Противпожарна служба во Менххаген
основана во 1924 година
Оган - што е тоа всушност?
Огнот го опишува формирањето на пламен при согорување со ослободување на топлина и светлина. Предуслови за развој и одржување на пожар се присуство на гориво, оксидирачко средство, како кислород од воздухот и надмината температура на палење во пламенот.
Ова го вели Википедија во воведот. Ако веќе го разбирате тоа, не треба да читате понатаму - за сите други ќе започнеме повторно на дното, имено со атомите.
Малку атомска физика
Целата материја околу нас е составена од атоми. Тие се состојат од позитивно наелектризирано атомско јадро и одреден број на негативни електрони - атомот има точно доволно електрони што позитивниот полнеж во атомското јадро е избалансиран. Вид на атом со одреден број на електрони се нарекува хемиски елемент. Водородот, на пример, е хемиски елемент со најмал број на електрони, бидејќи има само еден. Следниот елемент е хелиум со 2 електрони, потоа литиум со 3 електрони и така натаму. Кислородот има 8 електрони, железото има 26 и златото има 79.
Сега, електроните не само што зујат околу атомското јадро, туку зафаќаат одредени места. Електронската обвивка е поделена на одделни обвивки, од кои секоја може да собере одреден број на електрони. Овие школки се полни од дното нагоре кога одите од елемент до елемент (видете слика 1; во поедноставена смисла, можете да замислите дека овие школки се орбити на кои летаат електроните околу јадрото - којзнае што Слушнал за Квантна механика, знае дека е покомплицирано, но тука не ни треба тоа).
Сега секој атом се стреми да достигне состојба во која е исполнета неговата најоддалечена електронска обвивка.
Првата (најниска) обвивка држи 2 електрони, на пример, вторите 8 електрони. Земете кислород како пример. Кислородот има 8 електрони, од кои 2 се во долната обвивка и 6 во втората обвивка. Втората обвивка е најоддалечената обвивка за кислородот. Но, ова не е целосно окупирано, сè уште недостасуваат 2 електрони, кои кислородот би сакал да ги добие страшно.
Наместо да се наполни школка, елемент може да се обиде да се ослободи и од електрони - ако, на пример, има само 1 електрон во најоддалечената обвивка и атомот го ослободи овој електрон, следната внатрешна обвивка станува надворешна обвивка, и тоа е тоа пополнети. Кислородот треба да бара само елемент што би сакал да се ослободи од електроните - на пример водород (да, добро, ако се откаже од својот електрон, тој всушност нема електронска обвивка, но сепак сака да го прави тоа).
Ако на кислородот сè уште му требаат два електрони, но водородот дава само еден, на атомот на кислород му се потребни два атома на водород како партнери. Ова резултира во едно од најважните и најпознати хемиски соединенија од сите - вода!
Таквата структура составена од неколку атоми се нарекува молекула.
Илустрација 1: Првите 10 хемиски елементи; Почнувајќи од број 1 (водород), електронските обвивки се полни од дното нагоре. На секој дополнителен елемент се додава електрон. Благородните гасови хелиум и неон се целосно исполнети со електронски обвивки и не реагираат со други елементи.
Хемиска реакција
Значи, кислородот презема два електрони од два атоми на водород. Јасно може да се замисли дека електронските обвивки на кислород и водород се спојуваат (слика 2) и двата електрона сега се наоѓаат на орбитите што лежат околу двата атома. Сепак, кислородот не ги зема целосно електроните - тие остануваат малку со атомите на водород. На овој начин, електроните осигуруваат дека атомите на кислород и водород се врзани заедно - се зборува за хемиска врска. Значи, има три атоми врзани едни со други, се појави молекула и дека - како што многумина веќе се сомневаа - молекула на вода.
Слика 2: Формирање на молекула на вода од еден кислород и два атоми на водород. Од надворешните електронски орбити на кислород и атоми на водород, се формираат две нови орбити, кои го опкружуваат кислородот и по еден атом на водород. Создадени се две хемиски врски. Електроните на атомите на водород се во просек повеќе близу до кислородот.
Формирањето на вода од водород и кислород е хемиска реакција. Обратниот процес, поделбата на водата во водород и кислород, е хемиска реакција. Општо, хемиските реакции произлегуваат од одредени почетни материјали (кои можат да бидат атоми, но и молекули) од одредени крајни производи (исто така атоми или молекули).
Додека енергијата треба да се искористи за да се распадне водата во водород и кислород, формирањето вода од почетните материјали ослободува енергија - како што знае секој што слушнал за експлозијата Хинденбург. Сепак, реакцијата помеѓу водород и кислород не мора да биде толку насилна и деструктивна; може да се дозволи и да се одвива на контролиран начин, како што се случува во горивната ќелија.
Реакциите во кои енергијата се дава во форма на светлина и топлина се нарекуваат егзотермични и очигледно е дека овие сме особено заинтересирани кога станува збор за „оган“.
Согорувањето е одреден вид хемиска реакција - имено егзотермна реакција во која атомите на запалив материјал реагираат со кислород (обично кислородот во воздухот) и во кој настанува пламен.
За оние со склоност кон технички термини - реакција со кислород е оксидација. Постојат и оксидации без формирање пламен, на пр. Рѓосување, во кое железо се оксидира, или варење на хранливите материи во телото. (Иако за време на варењето нема формирање пламен, се зборува и за „согорување“ на калории.) И тука има и оксидации со други оксидирачки агенси, на пример флуор наместо кислород.
Едноставен експеримент покажува дека согорувањето троши кислород (Слика 3). Запалувате свеќичка и ставате чаша над неа. Набргу потоа свеќата се гаси, за кратко време се гледа само нишка од чад. Причината за ова е што пламенот го потроши кислородот во чашата. Кога нема повеќе кислород во чашата, процесот на согорување нема суровина и свеќата се гаси. Theешкиот восок испарува некое време, но не гори повеќе (тоа е конецот од чад.) Патем, една од супстанциите може да се идентификува и во експериментот што се формира кога паровите од восочна свеќа реагираат со кислород (т.е. при согорување) Имено вода: Стаклото испарува.
Во вистински пожар, неизгорените чадни гасови (што е нишка од чад тука) претставуваат голема опасност. Овие гасови од чад се собираат и можат да се запалат многу одеднаш кога ќе се достигне потребната температура или кога се снабдува кислород, видете Backdraft & Co.
Слика 3
Во друг едноставен експеримент може да се покаже дека 'рѓањето е исто така реакција со кислород, односно бавно „горење“ без пламен. Навлажнувате челична волна и ја ставате во чаша (мора да биде доволно за да се залепи на горниот дел од стаклото). Потоа ставете ја чашата наопаку врз чинија (слика 4; горе лево) и истурете вода врз чинијата (горе десно). По околу три часа веќе можете да видите дека водата се влева во чашата (долу лево); по една ноќ водата е целосно во чашата (долу десно; колку долго ќе трае, се разбира зависи од количината на вода). Кога челичната волна 'рѓосува, троши кислород. На ова тогаш му недостасува воздухот во стаклото. Ова го намалува притисокот на воздухот во стаклото и добиениот негативен притисок ја вшмукува водата во стаклото. На крајот од експериментот, дамките од 'рѓа на челичната волна може да се видат и на блиц.
И во првиот експеримент, воздухот нема кислород, но согорувањето произведува други гасови (јаглерод диоксид и водена пареа) кои го заземаат неговото место. Процесот на 'рѓа создава' рѓа, но како цврст зафаќа значително помалку простор од гасот и не игра улога во притисокот во стаклото. Исто така, има негативен притисок во стаклото на слика 3, но тој настанува бидејќи воздухот се лади и се собира откако ќе се изгасне свеќата.
Слика 4
Температура на палење
Ако зголемувањето на температурата ја снабдува енергијата на активирање, обратен заклучок е очигледен - дека намалувањето на температурата доведува до тоа енергијата на активирање повеќе да не е доволно достапна и согорувањето да запре или дури и да не започне. Затоа, сосема е можно да се вари вода во кибрит за кибрит (Слика 4).
