที่ได้รับในกระบวนการดูดความร้อน ตัวอย่างเช่น ระหว่างการสลายตัวของอะเซทิลีน:

ค 2 ชม. 2 = 2 ค + ชม. 2

คายความร้อนปฏิกิริยาคือปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยความร้อน

ดูดความร้อนปฏิกิริยาคือปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการดูดซับความร้อน

ตัวอย่างเช่น:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q – ปฏิกิริยาคายความร้อน

2H 2 O + Q = 2H 2 + O 2 – ปฏิกิริยาดูดความร้อน

โดยที่: Q – พลังงานความร้อน

ดังนั้นปฏิกิริยาดูดความร้อนสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีการนำพลังงานความร้อนภายนอกมาใช้เท่านั้น กล่าวคือ เมื่อถูกความร้อน

ในปฏิกิริยาเคมีตามกฎการอนุรักษ์มวล น้ำหนักของสารก่อนปฏิกิริยาจะเท่ากับน้ำหนักของสารที่เกิดขึ้นหลังปฏิกิริยา เมื่อสมดุลสมการเคมีเราจะได้ ปริมาณสารสัมพันธ์องค์ประกอบ

เช่นในการทำปฏิกิริยา

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

เรามี 1 โมล CH 4 + 2 โมล O 2 = 1 โมล CO 2 + 2 โมล H 2 O

จำนวนโมลที่อยู่หน้าสูตรของสารเรียกว่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์

เมื่อคำนึงถึงแนวคิดเรื่อง "ปริมาตรโมล" "ความเข้มข้นของฟันกราม" "ความดันบางส่วน" เราพบว่าสำหรับปฏิกิริยาที่สมบูรณ์ของมีเธน จำเป็นต้องผสม CH 4 1 โมลกับ O 2 2 โมล หรือ 1/ 3 = 33.3% CH 4 และ 2/ 3 = 66.7% O 2 องค์ประกอบนี้เรียกว่าปริมาณสัมพันธ์

หากเราพิจารณาการเผาไหม้ของ CH 4 ในอากาศนั่นคือ ในส่วนผสม 21% O 2 +79% N 2 หรือ O 2 +79/21N 2 หรือ O 2 +3.76N 2 จากนั้นปฏิกิริยาจะถูกเขียนดังนี้:

CH 4 +2O 2 +2×3.76N 2 =CO 2 +2H 2 O+2×3.76N 2.

1 โมล CH 4 +2 โมล O 2 +7.52 โมล N 2 = 10.52 โมล ส่วนผสมของ O 2, N 2 และ CH 4

จากนั้นองค์ประกอบปริมาณสัมพันธ์ของส่วนผสมจะเป็น:

(1/10.52)*100%=9.5% CH 4; (2/10.52)*100%=19.0% โอ 2 ;

(7.52/10.52)*100%=71.5% ไม่มี 2

ซึ่งหมายความว่าในส่วนผสมที่ติดไฟได้มากที่สุดแทนที่จะเป็น 100% (CH 4 + O 2) ในการทำปฏิกิริยากับออกซิเจนจะมี 24% (CH 4 + O 2) ในการทำปฏิกิริยากับอากาศเช่น จะเกิดความร้อนน้อยลงมาก

คุณจะได้ภาพเดียวกันหากมีการผสมองค์ประกอบที่ไม่ใช่ปริมาณสัมพันธ์โดยพลการ

เช่นในการทำปฏิกิริยา 2CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O+CH 4 CH4 1 โมลไม่ทำปฏิกิริยา

ในการทำปฏิกิริยา CH 4 +4O 2 =CO 2 +2H 2 O+2O 2 O 2 2 โมลไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา แต่มีบทบาทเป็นบัลลาสต์ ซึ่งต้องใช้ความร้อนพอสมควรเพื่อให้ร้อนขึ้น

ดังนั้นหากเราเปรียบเทียบปฏิกิริยาการเผาไหม้ของมีเธนในออกซิเจนและอากาศหรือเกิน CH 4 และ O 2 เป็นที่ชัดเจนว่าปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยาแรกจะมากกว่าในปฏิกิริยาอื่นเนื่องจากในปฏิกิริยาเหล่านี้:

สารตั้งต้นที่มีความเข้มข้นน้อยลงในส่วนผสมโดยรวม

ความร้อนส่วนหนึ่งจะไปให้ความร้อนแก่บัลลาสต์: ไนโตรเจน ออกซิเจน หรือมีเทน

ลองถามคำถามกับตัวเราเอง:

พลังงานใดที่สามารถปล่อยออกมาได้ในระหว่างการทำปฏิกิริยา?

อะไรเป็นตัวกำหนดปริมาณความร้อนเช่น ผลกระทบจากความร้อนอีกครั้ง

ต้องเติมพลังงานความร้อนเท่าใดจึงจะไหลได้?

ปฏิกิริยาดูดความร้อน?

เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงมีการนำแนวคิดเรื่องปริมาณความร้อนของสารมาใช้

3.2. ปริมาณความร้อนของสาร

ความร้อนจากปฏิกิริยาการเผาไหม้มีเทนมาจากไหน? ซึ่งหมายความว่ามันถูกซ่อนอยู่ในโมเลกุล CH 4 และ O 2 และตอนนี้ก็ถูกปล่อยออกมาแล้ว

นี่คือตัวอย่างปฏิกิริยาที่ง่ายกว่า:

2H 2 +O 2 =2H 2 O+Q

ซึ่งหมายความว่าระดับพลังงานของส่วนผสมปริมาณสัมพันธ์ของไฮโดรเจนและออกซิเจนสูงกว่าระดับพลังงานของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา H 2 O และพลังงาน "พิเศษ" ถูกปล่อยออกมาจากสาร

ในปฏิกิริยาย้อนกลับของอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ เช่น การสลายตัวของน้ำด้วยความช่วยเหลือของพลังงานไฟฟ้า การกระจายตัวของอะตอมในโมเลกุลของน้ำเกิดขึ้นพร้อมกับการก่อตัวของไฮโดรเจนและออกซิเจน ในเวลาเดียวกันปริมาณความร้อนของ H 2 และ O 2 จะเพิ่มขึ้น

ดังนั้นในระหว่างการก่อตัวของสารแต่ละชนิดจะได้รับหรือจะให้พลังงานบางอย่างและการวัดพลังงานความร้อนที่สะสมโดยสารในระหว่างการก่อตัวเรียกว่า ปริมาณความร้อนหรือ เอนทาลปี.

ซึ่งแตกต่างจากเคมีในอุณหพลศาสตร์เคมีความร้อนของการก่อตัวของสารไม่ได้แสดงด้วยสัญลักษณ์ Q แต่โดยสัญลักษณ์ DH ที่มีเครื่องหมาย (+) ถ้าความร้อนถูกดูดซับโดยสารประกอบทางเคมีและมีเครื่องหมาย (-) ถ้า ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างปฏิกิริยานั่นคือ "ออก" ออกจากระบบ

ความร้อนมาตรฐานของการก่อตัวของสาร 1 โมลที่ความดัน 101.3 kPa และอุณหภูมิ 298 K แสดงไว้

หนังสืออ้างอิงให้ความร้อนในการก่อตัวของสารประกอบจากสารเชิงเดี่ยว

ตัวอย่างเช่น:

Y CO 2 = - 393.5 กิโลจูล/โมล

U H 2 O ก๊าซ = - 241.8 กิโลจูล/โมล

แต่สำหรับสารที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการดูดความร้อน เช่น อะเซทิลีน C 2 H 2 = +226.8 kJ/mol เมื่ออะตอมไฮโดรเจน H + เกิดขึ้นตามปฏิกิริยา H 2 = H + + H + = +217.9 kJ/mol

สำหรับสารบริสุทธิ์ที่ประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีหนึ่งองค์ประกอบในรูปแบบที่เสถียร (H 2, O 2, C, Na ฯลฯ) ตามปกติแล้ว DN จะถือว่าเป็นศูนย์

อย่างไรก็ตาม หากเราพูดถึงคุณสมบัติระดับมหภาคของสาร เราจะแยกแยะพลังงานได้หลายรูปแบบ ได้แก่ งานจลน์ ศักย์ไฟฟ้า เคมี ไฟฟ้า พลังงานความร้อน พลังงานนิวเคลียร์ และงานเครื่องกล และถ้าเราพิจารณาประเด็นนี้ในระดับโมเลกุล พลังงานรูปแบบเหล่านี้ก็สามารถอธิบายได้โดยอาศัยเพียงสองรูปแบบเท่านั้น นั่นคือ พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ และพลังงานนิ่งที่อาจเกิดขึ้นของอะตอมและโมเลกุล

ในปฏิกิริยาเคมี มีเพียงโมเลกุลเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลง อะตอมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง พลังงานโมเลกุลคือพลังงานยึดเหนี่ยวของอะตอมที่สะสมอยู่ในโมเลกุล มันถูกกำหนดโดยแรงดึงดูดของอะตอมที่มีต่อกัน นอกจากนี้ยังมีพลังงานศักย์ที่โมเลกุลจะดึงดูดกัน มันมีขนาดเล็กในก๊าซ มีขนาดใหญ่กว่าในของเหลว และใหญ่กว่าในของแข็งด้วยซ้ำ

แต่ละอะตอมมีพลังงาน ส่วนหนึ่งเกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอน และส่วนหนึ่งเกี่ยวข้องกับนิวเคลียส อิเล็กตรอนมีพลังงานจลน์ของการหมุนรอบนิวเคลียสและมีพลังงานไฟฟ้าศักย์ของการดึงดูดและผลักกัน

ผลรวมของพลังงานโมเลกุลในรูปแบบเหล่านี้คือปริมาณความร้อนของโมเลกุล

หากเรารวมปริมาณความร้อนของสาร 6.02 × 10 23 โมเลกุล เราจะได้ปริมาณความร้อนโมลาร์ของสารนี้

เหตุใดปริมาณความร้อนของสารที่มีธาตุเดี่ยว (โมเลกุลของธาตุหนึ่ง) จึงมีค่าเป็นศูนย์ สามารถอธิบายได้ดังนี้

DH ขององค์ประกอบทางเคมี ซึ่งก็คือพลังงานของการก่อตัวนั้นสัมพันธ์กับกระบวนการภายในนิวเคลียร์ พลังงานนิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคภายในนิวเคลียร์และการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบทางเคมีหนึ่งไปเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งในระหว่างปฏิกิริยานิวเคลียร์ ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาการสลายตัวของยูเรเนียม:

หรือง่ายกว่านั้น: U+n®Ba+Kr+3n

ที่ไหน: n ’ โอ– อนุภาคนิวตรอนที่มีมวล 1 และมีประจุเป็นศูนย์

ยูเรเนียมจับนิวตรอนซึ่งเป็นผลมาจากการที่มันแยก (สลายตัว) ออกเป็นสององค์ประกอบใหม่ - แบเรียมและคริปทอน - โดยมีการก่อตัวของนิวตรอน 3 ตัวและพลังงานนิวเคลียร์จะถูกปล่อยออกมา

กล่าวได้ว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานมากกว่าปฏิกิริยาเคมีหลายล้านเท่า ดังนั้น พลังงานการสลายตัวของยูเรเนียมคือ 4.5×10 9 กิโลแคลอรี/โมล×ยูเรเนียม ซึ่งมากกว่าการเผาไหม้ถ่านหินหนึ่งโมลถึง 10 ล้านเท่า

ในปฏิกิริยาเคมี อะตอมจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่โมเลกุลจะเปลี่ยนแปลง ดังนั้นพลังงานของการก่อตัวของอะตอมโดยนักเคมีจึงไม่ถูกนำมาพิจารณาและ DN ของโมเลกุลก๊าซองค์ประกอบเดียวและอะตอมของสารบริสุทธิ์จะเท่ากับศูนย์

ปฏิกิริยาการสลายตัวของยูเรเนียมข้างต้นเป็นตัวอย่างคลาสสิกของปฏิกิริยาลูกโซ่ เราจะพิจารณาทฤษฎีกลไกลูกโซ่ของปฏิกิริยาการเผาไหม้ในภายหลัง แต่นิวตรอนมาจากไหนและสิ่งที่ทำให้มันทำปฏิกิริยากับยูเรเนียมนั้นเกี่ยวข้องกับสิ่งที่เรียกว่าพลังงานกระตุ้นซึ่งเราจะพิจารณาในภายหลัง

3.3. ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา

ความจริงที่ว่าสารแต่ละชนิดมีพลังงานจำนวนหนึ่งสามารถอธิบายผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีได้

ตามกฎของเฮสส์: ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับธรรมชาติของผลิตภัณฑ์เริ่มต้นและขั้นสุดท้ายเท่านั้น และไม่ขึ้นอยู่กับจำนวนปฏิกิริยาขั้นกลางของการเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง

ข้อพิสูจน์ 1ของกฎหมายนี้: ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาเคมีเท่ากับความแตกต่างระหว่างผลรวมของความร้อนที่เกิดจากการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายกับผลรวมของความร้อนในการก่อตัวของสารตั้งต้นโดยคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์ในสูตรของ สารเหล่านี้ในสมการปฏิกิริยา

ตัวอย่างเช่นในปฏิกิริยา 2H 2 + O 2 = 2H 2 O ± DH

; ; .

ดังนั้น สมการปฏิกิริยาทั่วไปจะมีลักษณะดังนี้:

2H 2 + O 2 = 2H 2 O – 582 กิโลจูล/โมล

และถ้า DH มีเครื่องหมาย (-) แสดงว่าปฏิกิริยาคายความร้อน

ข้อพิสูจน์ 2- ตามกฎของลาวัวซิเยร์-ลาปลาซ ผลกระทบทางความร้อนจากการสลายตัวของสารประกอบเคมีมีค่าเท่ากันและตรงกันข้ามกับผลกระทบทางความร้อนของการก่อตัว

จากนั้นปฏิกิริยาการสลายตัวของน้ำจะเป็น:

2H 2 O=2H 2 +O 2 +582 kJ/mol เช่น ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน

ตัวอย่างของปฏิกิริยาที่ซับซ้อนมากขึ้น:

CH 4 +2O 2 =CO 2 +2H 2 O.

จากนั้นปฏิกิริยาจะเขียนดังนี้:

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O – 742.3 kJ/mol ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาคายความร้อน

3.4. หลักการจลน์ของปฏิกิริยาแก๊ส

ตามกฎของการกระทำของมวล อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิคงที่จะเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของสารที่ทำปฏิกิริยา หรือตามที่พวกเขากล่าวว่า "มวลที่ออกฤทธิ์"

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ( υ ) เป็นเรื่องปกติที่จะต้องพิจารณาปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาต่อหน่วยเวลา ( งที) ต่อหน่วยปริมาตร ( ดีวี).

พิจารณาปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นตามสมการ:

ก + บี = ค + ง.

เนื่องจากอัตราการเกิดปฏิกิริยาแสดงถึงการลดลงของความเข้มข้นของสารตั้งต้นและความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้น เราจึงสามารถเขียนได้:

, (3.1)

โดยที่ minuses ของอนุพันธ์ระบุทิศทางของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของส่วนประกอบและความเข้มข้นของส่วนประกอบจะแสดงในวงเล็บเหลี่ยม

จากนั้นปฏิกิริยาตรงที่ไม่สามารถย้อนกลับได้โดยตรงที่ T = const จะดำเนินต่อไปด้วยความเร็ว:

, (3.2)

ที่ไหน: เค – อัตราคงที่ของปฏิกิริยาเคมี ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของส่วนประกอบ แต่จะเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิเท่านั้น

ตามกฎของการกระทำของมวล ความเข้มข้นของส่วนประกอบปฏิกิริยาจะรวมอยู่ในสมการจลน์ในระดับที่เท่ากับสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ของส่วนประกอบนี้

ใช่เพื่อปฏิกิริยา

AA + บีB = ซีซี + ดีดี

สมการจลน์มีรูปแบบ:

โดยทั่วไปเลขชี้กำลัง a, b, c, d เรียกว่าลำดับปฏิกิริยาสำหรับส่วนประกอบ A, B, C, D และผลรวมของเลขยกกำลังคือลำดับปฏิกิริยาโดยรวม

เช่น ปฏิกิริยา เช่น

A ® bB + cC – ลำดับที่ 1,

2A = bB + cC – อันดับ 2,

ลำดับ A + B = cC + dD – III

เนื่องจากความเข้มข้นของส่วนประกอบที่ทำปฏิกิริยาทั้งหมดสัมพันธ์กันโดยสมการปริมาณสัมพันธ์ สมการจลนศาสตร์ที่ง่ายที่สุดของลำดับแรกจึงเป็นสมการเชิงอนุพันธ์ของลำดับแรกที่มีตัวแปรอิสระตัวเดียว นั่นคือความเข้มข้น และสามารถบูรณาการได้

สมการจลน์ศาสตร์ที่ง่ายที่สุดคือสมการอันดับหนึ่งของประเภท

ซึ่ง . (3.4)

ให้เราแสดงด้วยความเข้มข้นขององค์ประกอบ A ก่อนเริ่มปฏิกิริยาและเมื่อรวมสมการภายใต้เงื่อนไขขอบเขต t = 0, [A] = [A 0 ] เราได้รับ:

หรือ [A]=×e - kt . (3.5)

ดังนั้นการขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้นของสารจึงเป็นเลขชี้กำลัง

พลังงานจลน์ของก๊าซอธิบายเช่นนี้ ตามสมมติฐานของ Arrhenius ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีการใช้งานอยู่เท่านั้น กล่าวคือ มีพลังงานส่วนเกินเพียงพอที่จะทำลายพันธะระหว่างอะตอมซึ่งเรียกว่าพลังงานกระตุ้น E A

เหล่านั้น. ความเร็วของปฏิกิริยาเคมีไม่ได้ขึ้นอยู่กับจำนวนการชนของโมเลกุลทั้งหมด แต่ขึ้นอยู่กับจำนวนการชนของโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นเท่านั้น

ตามกฎของโบลต์ซมานน์ จำนวนโมเลกุลที่ทำงานอยู่

n A = n o * e - E / RT , (3.6)

โดยที่: E – พลังงานกระตุ้น

T คืออุณหภูมิของส่วนผสมของก๊าซ

no – จำนวนโมเลกุลทั้งหมด

จากนั้นจำนวนการชนที่มีประสิทธิภาพซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเท่ากับ:

υ р = Z eff = Z 0 * e - E / RT , (3.7)

โดยที่: Z 0 – จำนวนการชนกันของโมเลกุลทั้งหมด

1) อัตราการเกิดปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของโมเลกุลที่ทำงานอยู่ จำนวนซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันในส่วนผสม เนื่องจากความดันคือจำนวนโมเลกุลที่ชนกับพื้นผิวใด ๆ

2) ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยากันได้รับพลังงานจำนวนหนึ่งเพียงพอที่จะทำลายหรือทำให้พันธะระหว่างอะตอมอ่อนลง การกระตุ้นเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลไปสู่สถานะที่สามารถเปลี่ยนแปลงทางเคมีได้

บ่อยครั้งที่กระบวนการกระตุ้นเกิดขึ้นผ่านการก่อตัวของสารประกอบอะตอมระดับกลางที่ไม่เสถียร แต่มีความไวสูง

ดังนั้นกระบวนการดูดความร้อนไม่เพียงแต่ต้องการพลังงานจากภายนอกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระบวนการคายความร้อนด้วย เพื่อให้ปฏิกิริยาคายความร้อนเกิดขึ้น จำเป็นต้องส่งพลังงานความร้อนบางส่วนเข้าไป ตัวอย่างเช่น เพื่อให้ปฏิกิริยาการเผาไหม้เกิดขึ้นในส่วนผสมของไฮโดรเจนและออกซิเจน จะต้องจุดชนวน

ปริมาณพลังงานความร้อนขั้นต่ำที่ต้องใช้เพื่อ "เริ่มต้น" ปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าพลังงานกระตุ้น

3.5. พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา

เพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ มักใช้ตัวอย่างต่อไปนี้ (รูปที่ 9):

มีลูกบอลอยู่บนแท่น ไซต์ตั้งอยู่ด้านหน้าสไลด์ ดังนั้นลูกบอลอาจกลิ้งลงมาเองได้หากไม่ใช่เพราะสไลด์ แต่สำหรับการสืบเชื้อสายตามธรรมชาตินั้นจะต้องยกขึ้นไปที่ด้านบนของสไลด์ สิ่งนี้จะปลดปล่อยไม่เพียงแต่พลังงานของการขึ้นเขาเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพลังงานของการลงไปด้วย

ข้าว. 9. รูปแบบการเปิดใช้งานปฏิกิริยา

พิจารณาปฏิกิริยาสองประการ:

1) ชม 2 + โอ 2 = ชม 2 โอ-

2) H 2 O = H 2 + O 2 +

ดังที่เห็นได้จากรูป E 2 =+E 1;

โดยทั่วไปแล้วสำหรับปฏิกิริยาใดๆ

.

และสัญญาณของผลกระทบทางความร้อนขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่าง E 1 และ E 2 ซึ่งจะเป็นบวกเสมอ

ดังนั้น พลังงานกระตุ้นคือพลังงานที่จำเป็นในการเปลี่ยนสารที่ทำปฏิกิริยาให้อยู่ในสถานะของสารเชิงซ้อนที่ทำงานอยู่ (ทำลายพันธะระหว่างอะตอม ทำให้โมเลกุลเข้าใกล้กันมากขึ้น และสะสมพลังงานในโมเลกุล...)

เมื่ออุณหภูมิของก๊าซเพิ่มขึ้น สัดส่วนของโมเลกุลที่ทำงานอยู่ (e -E/ RT) จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ ความสัมพันธ์นี้สามารถแสดงได้ดังนี้:

ข้าว. 10. การขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ: 1 – ความเร็วของปฏิกิริยาที่ 1, 2 – ความเร็วของปฏิกิริยาที่ 2

ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 10 อัตราของปฏิกิริยาแรกน้อยกว่าอัตราของปฏิกิริยาที่สอง และพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาที่ 1 มากกว่า E ของปฏิกิริยาที่สอง และที่อุณหภูมิเท่ากัน T 2 υ 2 > υ 1 - ยิ่งพลังงานกระตุ้นสูง อุณหภูมิที่ต้องใช้ในการบรรลุอัตราการเกิดปฏิกิริยาก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย

เหตุผลก็คือเมื่อ E มีขนาดใหญ่ขึ้น พันธะระหว่างอะตอมที่มีอยู่ในโมเลกุลของส่วนประกอบที่ทำปฏิกิริยาจะแข็งแกร่งขึ้น และจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้นเพื่อเอาชนะแรงเหล่านี้ ในกรณีนี้ สัดส่วนของโมเลกุลที่ทำงานอยู่จะน้อยลงตามลำดับ

จากที่กล่าวมาข้างต้น เห็นได้ชัดว่าค่าของพลังงานกระตุ้นเป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของกระบวนการทางเคมี จะกำหนดความสูงของอุปสรรคด้านพลังงานซึ่งการเอาชนะซึ่งเป็นเงื่อนไขสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้น ในทางกลับกัน อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะกำหนดลักษณะเฉพาะโดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เช่น ยิ่งพลังงานกระตุ้นสูง อุณหภูมิก็จะยิ่งสูงขึ้นเพื่อให้ได้ปฏิกิริยาที่กำหนด

3.6. การเร่งปฏิกิริยา

นอกจากจะเพิ่มอุณหภูมิและความเข้มข้นของสารแล้วยังใช้อีกด้วย ตัวเร่งปฏิกิริยา, เช่น. สารที่ถูกนำเข้าไปในส่วนผสมที่ทำปฏิกิริยา แต่จะไม่ถูกใช้ในระหว่างการทำปฏิกิริยา แต่เร่งโดยการลดพลังงานกระตุ้น

กระบวนการเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาเรียกว่า การเร่งปฏิกิริยา.

ตัวเร่งปฏิกิริยามีส่วนร่วมในปฏิกิริยาระดับกลางเพื่อสร้างสารเชิงซ้อนที่กระตุ้นโดยทำให้พันธะในโมเลกุลของสารตั้งต้นอ่อนลง การสลายตัว การดูดซับโมเลกุลบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา หรือการแนะนำอนุภาคของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้งานอยู่

ลักษณะของการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถอธิบายได้ด้วยแผนภาพต่อไปนี้:

ปฏิกิริยาที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา: A + B = AB

ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา X: A + X = AX ® AX + B = AB + X

ให้เรานำเสนอภาพที่คล้ายกับที่แสดงในรูปที่. 9.

ข้าว. 11. แผนภาพการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา: อี บี.แคทและ อีกับแมว.– พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาและมีตัวเร่งปฏิกิริยา ตามลำดับ

เมื่อมีการเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยา (รูปที่ 11) ปฏิกิริยาสามารถดำเนินต่อไปในเส้นทางที่แตกต่างโดยมีอุปสรรคด้านพลังงานต่ำกว่า วิถีทางนี้สอดคล้องกับกลไกการเกิดปฏิกิริยาใหม่ผ่านการก่อตัวของสารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นอีกชนิดหนึ่ง และกำแพงพลังงานที่ต่ำกว่าใหม่สามารถเอาชนะได้ด้วยอนุภาคจำนวนมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น

ควรสังเกตว่าพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาย้อนกลับจะลดลงตามปริมาณเดียวกันกับพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาไปข้างหน้านั่นคือ ปฏิกิริยาทั้งสองมีความเร่งเท่ากัน และตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ทำให้เกิดปฏิกิริยา แต่จะเร่งปฏิกิริยาให้เร็วขึ้นเท่านั้น ซึ่งอาจเกิดขึ้นเมื่อไม่มีอยู่ แต่จะช้ากว่ามาก

ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของปฏิกิริยาสามารถกลายเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ จากนั้นปฏิกิริยานี้เรียกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ ดังนั้น หากอัตราของปฏิกิริยาธรรมดาลดลงเมื่อสารตั้งต้นถูกใช้ไป ปฏิกิริยาการเผาไหม้จะเกิดขึ้นเนื่องจากการเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ การเร่งปฏิกิริยาในตัวเอง และเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ

ส่วนใหญ่แล้วสารของแข็งที่ดูดซับโมเลกุลของสารที่ทำปฏิกิริยาจะใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในระหว่างการดูดซับ พันธะในโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาจะอ่อนลง และด้วยเหตุนี้ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลทั้งสองจึงสะดวกขึ้น

การดูดซับคืออะไร?

3.7. การดูดซับ

การดูดซับ- การดูดซับพื้นผิวของสารจากตัวกลางที่เป็นก๊าซหรือสารละลายโดยชั้นผิวของสารอื่น - ของเหลวหรือของแข็ง

ตัวอย่างเช่น การดูดซับก๊าซพิษบนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ที่ใช้ในหน้ากากป้องกันแก๊สพิษ

มีความแตกต่างระหว่างการดูดซับทางกายภาพและทางเคมี

ที่ ทางกายภาพการดูดซับ อนุภาคที่ถูกจับจะคงคุณสมบัติไว้และเมื่อใด เคมี– สารประกอบทางเคมีของตัวดูดซับกับตัวดูดซับเกิดขึ้น

กระบวนการดูดซับจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน สำหรับการดูดซับทางกายภาพนั้นไม่มีนัยสำคัญ (1-5 กิโลแคลอรี/โมล) สำหรับการดูดซับทางเคมีจะมีค่ามากกว่ามาก (10-100 กิโลแคลอรี/โมล) สิ่งนี้สามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีผ่านการเร่งปฏิกิริยา

สำหรับกระบวนการเผาไหม้และการระเบิด สามารถยกตัวอย่างต่อไปนี้:

1. อุณหภูมิการจุดติดไฟอัตโนมัติของส่วนผสม H 2 + O 2 คือ 500 0 C เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาแพลเลเดียมจะลดลงเป็น 100 0 C

2. กระบวนการเผาไหม้ถ่านหินที่เกิดขึ้นเองเริ่มต้นด้วยการดูดซับสารเคมีของออกซิเจนบนพื้นผิวของอนุภาคถ่านหิน

3. เมื่อทำงานกับออกซิเจนบริสุทธิ์ ออกซิเจนจะถูกดูดซับอย่างดีบนเสื้อผ้า (การดูดซับทางกายภาพ) และเมื่อมีประกายไฟหรือเปลวไฟ เสื้อผ้าจะติดไฟได้ง่าย

4. ออกซิเจนถูกดูดซับและดูดซับได้ดีด้วยน้ำมันทางเทคนิคเพื่อสร้างส่วนผสมที่ระเบิดได้ สารผสมจะระเบิดได้เองโดยไม่มีแหล่งกำเนิดประกายไฟ (การดูดซับสารเคมี)

เกือบทุกวันเราทุกคนต้องรับมือกับอาการของกระบวนการเผาไหม้ไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ในบทความของเรา เราต้องการบอกรายละเอียดเพิ่มเติมว่ากระบวนการนี้รวมคุณลักษณะใดบ้างจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์

เป็นองค์ประกอบหลักของกระบวนการดับเพลิง ไฟเริ่มต้นด้วยการเกิดการเผาไหม้ ความรุนแรงของการพัฒนามักจะเป็นเส้นทางที่ไฟเดินทาง นั่นคือ อัตราการเผาไหม้ และการดับลงจะสิ้นสุดลงด้วยการหยุดการเผาไหม้

โดยทั่วไปเข้าใจว่าการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนระหว่างเชื้อเพลิงกับตัวออกซิไดเซอร์ โดยมีปัจจัยอย่างน้อยหนึ่งในสามประการต่อไปนี้: เปลวไฟ แสงเรืองแสง การก่อตัวของควัน เนื่องจากความซับซ้อนของกระบวนการเผาไหม้ คำจำกัดความนี้จึงไม่ครบถ้วนสมบูรณ์ มันไม่ได้คำนึงถึงคุณลักษณะที่สำคัญของการเผาไหม้ เช่น การเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วของปฏิกิริยาคายความร้อนที่ซ่อนอยู่ ธรรมชาติที่ดำรงอยู่ได้เอง และความสามารถของกระบวนการในการแพร่กระจายได้เองผ่านส่วนผสมที่ติดไฟได้

ความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยารีดอกซ์คายความร้อนที่ช้า (การกัดกร่อนของเหล็ก การเน่าเปื่อย) และการเผาไหม้ก็คือ ปฏิกิริยาอย่างหลังเกิดขึ้นเร็วมากจนเกิดความร้อนได้เร็วกว่าที่ความร้อนจะกระจายไป สิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิในเขตปฏิกิริยาหลายร้อยหรือหลายพันองศา ทำให้เกิดแสงที่มองเห็นได้และการก่อตัวของเปลวไฟ โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือลักษณะการเผาไหม้ของเปลวไฟ หากปล่อยความร้อนออกมาแต่ไม่มีเปลวไฟ กระบวนการนี้เรียกว่าการคุกรุ่น ในทั้งสองกระบวนการ จะเกิดละอองลอยของการเผาไหม้ของสารที่สมบูรณ์หรือไม่สมบูรณ์ เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อสารบางชนิดเผาไหม้จะมองไม่เห็นเปลวไฟ และไม่มีการปล่อยควัน สารดังกล่าวรวมถึงไฮโดรเจนด้วย ปฏิกิริยาที่เร็วเกินไป (การเปลี่ยนแปลงของการระเบิด) ก็ไม่รวมอยู่ในแนวคิดของการเผาไหม้

เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้ที่จะเกิดขึ้นคือการมีสารไวไฟ ตัวออกซิไดเซอร์ (ในไฟ บทบาทของมันจะเล่นโดยออกซิเจนในอากาศ) และแหล่งกำเนิดประกายไฟ สำหรับการเผาไหม้โดยตรง ต้องมีสภาวะวิกฤติในแง่ขององค์ประกอบของส่วนผสมที่ติดไฟได้ รูปทรงและอุณหภูมิของวัสดุที่ติดไฟได้ ความดัน ฯลฯ หลังจากการเผาไหม้เกิดขึ้น ตัวเปลวไฟหรือโซนปฏิกิริยาจะทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดประกายไฟ

ตัวอย่างเช่น มีเธนสามารถออกซิไดซ์โดยออกซิเจนโดยปล่อยความร้อนไปยังเมทิลแอลกอฮอล์และกรดฟอร์มิกที่ 500-700 K อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไป จำเป็นต้องเติมความร้อนเนื่องจากความร้อนจากภายนอก นี่ไม่ใช่การเผาไหม้ เมื่อส่วนผสมของปฏิกิริยาได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงกว่า 1,000 K อัตราการเกิดออกซิเดชันของมีเทนจะเพิ่มขึ้นมากจนความร้อนที่ปล่อยออกมาเพียงพอที่จะทำปฏิกิริยาต่อไป ความต้องการแหล่งจ่ายความร้อนภายนอกหายไป และการเผาไหม้เริ่มขึ้น ดังนั้นเมื่อปฏิกิริยาการเผาไหม้เกิดขึ้นก็จะสามารถรองรับตัวมันเองได้ นี่คือคุณสมบัติหลักที่แตกต่างของกระบวนการเผาไหม้ คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องอีกประการหนึ่งคือความสามารถของเปลวไฟซึ่งเป็นโซนปฏิกิริยาเคมีในการแพร่กระจายตามธรรมชาติผ่านตัวกลางที่ติดไฟได้หรือวัสดุที่ติดไฟได้ด้วยความเร็วที่กำหนดโดยธรรมชาติและองค์ประกอบของส่วนผสมของปฏิกิริยาตลอดจนสภาวะของกระบวนการ นี่คือกลไกหลักของการเกิดไฟ

แบบจำลองการเผาไหม้โดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารอินทรีย์หรือคาร์บอนกับออกซิเจนในบรรยากาศ กระบวนการทางกายภาพและเคมีหลายอย่างเกิดขึ้นพร้อมกับการเผาไหม้ ฟิสิกส์เป็นเรื่องเกี่ยวกับการถ่ายโอนความร้อนเข้าสู่ระบบ ปฏิกิริยาออกซิเดชันและการรีดักชันเป็นองค์ประกอบทางเคมีตามธรรมชาติของการเผาไหม้ ดังนั้น จากแนวคิดเรื่องการเผาไหม้ การเปลี่ยนแปลงทางเคมีจึงเกิดขึ้น ซึ่งรวมถึงการสลายตัวของสารประกอบตั้งต้น การแยกตัวและการแตกตัวเป็นไอออนของผลิตภัณฑ์

การรวมกันของสารหรือวัสดุที่ติดไฟได้กับตัวออกซิไดซ์จะถือเป็นตัวกลางที่ติดไฟได้ อันเป็นผลมาจากการสลายตัวของสารไวไฟภายใต้อิทธิพลของแหล่งกำเนิดประกายไฟทำให้เกิดส่วนผสมของปฏิกิริยาก๊าซไอไออากาศ สารผสมที่ติดไฟได้ซึ่งในองค์ประกอบ (อัตราส่วนของส่วนประกอบเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์) สอดคล้องกับสมการของปฏิกิริยาเคมีเรียกว่าส่วนผสมขององค์ประกอบปริมาณสัมพันธ์ พวกมันเป็นอันตรายที่สุดในแง่ของไฟ: พวกมันติดไฟได้ง่ายกว่า, เผาไหม้อย่างเข้มข้นมากขึ้น, ทำให้มั่นใจได้ถึงการเผาไหม้ของสารโดยสมบูรณ์, ซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกมันปล่อยความร้อนออกมาในปริมาณสูงสุด

ข้าว. 1. รูปทรงของเปลวไฟแพร่กระจาย

a – การเผาไหม้ของกระแสน้ำ b – การเผาไหม้ของของเหลวที่หกรั่วไหล c – การเผาขยะในป่า

ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของปริมาณของวัสดุที่ติดไฟได้และปริมาตรของออกซิไดเซอร์จะแยกแยะของผสมแบบลีนและแบบเข้มข้น: ของผสมที่ไม่ดีจะมีตัวออกซิไดเซอร์จำนวนมาก ของผสมที่อุดมไปด้วยจะมีวัสดุที่ติดไฟได้ ปริมาณออกซิไดเซอร์ขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของหน่วยมวล (ปริมาตร) ของสารที่ติดไฟได้นั้นถูกกำหนดโดยสมการของปฏิกิริยาเคมี เมื่อเผาไหม้โดยมีส่วนร่วมของออกซิเจน อัตราการไหลของอากาศ (เฉพาะ) ที่ต้องการสำหรับสารที่ติดไฟได้ส่วนใหญ่อยู่ในช่วง 4-15 ม.3 /กก. การเผาไหม้ของสารและวัสดุจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีไอระเหยหรือผลิตภัณฑ์ก๊าซอยู่ในอากาศ รวมถึงเมื่อความเข้มข้นของออกซิเจนไม่ต่ำกว่าขีดจำกัดที่ระบุ

ดังนั้นสำหรับกระดาษแข็งและผ้าฝ้าย การดับไฟได้เองเกิดขึ้นที่ 14 ปริมาตร % ออกซิเจน และเส้นใยโพลีเอสเตอร์ - ที่ 16 ปริมาตร - ในกระบวนการเผาไหม้ เช่นเดียวกับกระบวนการทางเคมีอื่นๆ จำเป็นต้องมีสองขั้นตอน: การสร้างการสัมผัสของโมเลกุลระหว่างรีเอเจนต์และปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลเชื้อเพลิงกับตัวออกซิไดเซอร์เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา หากอัตราการเปลี่ยนแปลงของรีเอเจนต์เริ่มต้นถูกกำหนดโดยกระบวนการแพร่ เช่น อัตราการถ่ายโอน (ไอของก๊าซไวไฟและออกซิเจนถูกถ่ายโอนไปยังโซนปฏิกิริยาเนื่องจากการไล่ระดับความเข้มข้นตามกฎการแพร่กระจายของ Fick) จากนั้นโหมดการเผาไหม้นี้เรียกว่าการแพร่กระจาย ในรูป 1 แสดงเปลวไฟกระจายในรูปแบบต่างๆ ในโหมดการแพร่กระจายโซนการเผาไหม้จะเบลอและมีผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์จำนวนมากเกิดขึ้น หากอัตราการเผาไหม้ขึ้นอยู่กับอัตราของปฏิกิริยาเคมีเท่านั้นซึ่งสูงกว่าอัตราการแพร่กระจายอย่างมาก โหมดการเผาไหม้จะเรียกว่าจลน์ มีคุณลักษณะเฉพาะคืออัตราการเผาไหม้และความสมบูรณ์ที่สูงขึ้น ส่งผลให้อัตราการปล่อยความร้อนและอุณหภูมิเปลวไฟสูง ระบอบการปกครองนี้เกิดขึ้นในส่วนผสมที่ผสมไว้ล่วงหน้าของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ ดังนั้น หากรีเอเจนต์ในโซนปฏิกิริยาเคมีอยู่ในเฟสเดียวกัน (โดยปกติจะเป็นแก๊ส) การเผาไหม้ดังกล่าวจะเรียกว่าเป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์อยู่ในเฟสที่แตกต่างกันในโซนปฏิกิริยา จะเรียกว่าต่างกัน การเผาไหม้ไม่เพียงแต่ก๊าซจะเป็นเนื้อเดียวกันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงของแข็งส่วนใหญ่ด้วย สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าในโซนปฏิกิริยาไม่ใช่วัสดุที่เผาไหม้ แต่เป็นไอระเหยและผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวของก๊าซ การปรากฏตัวของเปลวไฟเป็นจุดเด่นของการเผาไหม้ที่เป็นเนื้อเดียวกัน

ตัวอย่างของการเผาไหม้ที่แตกต่างกัน ได้แก่ การเผาไหม้ของคาร์บอน เศษไม้ที่มีคาร์บอน และโลหะที่ไม่ระเหย ซึ่งยังคงอยู่ในสถานะของแข็งแม้ที่อุณหภูมิสูง ปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีในกรณีนี้จะเกิดขึ้นที่จุดเชื่อมต่อระหว่างเฟส (ของแข็งและก๊าซ) โปรดทราบว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการเผาไหม้ไม่เพียงแต่เป็นออกไซด์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงฟลูออไรด์ คลอไรด์ ไนไตรด์ ซัลไฟด์ คาร์ไบด์ เป็นต้น

ลักษณะของกระบวนการเผาไหม้จะแตกต่างกันไป สามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มต่างๆ ได้ดังต่อไปนี้ รูปร่าง ขนาด และโครงสร้างของเปลวไฟ อุณหภูมิเปลวไฟ, การแผ่รังสี; การปล่อยความร้อนและค่าความร้อน อัตราการเผาไหม้และขีดจำกัดความเข้มข้นของการเผาไหม้แบบยั่งยืน ฯลฯ

ทุกคนรู้ดีว่าการเผาไหม้ทำให้เกิดการเรืองแสงที่มาพร้อมกับผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้

ลองพิจารณาสองระบบ:

• ระบบก๊าซ
• ระบบควบแน่น

ในกรณีแรก เมื่อเกิดการเผาไหม้ กระบวนการทั้งหมดจะเกิดขึ้นในเปลวไฟ ในขณะที่ในกรณีที่สอง ปฏิกิริยาบางส่วนจะเกิดขึ้นในตัววัสดุหรือพื้นผิวของวัสดุ ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น มีก๊าซบางชนิดที่สามารถเผาไหม้ได้โดยไม่ต้องใช้เปลวไฟ แต่หากเราพิจารณาถึงของแข็ง ก็ยังมีกลุ่มของโลหะที่สามารถเผาไหม้ได้โดยไม่ต้องใช้เปลวไฟเช่นกัน

ส่วนของเปลวไฟที่มีค่าสูงสุดซึ่งเกิดการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงเรียกว่าส่วนหน้าของเปลวไฟ

กระบวนการแลกเปลี่ยนความร้อนและการแพร่กระจายของอนุภาคออกฤทธิ์จากบริเวณการเผาไหม้ซึ่งเป็นกลไกสำคัญในการเคลื่อนตัวของเปลวไฟด้านหน้าผ่านส่วนผสมที่ติดไฟได้

ความเร็วของการแพร่กระจายของเปลวไฟมักแบ่งออกเป็น:

• การลุกไหม้ (ปกติ) เกิดขึ้นที่ความเร็วต่ำกว่าเสียง (0.05-50 ม./วินาที)
• การระเบิดเมื่อความเร็วถึง 500-3,000 m/s

ข้าว. 2. เปลวไฟแพร่กระจายแบบลามินาร์

ขึ้นอยู่กับลักษณะของความเร็วของการไหลของก๊าซที่สร้างเปลวไฟเปลวไฟแบบลามินาร์และแบบปั่นป่วนมีความโดดเด่น ในเปลวไฟแบบลามินาร์ การเคลื่อนที่ของก๊าซเกิดขึ้นในชั้นต่างๆ กระบวนการถ่ายเทความร้อนและมวลทั้งหมดเกิดขึ้นผ่านการแพร่กระจายและการพาความร้อนของโมเลกุล ในเปลวไฟที่ปั่นป่วน กระบวนการถ่ายเทความร้อนและมวลส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของกระแสน้ำวนด้วยตาเปล่า เปลวเทียนเป็นตัวอย่างหนึ่งของเปลวไฟกระจายแบบราบเรียบ (รูปที่ 2) เปลวไฟใดๆ ที่มีความสูงมากกว่า 30 ซม. จะมีความไม่เสถียรทางกลไกของแก๊สแบบสุ่มอยู่แล้ว ซึ่งเห็นได้ชัดเจนจากควันและเปลวไฟหมุนวนที่มองเห็นได้

ข้าว. 3. การเปลี่ยนจากลามินาร์เป็นการไหลเชี่ยว

ตัวอย่างที่ชัดเจนมากของการเปลี่ยนแปลงของการไหลแบบราบเรียบไปสู่การไหลแบบปั่นป่วนคือควันบุหรี่ (รูปที่ 3) ซึ่งเมื่อสูงขึ้นไปประมาณ 30 ซม. จะได้รับความปั่นป่วน

ในระหว่างที่เกิดเพลิงไหม้ เปลวไฟจะมีลักษณะการฟุ้งซ่าน การปรากฏตัวของความปั่นป่วนในเปลวไฟจะทำให้การถ่ายเทความร้อนเพิ่มขึ้น และการผสมจะส่งผลต่อกระบวนการทางเคมี ในเปลวไฟที่ปั่นป่วน อัตราการเผาไหม้ก็สูงขึ้นเช่นกัน ปรากฏการณ์นี้ทำให้ยากต่อการถ่ายโอนพฤติกรรมของเปลวไฟขนาดเล็กไปสู่เปลวไฟขนาดใหญ่ที่มีความลึกและความสูงมากขึ้น

ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลองว่าอุณหภูมิการเผาไหม้ของสารในอากาศต่ำกว่าอุณหภูมิการเผาไหม้ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนในบรรยากาศมาก

ในอากาศอุณหภูมิจะผันผวนจาก 650 ถึง 3100 °C และในออกซิเจนอุณหภูมิจะเพิ่มขึ้น 500-800 °C