§14 Реакции горения
Горение различных веществ давно используется человеком для получения тепла и света. Сжигая дерево, уголь или горючие полезные ископаемые, человек получает большую часть энергии, необходимой для комфортной жизни. Именно эта энергия впоследствии преобразуется в тепло, свет и электрический ток. Несмотря на активное использование альтернативных источников энергии, реакции горения до сих пор остаются основным способом получения энергии.
Реакции горения
Реакциями горения называются реакции, взаимодействия веществ с кислородом, протекающие с выделением большого количества тепла и света.
Горению подвержены простые и сложные вещества:
- Сера горит ярко – синим пламенем с образованием [simple_tooltip content=’SO2 – сернистый газ, бесцветный с характерным резким запахом, очень токсичен. При давлении сжижается при комнатной температуре. Растворяется в воде, в серной кислоте, этаноле. один из основных компонентов вулканических газов.‘]оксида серы (IV) SO2 (сернистый газ)[/simple_tooltip];
\(\mathrm{S+O_{2} \stackrel{t}{=}SO_{2} \uparrow}\)
- Зажжённый фосфор горит в кислороде белым пламенем. Сосуд заполняется дымом, состоящим из мелких частиц [simple_tooltip content=’Р2O5 – белый мелкокристаллический порошок. Хорошо растворим в воде. Образует несколько кислот.‘]оксида фосфора (V) (Р2O5)[/simple_tooltip];
\(\mathrm{4P+5O_{2} \stackrel{t}{=}2P_{2}O_{5} \uparrow}\)
- Углерод сгорает ярко – желтым пламенем с образованием [simple_tooltip content=’CO2 – Углекислый газ, газообразное вещество без цвета и запаха, со слегка кисловатым вкусом. хорошо растворим в воде. Тяжелее воздуха. Термически устойчив. При сжатии и охлаждении легко переходит в жидкое и твердое состояния.‘]оксида углерода (IV) (СО2 – углекислый газ)[/simple_tooltip];
\(\mathrm{C+O_{2} \stackrel{t}{=}CO_{2} \uparrow}\)
- Литий горит в кислороде малиновым пламенем. При сгорании образуется [simple_tooltip content=’Li2O – оксид лития. При стандартных условиях представляет собой бесцветные гигроскопичные кристаллы. При температуре больше 1000 °C – переходит в свою газообразную форму (возгоняется).‘]оксид лития (Li2O)[/simple_tooltip];
\(\mathrm{4Li+O_{2} \stackrel{t}{=}2LiO_{2}}\)
- Кальций горит в кислороде кирпично-красным пламенем с образованием [simple_tooltip content=’CaO – оксид кальция. Относится к основным оксидам. Энергично взаимодействует с водой с выделением тепла и образованием гидроксида кальция.‘]оксида кальция (CaO – негашёная известь)[/simple_tooltip];
\(\mathrm{2Ca+O_{2} \stackrel{t}{=}2CaO}\)
- В реакции с железом образуется смешанный оксид – [simple_tooltip content=’Fe3O4 (железная окалина) – смешанный оксид FeO⋅Fe2O3. Состоит из двух слоёв. Эти слои можно друг от друга отделить. Снаружи слой очень плотный, красного цвета, а слой внутри пористый, чёрно-серого цвета. Окалина хрупкая, ферромагнитные свойства (способна намагничиваться).‘]железная окалина Fe3O4[/simple_tooltip];
\(\mathrm{3Fe+2O_{2} \stackrel{t}{=}Fe_{3}O_{4}}\)
- Реакция взаимодействия водорода с кислородом является взрывной, т.к. протекает очень быстро и сопровождается взрывом. (Результатом реакции горения водорода в чистом кислороде является обычная вода – H2O)
\(\mathrm{2H_{2}+O_{2} \stackrel{t}{=}2H_{2}O}\)
В кислороде горят многие сложные органические и неорганические вещества. При этом, как правило, образуются оксиды элементов, входящих в состав этих веществ:
- [simple_tooltip content=’Метан (CH4) – основной компонент природного газа, без запаха, цвета и вкуса. малорастворим в воде. почти в 2 раза легче воздуха.‘]Метан CH4[/simple_tooltip] сгорает в кислороде с образованием оксида водорода (вода) H2O и оксида углерода (IV) CO2 (углекислый газ) .