И да, претпоставувате - затоа можете да изгаснете пожари со вода или да спречите да се шири во соседните згради.
Оган - светлина и топлина
Па сега знаеме што се случува при изгореници. Но, вистинскиот пожар е пламенот што се формира кога ќе гори. Пламенот е врел и блескав; затоа тие се израз на енергијата што се ослободува при согорување, во форма на топлина и светлина. За да разбереме што точно е пламен, треба да се вратиме на атомите и молекулите.
Енергијата што се ослободува во егзотермната реакција првично се наоѓа во атомите и молекулите кои биле создадени при оваа реакција. Ова се манифестира, на пример, со фактот дека по реакцијата честичките не лежат мирно, туку се движат - тие имаат кинетичка енергија. Не можеме да го видиме движењето на атомите, но можеме да го перцепираме на друг начин: движењето на атомите не е ништо друго освен топлина. Колку побрзо се движат атомите во материјал, толку е потопол, толку е поголема неговата температура. На пример, ако загреете парче метал, не можете да кажете дека неговата температура се зголемува. Во одреден момент почнува да свети црвено. Бојата на сјајот станува посветла со зголемување на температурата, од жолтеникава до конечно бела. Што се случува?
Јаглен во шпоретот
Слика 5: Ако електронот скокне од повисока обвивка до пониска, тој дава енергија во форма на електромагнетно зрачење (десно горе). Спротивно на тоа, инцидентното електромагнетно зрачење може да снабди електрон со потребната енергија за да може да скокне во повисока обвивка (горе лево). Оваа енергија може да ја прими и преку судири со други атоми (подолу).
Најдоцна сега треба да ги земеме предвид движењата на електроните во рамките на атомите, покрај движењата на атомите. Веќе беше споменато погоре дека електроните на атомот седат во одредени обвивки. Ако просторот е слободен во школка, електронот може да скокне од друга обвивка до овој простор.
Ако скокне на повисока обвивка, мора да апсорбира енергија. На пример, судир со друг атом може да предизвика електронот од атомот што се судри да скокне во повисока обвивка; или инцидентен електромагнетен бран може да ја снабди потребната енергија.
Кога електронот скока во долната обвивка, тој ослободува енергија во форма на електромагнетно зрачење (Слика 5). (Ова скокање напред и назад може да се смета и како движење на електричен полнеж, кој потоа емитува и електромагнетно зрачење.) Брановата должина на емитираното зрачење зависи од растојанието патеките е; инфрацрвена, но исто така може да се емитува и видлива светлина.
Слика 6: Светлината од овој дрвен оган не содржи сина, туку претежно црвена и зелена и тесна жолта линија. Оваа линија е нешто помалку од 590 nm; Значи, тоа може да биде познатата жолта линија на натриум. Оваа интензивна жолта линија (всушност две многу близу една до друга линија) е одговорна за пожолтувањето на светлината од ламби со натриумска пареа. И присуството на натриумови соли некаде во или на огревно дрво не е невозможно, натриумот се јавува во органското ткиво.
Растојанијата помеѓу орбитите се многу карактеристични за секој хемиски елемент. Светлината на обичен оган е мешавина од сите вклучени бранови должини. Ако ја погледнете светлината на огнот (или што и да е) преку таканаречен спектроскоп (ова е уред што може да дешифрира кои бранови должини се вклучени во светлината), можете да откриете кои атоми и молекули во неа Оган. Слика 6 го покажува спектарот на пожар во дрво, снимен од многу едноставен спектроскоп.
Резиме
Огнот настанува кога атомите на материјалот реагираат хемиски со кислородот (воздухот). Ова бара енергија за активирање што може да се снабди со натпревар, паѓање на свеќи, итн. За време на согорувањето, се ослободува енергија што се дава како топлинско зрачење (создадено од топлинското движење на честичките) и видлива светлина (генерирана во електронската обвивка).