อลูมิเนียมเผาไหม้ในกองไฟหรือไม่? ทำอย่างไรถึงจะได้สีเปลวไฟที่สม่ำเสมอ? การเผาไหม้ของโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมในอากาศ

มันง่ายที่จะคาดเดาว่าสีของเปลวไฟนั้นถูกกำหนดโดยสารเคมีที่เผาไหม้ในกรณีที่การสัมผัสกับอุณหภูมิสูงจะปล่อยอะตอมของสารที่ติดไฟได้ออกมาทีละตัวทำให้เกิดสีของไฟ เพื่อตรวจสอบผลกระทบของสารที่มีต่อสีของไฟ ได้ทำการทดลองต่างๆ ซึ่งเราจะกล่าวถึงด้านล่าง

ตั้งแต่สมัยโบราณนักเล่นแร่แปรธาตุและนักวิทยาศาสตร์ได้พยายามค้นหาว่าสารใดที่เผาไหม้โดยขึ้นอยู่กับสีของเปลวไฟที่ได้มา

เปลวไฟของกีย์เซอร์และเตาที่มีอยู่ในบ้านและอพาร์ตเมนต์ทุกหลังมีโทนสีน้ำเงิน เงาดังกล่าวในระหว่างการเผาไหม้ให้คาร์บอน, คาร์บอนมอนอกไซด์ สีเหลืองส้มของเปลวไฟซึ่งปลูกในป่าหรือไม้ขีดไฟในครัวเรือนเกิดจากเกลือโซเดียมในปริมาณสูงในเนื้อไม้ธรรมชาติ ส่วนใหญ่เป็นเพราะสิ่งนี้ - สีแดง เปลวไฟของหัวเตาแก๊สจะได้สีเดียวกันหากคุณโรยด้วยเกลือแกงธรรมดา เมื่อเผาทองแดงแล้วเปลวไฟจะเป็นสีเขียว ฉันคิดว่าคุณสังเกตเห็นว่าการสวมแหวนหรือโซ่ที่ทำจากทองแดงธรรมดาเป็นเวลานานโดยไม่เคลือบด้วยสารป้องกันผิวจะกลายเป็นสีเขียว สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเผาไหม้ ถ้าปริมาณทองแดงสูง แสดงว่ามีไฟสีเขียวสว่างมาก เกือบจะเป็นสีขาว สิ่งนี้สามารถเห็นได้ว่ามีการเทเศษทองแดงลงบนเตาแก๊ส

มีการทดลองมากมายเกี่ยวกับเตาแก๊สธรรมดาและแร่ธาตุต่างๆ ดังนั้นจึงมีการกำหนดองค์ประกอบของพวกเขา คุณต้องใช้แหนบแร่และวางไว้ในเปลวไฟ สีของไฟสามารถบ่งบอกถึงสิ่งสกปรกต่าง ๆ ที่มีอยู่ในองค์ประกอบ เปลวไฟสีเขียวและเฉดสีบ่งบอกถึงการมีอยู่ของทองแดง, แบเรียม, โมลิบดีนัม, พลวง, ฟอสฟอรัส โบรอนให้สีเขียวอมฟ้า ซีลีเนียมให้เปลวไฟเป็นสีน้ำเงิน เปลวไฟเปลี่ยนเป็นสีแดงเมื่อมีสตรอนเทียม ลิเธียม และแคลเซียม ในไวโอเล็ต - โพแทสเซียม ได้รับสีเหลืองส้มในระหว่างการเผาไหม้ของโซเดียม

การศึกษาแร่ธาตุเพื่อกำหนดองค์ประกอบนั้นดำเนินการโดยใช้เตาบุนเซ็น สีของเปลวไฟนั้นสม่ำเสมอและไม่มีสี มันไม่รบกวนกระบวนการทดลอง Bunsen คิดค้นเตาในกลางศตวรรษที่ 19

เขาคิดค้นวิธีการที่ช่วยให้คุณกำหนดองค์ประกอบของสารด้วยเงาของเปลวไฟ นักวิทยาศาสตร์พยายามทำการทดลองที่คล้ายกันต่อหน้าเขา แต่พวกเขาไม่มีเตา Bunsen ซึ่งเป็นเปลวไฟที่ไม่มีสีซึ่งไม่รบกวนการทดลอง เขาวางองค์ประกอบต่าง ๆ บนลวดทองคำขาวในไฟของหัวเผาเนื่องจากเมื่อเพิ่มโลหะนี้ลงไป เปลวไฟจะไม่สร้างสี เมื่อมองแวบแรก วิธีนี้ดูเหมือนจะดี การวิเคราะห์ทางเคมีที่ลำบากสามารถยุติลงได้ มันก็เพียงพอแล้วที่จะนำองค์ประกอบมาสู่กองไฟและดูว่าประกอบด้วยอะไรบ้าง แต่สารในรูปบริสุทธิ์สามารถพบได้ในธรรมชาติน้อยมาก โดยปกติแล้วจะมีสิ่งเจือปนต่าง ๆ จำนวนมากที่เปลี่ยนสีของเปลวไฟ

Bunsen พยายามแยกสีและเฉดสีด้วยวิธีการต่างๆ ตัวอย่างเช่น การใช้แว่นตาสี ตัวอย่างเช่น หากคุณมองผ่านกระจกสีฟ้า คุณจะไม่เห็นสีเหลืองซึ่งถูกแต่งแต้มด้วยไฟเมื่อเผาเกลือโซเดียมที่พบมากที่สุด จากนั้นสีม่วงหรือสีแดงเข้มขององค์ประกอบที่ต้องการจะมองเห็นได้ แต่ถึงกระนั้นเทคนิคดังกล่าวก็นำไปสู่การกำหนดองค์ประกอบของแร่ธาตุที่ซับซ้อนในกรณีที่หายากมาก เกินกว่าที่เทคโนโลยีนี้ไม่สามารถทำได้

ทุกวันนี้ไฟฉายดังกล่าวใช้สำหรับการบัดกรีเท่านั้น

เปลวไฟมีหลายสี มองเข้าไปในเตาผิง เปลวไฟสีเหลือง ส้ม แดง ขาว และน้ำเงินเต้นรำบนท่อนซุง สีของมันขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการเผาไหม้และวัสดุที่ติดไฟได้ เพื่อให้เห็นภาพนี้ ลองนึกภาพเกลียวของเตาไฟฟ้า หากกระเบื้องปิดอยู่ ขดลวดของเกลียวจะเย็นและเป็นสีดำ สมมติว่าคุณตัดสินใจที่จะอุ่นซุปและเปิดเตา ในตอนแรกเกลียวจะเปลี่ยนเป็นสีแดงเข้ม ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นสีแดงของเกลียวก็จะยิ่งสว่างขึ้น เมื่อกระเบื้องถึงอุณหภูมิสูงสุด เกลียวจะเปลี่ยนเป็นสีส้มแดง

โดยธรรมชาติแล้วเกลียวจะไม่ไหม้ คุณไม่เห็นเปลวไฟ เธอร้อนแรงจริงๆ หากคุณให้ความร้อนต่อไป สีก็จะเปลี่ยนไปด้วย ในตอนแรกสีของเกลียวจะเปลี่ยนเป็นสีเหลือง จากนั้นเป็นสีขาว และเมื่อมันร้อนมากขึ้น แสงสีน้ำเงินจะเปล่งประกายออกมา

สิ่งที่คล้ายกันเกิดขึ้นกับไฟ ลองมาดูเทียนเป็นตัวอย่าง ส่วนต่าง ๆ ของเปลวเทียนมีอุณหภูมิต่างกัน ไฟต้องการออกซิเจน หากเทียนถูกครอบด้วยขวดแก้ว ไฟจะดับลง บริเวณใจกลางของเปลวเทียนที่อยู่ติดกับไส้เทียนนั้นใช้ออกซิเจนเพียงเล็กน้อยและดูมืด ด้านบนและด้านข้างของเปลวไฟได้รับออกซิเจนมากขึ้น ดังนั้นบริเวณเหล่านี้จึงสว่างกว่า เมื่อเปลวไฟเคลื่อนผ่านไส้เทียน ขี้ผึ้งจะละลายและแตกเป็นเศษเล็กเศษน้อยของคาร์บอน (ถ่านหินทำจากคาร์บอนเช่นกัน) อนุภาคเหล่านี้ถูกเปลวไฟพัดพาขึ้นไปและเผาไหม้ พวกมันร้อนมากและเรืองแสงเหมือนเกลียวของกระเบื้องของคุณ แต่อนุภาคของคาร์บอนจะร้อนกว่าส่วนเกลียวของกระเบื้องที่ร้อนที่สุดมาก (อุณหภูมิการเผาไหม้ของคาร์บอนประมาณ 1,400 องศาเซลเซียส) ดังนั้นแสงของพวกเขาจึงมีสีเหลือง ใกล้กับไส้ตะเกียงที่กำลังลุกไหม้ เปลวไฟจะยิ่งร้อนขึ้นและเรืองแสงเป็นสีน้ำเงิน

เปลวไฟของเตาผิงหรือกองไฟส่วนใหญ่เป็นสีผสมไม้จะเผาไหม้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าไส้เทียน ดังนั้นสีหลักของไฟจึงเป็นสีส้มแทนที่จะเป็นสีเหลือง อนุภาคคาร์บอนบางส่วนในเปลวไฟมีอุณหภูมิค่อนข้างสูง มีไม่มากนัก แต่เพิ่มสีเหลืองให้กับเปลวไฟ อนุภาคคาร์บอนร้อนที่เย็นตัวลงคือเขม่าที่เกาะอยู่บนปล่องไฟ อุณหภูมิการเผาไหม้ของไม้ต่ำกว่าอุณหภูมิการเผาไหม้ของเทียน แคลเซียม โซเดียม และทองแดง เมื่อให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงจะเรืองแสงเป็นสีต่างๆ พวกมันถูกเพิ่มเข้าไปในดินปืนของจรวดเพื่อแต่งแต้มสีสันของดอกไม้ไฟในเทศกาล

สีเปลวไฟและองค์ประกอบทางเคมี

สีของเปลวไฟอาจเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับสารเคมีเจือปนในท่อนซุงหรือวัตถุที่ติดไฟได้อื่นๆ เปลวไฟอาจมีส่วนผสมของโซเดียม

แม้แต่ในสมัยโบราณ นักวิทยาศาสตร์และนักเล่นแร่แปรธาตุก็พยายามที่จะเข้าใจว่าสารชนิดใดที่เผาไหม้ในกองไฟ โดยขึ้นอยู่กับสีของไฟ

• โซเดียมเป็นส่วนประกอบของเกลือแกง เมื่อโซเดียมได้รับความร้อนจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองสด
• แคลเซียมสามารถเข้าไปในไฟได้ เราทุกคนรู้ว่ามีแคลเซียมจำนวนมากในนม นี่คือโลหะ แคลเซียมร้อนเปลี่ยนเป็นสีแดงสด
• ถ้าฟอสฟอรัสไหม้ไฟ เปลวไฟจะเปลี่ยนเป็นสีเขียว องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้มีอยู่ในต้นไม้หรือใส่สารอื่นเข้าไปในกองไฟ
• บ้านเกือบทุกหลังมีเตาแก๊สหรือเครื่องทำน้ำอุ่น เปลวไฟเป็นสีน้ำเงิน นี่เป็นเพราะคาร์บอนที่ติดไฟได้ คาร์บอนมอนอกไซด์ ซึ่งให้ร่มเงานี้

การผสมสีของเปลวไฟ เช่น การผสมสีของรุ้ง สามารถให้สีขาวได้ ดังนั้นจึงมองเห็นพื้นที่สีขาวในเปลวไฟของกองไฟหรือเตาผิง

อุณหภูมิของเปลวไฟระหว่างการเผาไหม้ของสารบางชนิด:

ทำอย่างไรถึงจะได้สีเปลวไฟที่สม่ำเสมอ?

เพื่อศึกษาแร่ธาตุและกำหนดองค์ประกอบ เตาบุนเสนซึ่งให้สีเปลวไฟที่สม่ำเสมอและไม่มีสีซึ่งไม่รบกวนกระบวนการทดลอง ซึ่งคิดค้นโดย Bunsen ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19

บุนเซ็นเป็นผู้ที่คลั่งไคล้ในธาตุไฟ มักจะเล่นกับเปลวเพลิง ความหลงใหลของเขาคือการเป่าแก้ว เป่าการออกแบบและกลไกอันชาญฉลาดต่างๆ ออกจากแก้ว Bunsen ไม่สามารถสังเกตเห็นความเจ็บปวดได้ มันเกิดขึ้นที่นิ้วที่แข็งของเขาเริ่มมีควันจากแก้วอ่อนที่ยังร้อน แต่เขาไม่ได้สนใจเรื่องนี้ หากความเจ็บปวดเกินขีด จำกัด ของความไวแล้วเขาก็หนีไปด้วยวิธีการของเขาเอง - เขาใช้นิ้วกดติ่งหูอย่างแรงขัดจังหวะความเจ็บปวดด้วยความเจ็บปวดอีกอันหนึ่ง

เขาเป็นผู้ก่อตั้งวิธีการกำหนดองค์ประกอบของสารด้วยสีของเปลวไฟ แน่นอนว่าก่อนหน้าเขานักวิทยาศาสตร์พยายามทำการทดลองดังกล่าว แต่ไม่มีเตาบุนเซ็นที่มีเปลวไฟไม่มีสีซึ่งไม่รบกวนการทดลอง เขาแนะนำองค์ประกอบต่าง ๆ บนลวดแพลทินัมในเปลวไฟเนื่องจากทองคำขาวไม่ส่งผลต่อสีของเปลวไฟและไม่ได้แต่งสี

ดูเหมือนว่าวิธีนี้จะดี ไม่จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์ทางเคมีที่ซับซ้อน ฉันนำองค์ประกอบนั้นไปที่เปลวไฟ - และสามารถมองเห็นองค์ประกอบของมันได้ทันที แต่มันไม่ได้อยู่ที่นั่น ไม่ค่อยพบสารในธรรมชาติในรูปแบบบริสุทธิ์โดยปกติแล้วจะมีสิ่งเจือปนจำนวนมากที่เปลี่ยนสี

Bunsen พยายามแยกสีและเฉดสีด้วยวิธีต่างๆ ตัวอย่างเช่น เขาพยายามมองผ่านแว่นสี ตัวอย่างเช่น แก้วสีน้ำเงินจะดับสีเหลืองที่เกลือโซเดียมทั่วไปให้ และใคร ๆ ก็สามารถแยกแยะสีแดงเข้มหรือสีม่วงของธาตุพื้นเมืองได้ แต่ถึงแม้จะใช้เทคนิคเหล่านี้ แต่ก็เป็นไปได้ที่จะกำหนดองค์ประกอบของแร่ธาตุที่ซับซ้อนเพียงครั้งเดียวในหนึ่งร้อย

สิ่งนี้น่าสนใจ!เนื่องจากคุณสมบัติของอะตอมและโมเลกุลในการเปล่งแสงสีใดสีหนึ่ง จึงได้มีการพัฒนาวิธีการกำหนดองค์ประกอบของสาร ซึ่งเรียกว่า การวิเคราะห์สเปกตรัม. นักวิทยาศาสตร์ศึกษาสเปกตรัมที่สารปล่อยออกมา เช่น ในระหว่างการเผาไหม้ เปรียบเทียบกับสเปกตรัมของธาตุที่รู้จัก และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดองค์ประกอบของมัน

อลูมิเนียมเผาไหม้

การเผาไหม้อลูมิเนียมในอากาศ

ซึ่งแตกต่างจากแมกนีเซียม อนุภาคเดี่ยวของอะลูมิเนียมไม่ติดไฟเมื่อถูกความร้อนในอากาศหรือไอน้ำถึง 2,100 เค อนุภาคการเผาไหม้ของแมกนีเซียมถูกใช้เพื่อจุดอลูมิเนียม หลังถูกวางไว้บนพื้นผิวขององค์ประกอบความร้อนและวางอนุภาคอลูมิเนียมไว้ที่ปลายเข็มที่ระยะ 10-4 ม. เหนืออันแรก

การจุดระเบิดของอนุภาคอะลูมิเนียมระหว่างการจุดระเบิดเกิดขึ้นในเฟสไอ และความเข้มของโซนเรืองแสงที่ปรากฏรอบ ๆ อนุภาคจะเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ การเผาไหม้แบบอยู่กับที่นั้นมีลักษณะของการมีอยู่ของโซนเรืองแสงซึ่งจะไม่เปลี่ยนขนาดของมันจนกว่าโลหะจะถูกเผาไหม้เกือบทั้งหมด อัตราส่วนของขนาดของโซนเรืองแสงและอนุภาคคือ 1.6-1.9 ในบริเวณเรืองแสง จะเกิดหยดออกไซด์เล็กๆ ซึ่งจะรวมตัวกันเมื่อชนกัน

สิ่งตกค้างหลังการเผาไหม้ของอนุภาคมีลักษณะเป็นเปลือกกลวงที่ไม่มีโลหะอยู่ภายใน การพึ่งพาเวลาการเผาไหม้ของอนุภาคกับขนาดของมันแสดงโดยสูตร (การเผาไหม้เป็นแบบสมมาตร)

การเผาไหม้ของอลูมิเนียมในไอน้ำ

การจุดไฟของอะลูมิเนียมในไอน้ำเกิดขึ้นต่างกัน ไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยามีส่วนทำให้ฟิล์มออกไซด์ถูกทำลาย ในขณะที่อลูมิเนียมออกไซด์เหลว (หรือไฮดรอกไซด์) ถูกพ่นในรูปของหยดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 10-15 ไมครอน การทำลายเปลือกออกไซด์ดังกล่าวซ้ำเป็นระยะ สิ่งนี้บ่งชี้ว่ามีโลหะส่วนสำคัญไหม้บนพื้นผิวของอนุภาค

ที่จุดเริ่มต้นของการเผาไหม้ อัตราส่วน r /ร 0 เท่ากับ 1.6-1.7 ระหว่างการเผาไหม้ ขนาดอนุภาคจะลดลง และอัตราส่วน gsw/?o จะเพิ่มขึ้นเป็น 2.0-3.0 อัตราการเผาไหม้ของอนุภาคอะลูมิเนียมในไอน้ำนั้นสูงกว่าในอากาศเกือบ 5 เท่า

การเผาไหม้ของโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม

การเผาไหม้ของโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมในอากาศ

การจุดระเบิดของอนุภาคของโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมที่มีองค์ประกอบแปรผันในอากาศ ส่วนผสมของออกซิเจน-อาร์กอน ไอน้ำ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ตามกฎแล้วจะคล้ายกับการจุดระเบิดของอนุภาคแมกนีเซียม การเริ่มต้นของการจุดระเบิดจะนำหน้าด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เกิดขึ้นบนพื้นผิว

การเผาไหม้ของโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมแตกต่างอย่างมากจากการเผาไหม้ของทั้งอะลูมิเนียมและแมกนีเซียม และขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของส่วนประกอบในโลหะผสมและพารามิเตอร์ของตัวกลางออกซิไดซ์อย่างมาก คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของการเผาไหม้ของอนุภาคโลหะผสมคือกระบวนการสองขั้นตอน (รูปที่ 2.6) ในขั้นแรก อนุภาคจะถูกล้อมรอบด้วยชุดคบไฟ ซึ่งก่อตัวเป็นโซนเรืองแสงที่ไม่สม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา การเปรียบเทียบลักษณะและขนาดของโซนเรืองแสงรอบอนุภาคโลหะผสมในระหว่างการเผาไหม้ระยะแรกกับธรรมชาติและขนาดของโซนเรืองแสงรอบอนุภาคแมกนีเซียมที่กำลังลุกไหม้ (ดูรูปที่ 2.4) เราสามารถสรุปได้ว่าในขั้นตอนนี้ส่วนใหญ่จะเป็น แมกนีเซียมที่เผาไหม้ออกจากอนุภาค

ข้าว. 2.6. การเผาไหม้ของอนุภาคโลหะผสม 30% A1 + 70% Mg ที่ความดันบรรยากาศปกติในของผสมที่มี 15% O โดยปริมาตร 2และ 85% Ar:

1, 2 – ความเหนื่อยหน่ายของแมกนีเซียม 3-6 – ความเหนื่อยหน่ายของอลูมิเนียม

คุณลักษณะของขั้นตอนแรกของการเผาไหม้โลหะผสมคือความคงที่ของขนาดอนุภาคและโซนเปลวไฟ ซึ่งหมายความว่าหยดของเหลวของโลหะผสมนั้นอยู่ภายในเปลือกออกไซด์ที่เป็นของแข็ง แมกนีเซียมออกไซด์มีอิทธิพลเหนือฟิล์มออกไซด์ แมกนีเซียมจะรั่วไหลออกมาตามข้อบกพร่องของฟิล์มและเผาไหม้ในเปลวไฟที่มีการแพร่กระจายของไอระเหย

ในตอนท้ายของขั้นตอนที่หนึ่ง ปฏิกิริยาที่ต่างกันจะเพิ่มขึ้น โดยเห็นได้จากการปรากฏตัวของจุดศูนย์กลางของการเรืองแสงที่สว่างบนพื้นผิวของอนุภาค ความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาต่างกันก่อให้เกิดความร้อนของอนุภาคจนถึงจุดหลอมเหลวของออกไซด์และจุดเริ่มต้นของการเผาไหม้ขั้นที่สอง

ในขั้นตอนที่สองของการเผาไหม้ อนุภาคจะถูกล้อมรอบด้วยโซนเรืองแสงที่สว่างกว่าและเป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งจะลดลงเมื่อโลหะถูกเผาไหม้ ความเป็นเนื้อเดียวกันและความเป็นทรงกลมของโซนเปลวไฟแสดงว่าฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวของอนุภาคละลาย การแพร่กระจายของโลหะผ่านฟิล์มมีความต้านทานการแพร่กระจายต่ำของออกไซด์เหลว ขนาดของโซนเปลวไฟเกินขนาดของอนุภาคอย่างมีนัยสำคัญซึ่งบ่งบอกถึงการเผาไหม้ของโลหะในเฟสไอ การเปรียบเทียบธรรมชาติของการเผาไหม้ขั้นที่สองกับรูปแบบการเผาไหม้ของอะลูมิเนียมที่ทราบบ่งชี้ว่ามีความคล้ายคลึงกันอย่างมาก อาจเป็นได้ว่าอะลูมิเนียมเผาไหม้ในขั้นตอนนี้ของกระบวนการ เมื่อมันมอดลง ขนาดของเปลวไฟจะลดลง และส่งผลให้ขนาดของการเผาไหม้ลดลง อนุภาคที่เผาไหม้จะเรืองแสงเป็นเวลานาน

การเปลี่ยนขนาดของโซนเรืองแสงของการเผาไหม้ของอนุภาคตามกลไกที่อธิบายไว้นั้นซับซ้อน (รูปที่ 2.7) หลังจากจุดระเบิดแล้วค่า รเซนต์. /ร 0 อย่างรวดเร็ว (ใน -0.1 ms) ถึงค่าสูงสุด (ส่วน ab). นอกจากนี้ในช่วงเวลาหลักของการเผาไหม้ขั้นตอนแรกอัตราส่วน ร sv/ ร 0 คงตัว (มาตรา bv). เมื่อความเหนื่อยหน่ายของแมกนีเซียมสิ้นสุดลง รประวัติย่อ/ ร 0 ลดลงเหลือน้อยที่สุด (จุด ช),และเมื่อเริ่มมีการเผาไหม้ของอลูมิเนียมก็จะเพิ่มขึ้น (ส่วน ที่ไหน). ความเหนื่อยหน่ายของอลูมิเนียมสุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุด รเซนต์. /ร 0 ลดลงแบบโมโนโทนิก (ส่วน เดอ) เป็นค่าสุดท้ายที่สอดคล้องกับขนาดของออกไซด์ที่เกิดขึ้น

ข้าว. 2.7.:

1 – อัลลอยด์ 30% Al + 70% Mg, อากาศ; 2 – อัลลอยด์ 30% A1 + 70% Mg, ส่วนผสม 15% O2 + 85% Ar; 3 – อัลลอยด์ 50% A1 + 50% Mg, อากาศ

กลไกและพารามิเตอร์ของกระบวนการเผาไหม้ของโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของโลหะผสมอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อปริมาณแมกนีเซียมในโลหะผสมลดลง ขนาดของโซนเรืองแสงในระหว่างขั้นตอนแรกของการเผาไหม้และระยะเวลาของขั้นตอนนี้จะลดลง เมื่อปริมาณแมกนีเซียมในโลหะผสมน้อยกว่า 30% กระบวนการนี้ยังคงเป็นสองขั้นตอน แต่จะไม่ต่อเนื่อง ในตอนท้ายของขั้นตอนแรก โซนเรืองแสงจะถูกลดขนาดลงจนเท่ากับขนาดของอนุภาค กระบวนการเผาไหม้จะหยุดลง และอลูมิเนียมจะเผาไหม้หลังจากที่อนุภาคติดไฟอีกครั้งเท่านั้น อนุภาคที่ไม่ติดไฟคือเปลือกออกไซด์ที่มีรูพรุนซึ่งมีหยดอลูมิเนียมที่ยังไม่เผาไหม้อยู่ภายใน

การพึ่งพาเวลาการเผาไหม้ของอนุภาคบนเส้นผ่านศูนย์กลางเริ่มต้นแสดงโดยสูตรเชิงประจักษ์ต่อไปนี้:

การเผาไหม้ของโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมในส่วนผสมของออกซิเจนกับอาร์กอน ในไอน้ำ และในคาร์บอนไดออกไซด์

ธรรมชาติของการเผาไหม้ของอนุภาคของโลหะผสมอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมในส่วนผสมของออกซิเจน-อาร์กอนจะเหมือนกับในอากาศ เมื่อปริมาณออกซิเจนลดลง ขนาดของโซนเรืองแสงในช่วงที่แมกนีเซียมหมดไฟจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด การพึ่งพาเวลาการเผาไหม้ของอนุภาคของโลหะผสม 50% A1 + 50% Mg กับขนาดอนุภาคและปริมาณออกซิเจนในส่วนผสมเป็นเปอร์เซ็นต์ปริมาตรแสดงโดยสูตร

การเผาไหม้ของโลหะผสมในไอน้ำแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (รูปที่ 2.8) ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นในขั้นตอนแรกจะถูกทำลายโดยไฮโดรเจน และอนุภาคจะอยู่ในรูปของปะการัง อะลูมิเนียมที่เหลืออยู่ในปะการังจะติดไฟเพียง 1–10 มิลลิวินาทีหลังจากสิ้นสุดระยะแรก ความไม่ต่อเนื่องของกระบวนการดังกล่าวเป็นเรื่องปกติสำหรับโลหะผสมขององค์ประกอบใดๆ

ข้าว. 2.8. อนุภาคการเผาไหม้ของโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียม (50:50) ทรงกลม(เอ) และผิด(ข) ก่อตัวขึ้นในตัวกลางของไอน้ำที่ความดันบรรยากาศปกติ:

1 – อนุภาคเริ่มต้น; 2 – อนุภาคก่อนจุดระเบิด; 3 – ความเหนื่อยหน่ายของแมกนีเซียม 4 - ความเหนื่อยหน่ายของอลูมิเนียม 5 - ปะการังเกิดขึ้นหลังจากอนุภาค

ในระหว่างการเผาไหม้ของโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมในก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ มีเพียงแมกนีเซียมเท่านั้นที่เผาไหม้ออกจากอนุภาค หลังจากนั้นกระบวนการเผาไหม้จะหยุดลง

การเผาไหม้ของโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมในเปลวไฟที่อุณหภูมิสูง

เพื่อศึกษากระบวนการเผาไหม้ของอนุภาคโลหะที่อุณหภูมิสูง ภายใต้อนุภาคที่วางอยู่บนปลายเข็ม เม็ดยาที่ถูกอัดจะถูกเผาจากส่วนผสมของแอมโมเนียมเปอร์คลอเรตและยูโรโทรพีน โดยคำนวณอุณหภูมิการเผาไหม้ที่ 2500, 2700 และ 3100 เค

การเผาไหม้ของอนุภาคของโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เกิดขึ้นตามกฎด้วยการระเบิด การปรากฏตัวของการระเบิดเป็นลักษณะของอนุภาคขององค์ประกอบทั้งหมด อันเป็นผลมาจากการระเบิดทำให้เกิดโซนเรืองแสงที่สำคัญซึ่งเป็นสัญญาณของความเด่นของการเผาไหม้ในเฟสไอ ภาพถ่ายของอนุภาคที่เผาไหม้ที่จุดเริ่มต้นของการเผาไหม้ (รูปที่ 2.9, ก) แสดงว่าปฏิกิริยาต่างชนิดกันเกิดขึ้นที่ผิวเปลือกออกไซด์ทั้งหมด เนื่องจากความร้อนของปฏิกิริยาต่างชนิดกัน การระเหยอย่างรวดเร็วของโลหะจึงเกิดขึ้น (รูปที่ 2.9, ข) ทำให้เกิดการแตกของเปลือกออกไซด์และการกระเซ็นของหยดที่ไม่ระเหย (รูปที่ 2.9, วี).

ข้าว. 2.9. การเผาไหม้ของอนุภาคอัลอัลลอยด์ 95%ด้วย 5% Mg ในเปลวไฟออกซิไดซ์ (อุณหภูมิ 2700 K):

ก- ระยะเริ่มต้นของการเผาไหม้ ข- การเผาไหม้แบบคงที่ วี- แยกขึ้น

จากข้อมูลของ B. G. Lrabey, S. E. Salibekov และ Yu. V. Leninsky การบดอนุภาคของโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียมเกิดจากความแตกต่างอย่างมากในจุดเดือดของแมกนีเซียมและอลูมิเนียม ซึ่งเป็นผลมาจากการที่แมกนีเซียมเดือดเมื่อ อนุภาคที่อยู่ในโซนอุณหภูมิสูงจะระเบิดได้และนำไปสู่การบดอัดของอะลูมิเนียมที่เหลือ อุณหภูมิ 2,500 K เพียงพอแล้วสำหรับการเผาไหม้ที่ระเบิดได้ซึ่งค่อนข้างเป็นธรรมชาติเนื่องจากอุณหภูมินี้สูงกว่าจุดเดือดของส่วนประกอบทั้งสอง

• Arabey B. G. , Salibekov S. E. , Levinsky Yu. V.ลักษณะบางประการของการจุดระเบิดและการเผาไหม้ของฝุ่นโลหะ // ผงโลหะวิทยา. พ.ศ. 2507 ฉบับที่ 3 ส. 109-118

เพื่อกำหนดรูปแบบของกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่ เราสามารถจำกัดตัวเองให้พิจารณาไอออนบวกและไม่รวมแอนไอออน เนื่องจากพวกมันไม่ได้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา (อย่างไรก็ตาม ประเภทของประจุลบจะส่งผลต่ออัตราการทับถม) หากเพื่อให้เข้าใจได้ง่าย เราถือว่าทั้งโลหะที่ปลดปล่อยและโลหะที่ละลายเป็นธาตุคู่ เราก็สามารถเขียนได้ดังนี้

ฉัน 1 + ฉัน 2 2+ => ฉัน 1 2+ + ฉัน 2

นอกจากนี้ สำหรับการทดลองครั้งแรก ฉัน 1 = Fe, ฉัน 2 = Сu ดังนั้น กระบวนการนี้ประกอบด้วยการแลกเปลี่ยนประจุ (อิเล็กตรอน) ระหว่างอะตอมและไอออนของโลหะทั้งสอง หากเราแยกพิจารณา (เป็นปฏิกิริยาขั้นกลาง) การละลายของเหล็กหรือการตกตะกอนของทองแดง เราจะได้รับ:

เฟ => เฟ 2+ + 2e -
ลูกบาศ์ก 2+ + 2e - => ลูกบาศ์ก

ตอนนี้ให้พิจารณากรณีที่โลหะถูกแช่อยู่ในน้ำหรือในสารละลายเกลือโดยที่ไอออนบวกนั้นไม่สามารถแลกเปลี่ยนได้เนื่องจากตำแหน่งในชุดของแรงดันไฟฟ้า อย่างไรก็ตามเรื่องนี้ โลหะมีแนวโน้มที่จะเข้าสู่สารละลายในรูปของไอออน ในกรณีนี้ อะตอมของโลหะจะปล่อยอิเล็กตรอนสองตัว (หากโลหะนั้นเป็นไดวาเลนต์) พื้นผิวของโลหะที่แช่อยู่ในสารละลายจะมีประจุเป็นลบเมื่อเทียบกับสารละลาย และชั้นไฟฟ้าสองชั้นจะก่อตัวขึ้นที่ส่วนต่อประสาน ความต่างศักย์นี้ป้องกันการละลายของโลหะเพิ่มเติม เพื่อให้กระบวนการหยุดลงในไม่ช้า หากโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันถูกแช่อยู่ในสารละลาย ทั้งสองจะถูกชาร์จ แต่โลหะที่มีปฏิกิริยาน้อยกว่าจะค่อนข้างอ่อนกว่าเนื่องจากอะตอมของโลหะนั้นมีแนวโน้มที่จะแยกอิเล็กตรอนออกน้อยกว่า เชื่อมต่อโลหะทั้งสองด้วยตัวนำ เนื่องจากความต่างศักย์ การไหลของอิเล็กตรอนจะไหลจากโลหะที่มีความว่องไวมากกว่าไปยังโลหะที่มีความว่องไวน้อยกว่า ซึ่งเป็นขั้วบวกของธาตุ กระบวนการเกิดขึ้นโดยที่โลหะที่มีความว่องไวมากกว่าจะเข้าสู่สารละลาย และไอออนบวกจากสารละลายจะถูกปลดปล่อยออกมาบนโลหะที่มีตระกูลสูงกว่า

สาระสำคัญของเซลล์กัลวานิก

ให้เราอธิบายด้วยการทดลองเล็กน้อยถึงการให้เหตุผลที่ค่อนข้างเป็นนามธรรมข้างต้น

ขั้นแรก เติมบีกเกอร์ที่มีความจุ 250 มล. ลงไปตรงกลางด้วยสารละลายกรดซัลฟิวริก 10% แล้วจุ่มสังกะสีและทองแดงชิ้นไม่เล็กเกินไปลงไป เราบัดกรีหรือตรึงลวดทองแดงกับขั้วไฟฟ้าทั้งสองโดยปลายไม่ควรสัมผัสกับสารละลาย

ตราบใดที่ปลายลวดไม่ได้เชื่อมต่อกัน เราจะสังเกตเห็นการละลายของสังกะสี ซึ่งมาพร้อมกับการปล่อยไฮโดรเจน สังกะสี ดังจากอนุกรมแรงดันไฟฟ้า มีความว่องไวมากกว่าไฮโดรเจน ดังนั้นโลหะจึงสามารถแทนที่ไฮโดรเจนจากสถานะไอออนิกได้ โลหะทั้งสองสร้างชั้นไฟฟ้าสองชั้น ความต่างศักย์ระหว่างขั้วไฟฟ้านั้นตรวจจับได้ง่ายที่สุดด้วยโวลต์มิเตอร์ ทันทีหลังจากเปิดอุปกรณ์ในวงจรลูกศรจะระบุประมาณ 1 V แต่แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว หากคุณเชื่อมต่อหลอดไฟขนาดเล็กเข้ากับชิ้นส่วนที่ใช้แรงดันไฟฟ้า 1 V หลอดไฟจะสว่างขึ้น - ในตอนแรกค่อนข้างแรงจากนั้นแสงจะอ่อนลง

จากขั้วของขั้วของอุปกรณ์เราสามารถสรุปได้ว่าขั้วทองแดงเป็นขั้วบวก สิ่งนี้สามารถพิสูจน์ได้แม้ไม่มีอุปกรณ์โดยพิจารณาจากเคมีไฟฟ้าของกระบวนการ ให้เราเตรียมสารละลายอิ่มตัวของเกลือแกงในบีกเกอร์ขนาดเล็กหรือในหลอดทดลอง เติมสารละลายแอลกอฮอล์ประมาณ 0.5 มล. ของตัวบ่งชี้ฟีนอล์ฟทาลีนแล้วจุ่มขั้วไฟฟ้าทั้งสองที่ปิดด้วยลวดลงในสารละลาย ใกล้ขั้วลบจะสังเกตเห็นสีแดงเล็กน้อยซึ่งเกิดจากการก่อตัวของโซเดียมไฮดรอกไซด์ที่แคโทด

ในการทดลองอื่น ๆ เราสามารถวางคู่โลหะต่าง ๆ ไว้ในเซลล์และกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ได้ ตัวอย่างเช่น แมกนีเซียมและเงินจะให้ความต่างศักย์ที่มากเป็นพิเศษเนื่องจากระยะห่างที่มีนัยสำคัญระหว่างพวกมันในชุดของแรงดันไฟฟ้า ในขณะที่สังกะสีและเหล็กจะให้ค่าความต่างศักย์ที่น้อยมาก น้อยกว่า 1 ใน 10 ของโวลต์ เมื่อใช้อลูมิเนียมเราจะไม่ได้รับกระแสใด ๆ เนื่องจากการทู่

องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้ หรือตามที่นักเคมีไฟฟ้ากล่าวว่า วงจร มีข้อเสียตรงที่เมื่อรับกระแสไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้น นักเคมีไฟฟ้ามักจะวัดค่าที่แท้จริงของแรงดันไฟฟ้าในสถานะที่ไม่มีพลังงานโดยใช้วิธีการนี้ การชดเชยแรงดันไฟฟ้านั่นคือเปรียบเทียบกับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งกระแสอื่น