\(\mathrm{CH_{4}+2O_{2} \stackrel{t}{=}2H_{2}O+CO_{2} \uparrow}\)
- [simple_tooltip content=’Сероводород H2S – газ без цвета, с резким характерным запахом (запах тухлых яиц). При растворении в воде образует сероводородную кислоту H2S. Тяжелее воздуха.‘]Сероводород H2S[/simple_tooltip] сгорает в кислороде с образованием оксида водорода H2O (вода) и оксида серы (IV) SO2 (сернистый газ).
\(\mathrm{2H_{2}S+3O_{2} \stackrel{t}{=}2H_{2}O+2SO_{2} \uparrow}\)
- [simple_tooltip content=’Глюкоза С6Н12О6 – бесцветное кристаллическое вещество. Хорошо растворимо в воде. Сладкое на вкус.‘]Глюкоза С6Н12О6[/simple_tooltip] горит с образованием оксида водорода Н2О (вода) и оксида углерода (IV) CO2 (углекислый газ).
\(\mathrm{C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2} =6H_{2}O+6CO_{2} \uparrow}\)
Почему горение веществ на воздухе протекает чаще медленнее, чем в чистом кислороде?
Почему для тушения загоревшегося предмета следует набросить плотную ткань?
Понятие о топливе
Топливо – это вещество, которое горит с выделением тепловой энергии.
Запасы топлива могут быть восполняемыми (древесина, древесный уголь) и невосполнимыми (уголь, торф, нефть, природный газ).
- Древесина идет на химическую переработку, применяется как строительный материал, на бытовым уровне используется как топливо. Древесина без доступа воздуха превращается в каменный уголь.
- Каменные и бурые угли являются источником энергии. Образуются на протяжении многих миллионов лет из растительного материала без доступа кислорода.
- Торф образуется без доступа воздуха на низинных болотах из растительности. Используется для бытового отопления, получают торфоугольные брикеты (используют как топливо).
- Нефть – источник различных видов топлива: бензин, керосин, лигроин, мазут, что необходимо для работы автомобилей, реактивных авиационных двигателей, тепловых электростанциях, в системе теплообеспечения жилья и предприятий.
- Природный газ – это топливо для газопроводов (работа газовых плит в быту), ТЭЦ, ТЭС, промышленных предприятий. примерно на 90% состоит из метана СН4.
Как видно, топливо может быть в газообразном, жидком и твердом состояниях.
При сгорании топлива образуются вещества: углекислый газ СО2, вода Н2О, угарный газ СО (при неполном сгорании в недостатке кислорода), сернистый газ SO2, оксиды азота (II, IV) NO,NO2 и другие, что приводит к загрязнению атмосферы.
Наиболее неблагоприятными последствиями сжигания топлива являются смог, кислотные дожди и парниковый эффект:
- Смог – это туман смешанный с пылью и сажей и содержащий продукты взаимодействия оксидов серы и азота с водой.
- Кислотный дожди образуются взаимодействия оксидов серы и азота с парами воды.
- Парниковый эффект возникает за счет накопления в атмосфере газов (в основном углекислый газ), которые приводят к повышению температуры воздуха и как следствие приводит к таянию ледников, наводнениям, изменению климата.
Подведём итоги
- Реакциями горения называются реакции, взаимодействия веществ с кислородом, протекающие с выделением большого количества тепла и света;
- Горению подвержены как простые, так и сложные вещества;
- Топливо – это вещество, которое горит с выделением тепловой энергии;
- Запасы топлива могут быть восполняемыми (древесина, древесный уголь) и невосполнимыми (уголь, торф, нефть, природный газ);
- Наиболее неблагоприятными последствиями сжигания топлива являются смог, кислотные дожди и парниковый эффект: