§ 24. Умови виникнення та припинення горіння
Яскравість полум’я залежить від наявності в ньому дрібних твердих частинок або випарів, що утворюються під час взаємодії речовини з киснем. Якщо серед продуктів горіння є тверді частинки, то утворюється світне полум’я. Так, залізо та фосфор згоряють у кисні з утворенням яскравого полум’я. При згорянні водню утворюється лише водяна пара, тому полум’я практично безколірне. Горіння природного газу метану також супроводжується утворенням ледь помітного блакитного полум’я. Це пов’язано з тим, що весь Карбон, який є у складі метану, окиснюється до вуглекислого газу.
Під час згоряння речовин із більшим вмістом Карбону порівняно з метаном, наприклад, бензину, гасу, парафіну, вугілля, Карбон згоряє не повністю і частково переходить у сажу. Саме розжарені до високої температури дрібні частинки сажі роблять полум’я яскравим. Проте якщо забезпечити додатковий доступ повітря чи кисню до пального, як, наприклад, у каміні (мал. 84), то частинки сажі згоряють, і полум’я стає майже непомітним. Таке полум’я має вищу температуру і залишає мало кіптяви.
Горіння може відбуватися не лише в кисні та на повітрі, але й в інших газах, наприклад, у фторі F2, хлорі Cl2, нітроґен(І) оксиді N2O.
Мал. 84. Камера згоряння каміна. Під час будівництва печей і камінів завжди намагаються створити тягу
Мал. 85. Досліди Лавуазьє зі спалювання речовин
На повітрі горіння відбувається менш інтенсивно, ніж у чистому кисні, оскільки наявний у повітрі азот не підтримує горіння. Ми спостерігали, як швидко згоряє у кисні залізний дріт. На повітрі запалити його не вдається.
Першим ученим, який правильно пояснив процес горіння взаємодією речовини з киснем повітря, був французький хімік А.Л. Лавуазьє. Досліди зі спалювання речовин вчений проводив на відкритому повітрі, використовуючи в ролі нагрівного приладу систему з двох великих лінз (мал. 85).
Кожна лінза діаметром більш ніж 1 м складалася з двох тонких увігнуто-опуклих скляних поверхонь, простір між якими заповнений етиловим спиртом. В сонячний день такі лінзи давали змогу нагрівати тіла до температури вище 1500 °С. У такий спосіб можна було розплавити золото та залізо. Лавуазьє також вдалося спалити декілька алмазів.
Ви, очевидно, помічали, що одні речовини загоряються на повітрі легше, а деякі важче. Внесемо у полум’я спиртівки одночасно маґнієву стрічку та шматок картону. Першим загоряється картон, а маґній спалахне лише через декілька секунд. Адже для того, щоб розпочалася реакція маґнію з киснем, необхідна вища температура. Отже, речовина загоряється лише при нагріванні вище від певної температури. Її називають температурою займання. Папір загоряється на повітрі приблизно при 230 °С, а маґній — при 600 °С. Температура займання бензину становить 300 °С, а медичного ефіру — 150 °С. Речовина, що загорілась, продовжує горіти і поза полум’ям, оскільки теплота, що виділяється під час горіння, поступово нагріває наступні ділянки речовини до температури займання.
Взаємодія речовин із киснем повітря може відбуватись і повільно, у цьому випадку горіння не спостерігається. Такі процеси називають повільним окисненням. До них належить, наприклад, іржавіння заліза. У вугільних шахтах спостерігається підвищений вміст вуглекислого газу. Це пояснюється повільним окисненням вуглецю, який міститься у складі вугілля. Блискуча оцинкована бляха, яку використовують для покрівель будинків, із часом тьмяніє. Причиною цього є повільне окиснення цинку.
При повільному окисненні виділяється значно менше теплоти, ніж при горінні. Це явище використовують у теплицях: під час гниття органічних решток (тобто повільного окиснення) виділяється теплота, яка й дозволяє підтримувати у теплицях потрібний мікроклімат.
Іноді теплоти, що виділяється при повільному окисненні речовин, є достатньо для самозаймання. Відомі випадки самозаймання ганчір’я, просоченого мастилом, яке використовували для витирання станків на заводах та в майстернях.
Предмет, що горить, можна загасити, або припинивши доступ повітря до нього, або охолодивши його нижче від температури займання. Часто вогонь гасять водою, яка не лише охолоджує палаючий предмет, але й перешкоджає його контакту з повітрям. Проте не всі речовини можна гасити водою. Деякі метали взаємодіють з нею набагато активніше, ніж з киснем повітря. У цьому разі використання води лише посилить горіння.
Не можна гасити водою і бензин. Він легший за воду і продовжує горіти. Доведемо це на досліді. Наллємо у порцелянову чашку бензин і підпалимо його сірником. Потім палаючий бензин заллємо водою. При цьому він продовжує горіти. Накриємо чашку шматком картону чи цупкої тканини. Горіння припиниться.
Найбільш ефективний спосіб припинити горіння — ізолювати речовину від доступу кисню.
У домашніх умовах загасити полум’я на людині можна, накинувши на нього ковдру, килим, простирадло і щільно загорнувши потерпілого, щоби повністю припинити доступ повітря до палаючої одежі. В хімічних лабораторіях палаючий предмет засипають піском або використовують вогнегасники. У них зазвичай міститься (або утворюється внаслідок взаємодії деяких речовин) вуглекислий газ, який не підтримує горіння та ізолює палаючий предмет від повітря.
Легкозаймисті речовини, такі як спирт, ефір чи бензин, називають вогненебезпечними. З ними потрібно поводитись дуже обережно, в жодному разі не працювати поблизу відкритого полум’я. Адже пара спалахує і викликає пожежу, а іноді й сильний вибух. Ефір у відкритій посудині може самозайматись, навіть на віддалі декількох метрів від полум’я, про це необхідно пам’ятати. До вогненебезпечних речовин належать засоби для виведення плям, полірування, препарати для догляду за виробами зі шкіри, засоби для чищення, а також препарати в аерозольній упаковці.
На упаковці вогненебезпечних товарів повинні бути попереджувальні написи: «Вогненебезпечно», «Берегти від вогню», «Не розпилювати біля відкритого вогню» тощо, а також інформація про правила та умови безпечного їх використання (мал. 86).
Мал. 86. Маркування товарів побутової хімії
- . у Біблії описано необхідність обережного поводження з вогнем та певним чином зауважено про відповідальність за спричинення пожежі: «Коли вийде огонь і попаде на тернину, і буде спалена скирта, або збіжжя стояче, або поле, — конче відшкодує той, хто запалив пожежу».
- Горіння — це реакція окиснення з виділенням теплоти та появою полум’я.
- Під час повільного окиснення полум’я немає.
- Умовами початку горіння є наявність кисню і досягнення речовиною температури займання. Щоб припинити горіння, треба або охолодити речовину нижче температури займання, або припинити доступ до неї повітря.
Початковий рівень
- 1. Чому на повітрі горіння відбувається менш інтенсивно, ніж у кисні?
- 2. Поясніть, що означають поняття:
Середній рівень
- 3. Пріле листя, сіно, деревна тирса при тривалому зберіганні на повітрі можуть самозайматися. Як це пояснити?
- 4. Чим пояснити той факт, що полум’я природного газу практично безколірне, а полум’я свічки — світне?
Достатній рівень
Високий рівень
- 6. При горінні на повітрі спирту С2Н6О, безводної оцтової кислоти С2Н4О2 і ефіру С4Н10О утворюється вуглекислий газ та вода. Напишіть рівняння відповідних реакцій.
Додаткове завдання
- 7. При горінні маґнію на повітрі, крім оксиду, утворюється також маґній нітрид — продукт взаємодії маґнію з азотом N2. Напишіть формулу маґній нітриду і рівняння реакції його утворення, якщо відомо, що у сполуках з металами Нітроґен тривалентний.
§ 19. Горіння й окиснення речовин у повітрі
Люди здавна замислювалися над природою горіння речовин. За тисячоліття накопичення знань і розвитку науки висувалося чимало гіпотез, які намагалися пояснити, чому одні речовини горять, а інші — ні. Більшість із цих гіпотез сьогодні викликають усмішку, а їхнє вивчення цікаве тільки з історичного погляду.
Уперше сучасну теорію горіння висловив французький хімік А. Лавуазьє. Він установив, що горіння відбувається за участю повітря, а точніше, одного з його компонентів — кисню. Крім того, Лавуазьє довів, що повітря є не простою речовиною, а сумішшю газів, та визначив його склад.
Антуан Лоран Лавуазьє (1743-1794)
Видатний французький хімік. Із ранніх років виявляв цікавість до фізики та хімії. Довго вивчав горіння речовин, першим установив, що в горінні та диханні бере участь кисень. Щоб довести склад алмазу, у складчину з друзями купив великий діамант і спалив його, чим довів, що алмази складаються з атомів Карбону (мал. 102). Відкрив закон збереження маси речовин у хімічних реакціях. Довів, що кисень і метали є простими речовинами, а вода — складною. На той час хіміки вважали її простою речовиною, оскільки не могли її розкласти. Запровадив у хімії систему присвоювання назв речовинам, що ґрунтується на їхньому складі. Дав сучасні назви багатьом елементам.
Мал. 102. Пристрій, на якому Лавуазьє спалив алмаз у сонячних променях, довівши його хімічний склад
З усіх газів, що містяться у складі повітря, тільки кисень підтримує горіння. Горіння речовин може відбуватися з різною швидкістю залежно від активності речовини та вмісту кисню у повітрі. Активні речовини, такі як фосфор, метан, магній тощо, згоряють дуже швидко (мал. 103). Менш активні речовини, наприклад, цукор, згоряють повільніше.
Мал. 103. Горіння метану відбувається досить швидко з утворенням полум’я і виділенням теплоти
Істотно на активність горіння впливає вміст кисню в повітрі. Якби в повітрі містилося менше ніж 15 % кисню, то горіння було б неможливим. А якби вміст кисню перевищував 30 %, то було б дуже складно загасити вогонь. Усі дерева на нашій планеті згоріли б у результаті лісових пожеж, які могла б загасити тільки дуже сильна злива.
Але головне, що при горінні виділяється багато теплоти (енергії), яку можна використовувати для власних побутових і промислових потреб. А також при горінні виділяється світло, і часто цей процес супроводжується утворенням полум’я.
Повільне окиснення
Взаємодія речовин із киснем може відбуватися повільно, без помітного виділення теплоти. У цьому випадку горіння не спостерігається. Такі процеси називають повільним окисненням. Наприклад, залізо при зберіганні на повітрі повільно перетворюється на рудий порошок іржі, що умовно можна описати рівнянням:
Повільне окиснення — це процес повільної взаємодії речовин із киснем без утворення полум’я та великої кількості теплоти.
Повільне окиснення відрізняється від горіння відсутністю полум’я та тривалістю перебігу. У повсякденному житті дуже часто трапляються обидва процеси. Ми розпалюємо багаття в лісі, спалюємо природний газ або дрова в печі і спостерігаємо горіння. Процеси повільного окиснення не такі помітні, але трапляються не менш рідко. Усі ми стикалися з тим, що металічні предмети із часом тьмяніють — вкриваються шаром оксиду. У свіжій копиці сіна можна відчути тепло та запах речовин, що виділяються під час пріння вологої трави. Через цю теплоту сіно навіть може зайнятися. Пріння та гниття — приклади повільного окиснення речовин у природі.
Процеси горіння й повільного окиснення можуть переходити один в одний: дрова в багатті, що перегоріло, ще якийсь час продовжують тліти, і навпаки, тліючий сірник, кинутий у лісі, може стати причиною великої пожежі. На підприємствах просочене мастилом ганчір’я після обтирання верстатів заборонено накопичувати в купах. Усередині такої купи процеси повільного окиснення з виділенням теплоти настільки підвищують температуру, що може відбутися самозаймання. Повільне окиснення здатне за певних умов перейти в горіння.
За деяких умов горіння може відбуватися так швидко, що речовина вибухає. Зазвичай це відбувається, якщо горюча речовина дуже подрібнена. Наприклад, борошно горючою речовиною назвати складно, але на борошномельних заводах траплялися випадки, коли дуже дрібно змелене борошно, зависле в повітрі, вибухало від невеликої іскри.
Вибухати можуть суміші кисню з деякими газами. Суміш кисню з воднем у співвідношенні 1:2 називають «гримучий газ». Він вибухає від найменшої іскри з утворенням води (мал. 104):
Мал. 104. Вибух дирижабля «Гінденбург», наповненого воднем, від іскри
Вибухати можуть суміші природного газу або вугільного пилу з повітрям. Ось чому необхідно стежити за справністю газових плит і газових трубопроводів, які розташовані в закритих приміщеннях. Шахти постійно провітрюються потужними насосами не лише для того, щоб у них легше дихалося, але й для того, щоб зменшити до безпечних меж уміст рудникового газу (метану), що виділяється з вугільних шарів.
На вентилях і трубопроводах, якими подається чистий кисень, не повинно бути навіть слідів мастила. Мастило, подрібнене на краплі в потоці кисню, стає вибухівкою величезної руйнівної сили.
Звичайна тирса, просочена рідким киснем, стає вибуховою речовиною. Суміші пористих горючих матеріалів із рідким киснем — оксиліквіти — застосовують як вибухівку під час прокладання тунелів, будівництва дамб, під час видобування руди або каменю в кар’єрах.
Умови виникнення та перебігу реакції горіння
Розглянемо, від чого залежить перебіг реакції горіння. У першу чергу для виникнення горіння необхідний контакт горючої речовини з киснем. Якщо в закритому просторі горить певна речовина, то кисень швидко витрачається і горіння припиняється. Тому для підтримки безперервного горіння в печах і камінах будують витяжні труби (мал. 105). Нагріті продукти згоряння легші за повітря й підіймаються вгору, а на їхнє місце надходить свіже повітря, забезпечуючи надходження кисню. Чим вищою є труба, тим сильніша тяга повітря й тим активніше відбувається горіння.
Мал. 105. Будова каміна
Інтенсивність горіння залежить від вмісту кисню в повітрі. Тому, щоб підвищити температуру полум’я, через нього продувають повітря або подають чистий кисень (мал. 106). Цим прийомом користуються ковалі, газозварники, металурги, скловари. Можливо, ви також ним користувалися. Пригадайте, щоб розпалити багаття на пікніку, ви нагнітаєте повітря на дрова, які вже зайнялися.
Мал. 106. Міхи для нагнітання повітря в полум’я для підвищення його температури
Ще однією умовою горіння є те, що речовина має бути нагрітою, до температури займання. Навіть якщо речовина має здатність горіти, вона не займеться, поки її не нагріти. Наприклад, папір спалахує на повітрі в разі нагрівання до 230 °С, а бензин треба нагріти до 300 °С. Зазвичай для досягнення температури займання речовину підпалюють. Речовина, що зайнялася, продовжує горіти самостійно, оскільки в процесі горіння виділяється велика кількість теплоти, завдяки якій поступово нагрівається наступна порція речовини.
Температура займання деяких речовин близька до кімнатної. Такі речовини спалахують на повітрі самостійно, без нагрівання. Це явище називають самозайманням. До самозаймистих речовин належить білий фосфор, тому його не можна зберігати на повітрі, а тільки під шаром рідини.
Отже, для займання горючих речовин необхідні дві умови: доступ кисню та нагрівання речовини до температури займання. І навпаки, для того щоб загасити предмет, який горить, необхідно або охолодити його, або припинити доступ кисню до нього.
Гасіння полум’я
Часто для гасіння вогню використовують воду. Вона перешкоджає доступу повітря й охолоджує предмет завдяки випаровуванню. Але є речовини, які не можна гасити водою. До них належать деякі метали (калій, натрій), які самі активно взаємодіють із водою, що може тільки посилити пожежу. Не можна гасити водою й деякі органічні речовини, такі як бензин, гас тощо. Вони легші за воду, тому в разі спроби загасити їх водою вони спливають на поверхню та продовжують горіти, поширюючи полум’я на сусідні ділянки. Також не можна гасити водою пожежу, що спричинена несправним електрообладнанням.
Найефективніший спосіб гасіння полум’я, який використовується в хімічних лабораторіях, — це запобігання доступу повітря за допомогою піску, піни, вогнегасників або спеціальних цупких тканин, наприклад, азбестових (мал. 107).
Мал. 107. Гасіння пожежі піною (а) та водою (б); (в) — сувій азбестової тканини
На припиненні доступу кисню ґрунтується дія вуглекислотних вогнегасників (мал. 108а, с. 142). Із відкриттям вентиля стиснений під тиском вуглекислий газ надходить у зону горіння та перекриває доступ кисню до горючої речовини (сам вуглекислий газ не підтримує горіння). Звичайно ж, вуглекислий газ швидко випаровується, але за цей невеликий час речовина встигає охолонути і вже не загоряється знову. У побуті частіше використовуються кислотні або порошкові вогнегасники. У кислотних вогнегасниках (мал. 108б, с. 142) вуглекислий газ утворюється в результаті хімічної реакції соди з кислотою, а порошкові вогнегасники розкидають спеціальний порошок, який, потрапляючи в полум’я, розкладається з утворенням вуглекислого газу.
Мал. 108. Вогнегасники: а — вуглекислотний; б — кислотний
У домашніх умовах, щоб загасити предмети, які горять, або одяг, що зайнявся на людині, слід накинути ковдру, шубу, килим або покривало та щільно загорнути, щоб припинити доступ повітря.
1. Горіння — швидкий процес взаємодії речовини з киснем повітря, що супроводжується виділенням теплоти й утворенням полум’я. Для виникнення горіння необхідні доступ повітря і нагрівання речовини до температури займання.
2. Повільне окиснення — це процес повільної взаємодії речовини з киснем. Воно відбувається з повільним виділенням теплоти і без полум’я. За певних умов повільне окиснення може переходити в горіння і навпаки.
3. Вибух — також реакція окиснення. На відміну від горіння, він відбувається дуже швидко, а теплота (енергія), що виділяється, спричиняє руйнування.
4. Для припинення горіння необхідно, щоб не було хоча б однієї з умов його виникнення. Для цього необхідно або охолодити палаючу речовину, або припинити доступ повітря.
Контрольні запитання
1. Які умови необхідні для виникнення горіння?
2. Що спільного між процесами горіння, дихання та гниття?
Завдання для засвоєння матеріалу
1. Що спільного і відмінного між процесами горіння, повільного окиснення та вибухом?
2. Дізнайтеся за довідником, які з атмосферних газів легші за повітря; важчі за повітря.
3. Поясніть суть поняття «температура займання».
4. Пріле листя або сіно на повітрі можуть спалахнути. Поясніть чому.
5. Чому для гасіння палаючих предметів можна використовувати цупку ковдру?
6. Обчисліть, яка маса кисню міститься в одній з кімнат вашої квартири.
7. Як ви вважаєте, чому в повітрі горіння відбувається повільніше, ніж у чистому кисні?
8. Чому тліючі вуглинки багаття спалахують яскравим полум’ям, якщо на них сильно подути?
9. Який хімічний процес є основою; а) руйнування деревини в разі тривалого зберігання; б) зменшення міцності одягу з бавовни, льону та шовку із часом; в) саморозігрівання вологого зерна в зерносховищі?
10. Чи можна використовувати термін «молекула повітря»?
11 * . Як ви вважаєте, яку функцію виконують азот, кисень, вуглекислий газ і водяна пара в атмосфері Землі?
• У процесі горіння речовин бере участь лише 1/5 об’єму повітря.
• Газ, який залишається після припинення горіння, Лавуазьє назвав «азот», що означає «безжиттєвий».
• За часів Київської Русі пожежу, що траплялася від блискавки, не можна було гасити водою. Такий вогонь вважався божественним, і його гасили молоком.
§ 28. Окиснення. Горіння. Умови виникнення і припинення горіння
Від назви «кисень» походить загальна назва реакцій за участю цієї простої речовини — окиснення. На розглянутих у попередньому параграфі прикладах ви мали змогу переконатися, наскільки різним буває окиснення. Тому його поділяють на горіння, повільне окиснення, дихання.
ГОРІННЯ. Почувши слова «горить багаття», кожен з вас в уяві малює полум’я, від якого випромінюються тепло і світло.
• Горіння — це реакції окиснення, що супроводжуються виділенням тепла й світла.
Горіння є першою хімічною реакцією, з якою ознайомилася людина та навчилася здійснювати її самостійно. Нині горіння стало невід’ємною ознакою нашого життя.
Наведіть відомі вам приклади використання горіння.
Горіння, як вам відомо, відбувається досить швидко. Речовин, здатних горіти в кисні, існує досить багато. Якщо горіння здійснюється під контролем людини (у газовій плиті, двигунах автомобілів, на теплових електростанціях тощо), воно приносить користь. Незаплановане самочинне загоряння дуже небезпечне. Щоб попередити, що речовина легкозаймиста, вдаються до її маркування знаком, зображеним на малюнку 88. З іншими попереджувальними знаками ознайомтеся на другому форзаці підручника. Постарайтеся запам’ятати їх.
Мал. 88. Попереджувальний знак «Легкозаймиста речовина»
Не лише взаємодія речовин із киснем може супроводжуватись виділенням світла й тепла. Наприклад, ці явища спостерігаються під час взаємодії заліза з хлором. Тому за наявністю вказаних ознак цей процес можна віднести до реакцій горіння, а отже, й окиснення.
Спостерігаючи за горінням речовин у кисні на попередньому уроці, ви помічали, що горіння у кисні відбувається швидше, ніж у повітрі. Зазначимо, що під час горіння у кисні температура вища, ніж у повітрі. Це пояснюється тим, що повітря лише на 1/5 складається з кисню. Решта газів не беруть участі в горінні, але на їх нагрівання витрачається тепло.
Для горіння має значення площа зіткнення речовин із повітрям (киснем).
Що згорить швидше — дерев’яна дошка, чи дерев’яні стружки, на які її подрібнили? Чому?
На теплових електростанціях горіння палива (вугілля, продуктів переробки нафти) використовують із метою перетворення теплової енергії в електричну. У двигунах автомобілів бензин спалюють, аби перетворити хімічну енергію на механічну. На металургійних заводах (таку назву мають підприємства з виробництва металів із руд) багато реакцій відбувається завдяки горінню. Зокрема, у виробництві заліза з руд спалюють кокс — високосортне вугілля. Зрештою, ми розпалюємо піч чи багаття під час відпочинку на природі для того, щоб приготувати їжу або зігрітися. Використовуємо горіння для проведення дослідів на уроках хімії. За малюнком 89 ознайомтеся, яку користь приносить людині горіння.
Мал. 89. Використання горіння в житті людини
ПОВІЛЬНЕ ОКИСНЕННЯ І ДИХАННЯ. Існує багато прикладів окиснення, яке не можна віднести до горіння, бо воно не супроводжується виділенням світла та відбувається повільно. Як приклад можна навести гниття опалого листя, згіркнення масла, іржавіння заліза. Через повільний перебіг цих реакцій залишається непомітною така їхня ознака, як виділення теплоти. Продукти такого окиснення можна побачити лише через роки, місяці, тижні, тому його назвали повільним окисненням.
• Окиснення речовин, що відбувається без світла, а лише з виділенням теплоти (теплової енергії), називають повільним окисненням.
Природна суміш, відома під назвою гній, на повітрі теж окиснюється. Цю його властивість використовують при закладанні парників, у теплицях. В результаті повільного окиснення гною підігрівається ґрунт, а також рослини одержують поживні речовини.
У парниках, що їх закладають господарі присадибних ділянок, відбувається повільне окиснення перегною. Окиснення наявне в диханні людей, рослин, тварин. Завдяки окисненню живі істоти одержують необхідну для їхньої життєдіяльності енергію та речовини для побудови тіла. У попередньому параграфі було наведено інформацію про окиснення глюкози під час дихання людини. Зазначимо, що від окиснення 180 г глюкози виділяється необхідна дорослій людині добова норма енергії.
Дихання — приклад життєво необхідного повільного окиснення в живій природі.
Пригадайте з біології досліди, що доводять необхідність кисню для дихання.
ЧИМ ШКІДЛИВЕ ОКИСНЕННЯ. Та не завжди горіння й повільне окиснення виявляються корисними. Багато лиха і збитків завдають пожежі. Через повільне окиснення заліза псуються машини та механізми. Псування продуктів харчування — теж наслідок повільного окиснення. Особливо небезпечним є повільне окиснення насіння у зерносховищах. Коли насіння сухе, то його дихання відбувається повільно. Якщо ж вологість насіння перевищує припустиму норму, то повільне окиснення прискорюється, і з часом під впливом тепла, що виділяється і накопичується, може статися самозаймання. Це ж саме трапляється з торфовищами спекотного літа. На малюнку 90 показано, до яких небажаних та небезпечних наслідків призводить окиснення.
Мал. 90. Шкідливі наслідки окиснення
• Якщо процес повільного окиснення не контролювати, своєчасно не відводити теплоти, то може статися самозаймання — загоряння без зовнішнього джерела запалювання.
УМОВИ ВИНИКНЕННЯ І ПРИПИНЕННЯ ГОРІННЯ. Більшість речовин спалахують не відразу. У відомих вам із попереднього параграфа дослідах з вуглинкою й сіркою їх спочатку деякий час нагрівали у полум’ї спиртівки, а вже після загоряння вносили у колбу з киснем. Як ви думаєте, навіщо було потрібне нагрівання речовин?
Пояснюється це тим, що кожна речовина має певну температуру займання — так називають температуру, до якої слід нагріти речовину, щоб розпочалося її горіння. У сірки вона дорівнює близько 270 °C.
• Умовами виникнення горіння горючої речовини є доступ до неї кисню та нагрівання до температури самозаймання.
Проаналізуємо результати такого досліду. У порцелянову чашку налили етанол (етиловий спирт) і піднесли сірник. Цього достатньо, щоб речовина почала горіти синюватим полум’ям (мал. 91).
Мал. 91. Горіння спирту
Якщо ж чашку, де продовжує горіти етанол, накрити листком картону, то полум’я згасне, а картон не спалахне. Чому? Полум’я гасне, бо припинився доступ повітря; картон не загорівся, бо не встиг нагрітися до відповідної температури його займання. Тут простежуються дві умови припинення горіння.
• Умови припинення горіння: припинення доступу кисню (повітря), зниження температури нижче температури самозаймання речовини.
Для припинення доступу повітря, використовують: пісок чи ґрунт; вуглекислий газ, який у складі піни виділяється з вогнегасника, приведеного в робочий стан, важкі ковдри чи тканини, що з припиненням доступу кисню не займаються. Найчастіше для припинення горіння використовують воду. Вона забезпечує відразу обидві умови припинення горіння: знижує температуру нижче від займання, а утворення водяної пари ускладнює доступ повітря. Усі ці засоби припинення горіння придатні для використання в шкільному кабінеті хімії в разі непередбачуваного займання речовин чи предметів.
Досліджуючи горіння, вчені винайшли способи керування ним. Про це свідчать приклади безпечного згоряння суміші пального з повітрям у двигунах автомобілів. Якщо б реакція окиснення у двигуні внутрішнього згорання лишалася некерованою, стався б вибух. У газових плитах для того, щоб окиснення відбувалося без вибуху, кількість подачі газу регулюється краном. Потік газоповітряної суміші також розсікається на окремі сектори при виході на поверхню конфорки. Але коли кран забули закрити, а полум’я згасло, то в приміщенні утворюється вибухонебезпечна суміш. Спричинити вибух може непомітна іскра у вмикачі при увімкненні світла, або підпалений сірник.
Час від часу на виробництві трапляються вибухи горючих речовин, змішаних із киснем, які призводять до руйнувань і навіть людських втрат. Зокрема, у вугільних шахтах трапляються вибухи суміші повітря з метаном. Вибухонебезпечною є суміш повітря і парів бензину, повітря і борошняного пилу чи цукрової пудри.
Узагальнюючи значення горіння в природі й житті людини, не можна зробити однозначний висновок, тому що в дбайливих руках воно — надійний помічник, а в недбалих — небезпечне явище.
Скарбничка ерудита
Серед речовин є й такі, що не горять. Наприклад, не горять і мають високу температуру плавлення фенолоформальдегідні смоли. Тому їх використовують для виготовлення розеток, вимикачів, патроні в для електричних лампочок тощо. Не горять цегла й бетон. Створено вогнезахисні тканини, одна з них — піровітекс. Ця термостійка тканина призначена для виготовлення одягу пожежників, іншого спеціального одягу для захисту від високих температур, теплового випромінювання, контакту з відкритим полум’ям і нагрітими поверхнями.
1. Що називають горінням, а що — повільним окисненням? Порівняйте їх, установіть, що в них спільного та відмінного.
2. Які умови необхідні для виникнення горіння?
3. Які умови необхідні для припинення горіння?
4. Чим корисні горіння й повільне окиснення для людини? Наведіть приклади, скориставшись малюнком 89 та раніше відомими вам фактами.
5. Яку шкоду можуть завдати горіння й повільне окиснення? Наведіть приклади, скориставшись малюнком 89 та раніше відомими вам фактами.
6. Чи можна віднести дихання людини до горіння або повільного окиснення?
7. Напишіть рівняння реакцій окиснення за схемами:
Розташуйте рівняння за збільшенням коефіцієнтів перед хімічною формулою кисню.
8*. Скориставшись додатковими інформаційними джерелами, ознайомтеся з професією пожежника.
Підготуйте та презентуйте навчальний проект «Окиснення й екологічні проблеми нашої планети».