ให้เราพิจารณากระบวนการในองค์ประกอบทองแดง-สังกะสีโดยละเอียด ที่ขั้วลบ สังกะสีจะเข้าสู่สารละลายตามสมการต่อไปนี้:

สังกะสี => สังกะสี 2+ + 2e -

ไอออนไฮโดรเจนของกรดซัลฟิวริกจะถูกปล่อยออกมาบนแอโนดของทองแดง พวกเขาแนบอิเล็กตรอนที่ผ่านลวดจากแคโทดสังกะสีและเป็นผลให้ฟองไฮโดรเจนเกิดขึ้น:

2H + + 2e - \u003d\u003e H 2

หลังจากช่วงเวลาสั้น ๆ ทองแดงจะถูกปกคลุมด้วยฟองไฮโดรเจนบาง ๆ ในกรณีนี้ อิเล็กโทรดทองแดงจะกลายเป็นอิเล็กโทรดไฮโดรเจน และความต่างศักย์จะลดลง กระบวนการนี้เรียกว่า โพลาไรซ์อิเล็กโทรด โพลาไรเซชันของอิเล็กโทรดทองแดงสามารถกำจัดได้โดยเติมสารละลายโพแทสเซียมไบโครเมตเล็กน้อยลงในเซลล์หลังจากแรงดันไฟตก หลังจากนั้นแรงดันไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้นอีกครั้งเนื่องจากโพแทสเซียมไดโครเมตจะออกซิไดซ์ไฮโดรเจนเป็นน้ำ โพแทสเซียมไบโครเมตทำหน้าที่ในกรณีนี้เช่น โพลาไรเซอร์

ในทางปฏิบัติ มีการใช้วงจรกัลวานิก ซึ่งอิเล็กโทรดที่ไม่มีโพลาไรซ์ หรือวงจรที่โพลาไรเซชันสามารถกำจัดได้โดยการเพิ่มดีโพลาไรเซอร์

ยกตัวอย่างองค์ประกอบที่ไม่มีขั้ว ให้พิจารณาองค์ประกอบ Daniell ซึ่งในอดีตมักจะใช้เป็นแหล่งปัจจุบัน นี่เป็นองค์ประกอบทองแดงและสังกะสี แต่โลหะทั้งสองถูกแช่อยู่ในสารละลายที่แตกต่างกัน อิเล็กโทรดสังกะสีวางอยู่ในเซลล์ดินเหนียวที่มีรูพรุนซึ่งเต็มไปด้วยกรดซัลฟิวริกเจือจาง (ประมาณ 20%) เซลล์ดินเหนียวถูกแขวนลอยอยู่ในบีกเกอร์ขนาดใหญ่ที่มีสารละลายเข้มข้นของคอปเปอร์ซัลเฟต และที่ด้านล่างจะมีชั้นของผลึกคอปเปอร์ซัลเฟต อิเล็กโทรดที่สองในภาชนะนี้เป็นทรงกระบอกแผ่นทองแดง

ส่วนประกอบนี้สามารถทำจากโหลแก้ว เซลล์ดินเหนียวที่มีจำหน่ายทั่วไป (ในกรณีที่รุนแรง ให้ใช้กระถางดอกไม้ปิดรูที่ด้านล่าง) และขั้วไฟฟ้าสองขั้วที่มีขนาดเหมาะสม

ในระหว่างการทำงานขององค์ประกอบ สังกะสีจะละลายพร้อมกับการก่อตัวของซิงค์ซัลเฟต และโลหะทองแดงจะถูกปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดทองแดง แต่ในเวลาเดียวกันอิเล็กโทรดทองแดงไม่มีขั้วและองค์ประกอบให้แรงดันไฟฟ้าประมาณ 1 V ตามทฤษฎีแล้วแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วคือ 1.10 V แต่เมื่อวัดค่าปัจจุบันเราจะวัดค่าที่ต่ำกว่าเล็กน้อยเนื่องจาก ต่อความต้านทานไฟฟ้าของเซลล์

หากเราไม่นำกระแสไฟฟ้าออกจากเซลล์ เราจะต้องถอดขั้วไฟฟ้าสังกะสีออกจากสารละลายกรดซัลฟิวริก เพราะไม่เช่นนั้นจะละลายกลายเป็นไฮโดรเจน

แผนภาพของเซลล์อย่างง่ายซึ่งไม่ต้องการพาร์ติชันที่มีรูพรุนแสดงอยู่ในรูปภาพ อิเล็กโทรดสังกะสีจะอยู่ในโถแก้วที่ด้านบน และอิเล็กโทรดทองแดงจะอยู่ใกล้กับด้านล่าง เซลล์ทั้งหมดเต็มไปด้วยสารละลายโซเดียมคลอไรด์อิ่มตัว ที่ด้านล่างของโถเราเทผลึกคอปเปอร์ซัลเฟตจำนวนหนึ่งกำมือ สารละลายเข้มข้นของคอปเปอร์ซัลเฟตจะผสมกับสารละลายเกลือทั่วไปช้ามาก ดังนั้นในระหว่างการทำงานของเซลล์ ทองแดงจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วทองแดง และสังกะสีในรูปของซัลเฟตหรือคลอไรด์จะละลายในส่วนบนของเซลล์

ตอนนี้ใช้แบตเตอรี่เกือบทั้งหมด องค์ประกอบแห้งซึ่งใช้งานได้สะดวกกว่า บรรพบุรุษของพวกเขาคือองค์ประกอบ Leclanchet อิเล็กโทรดเป็นกระบอกสังกะสีและแท่งคาร์บอน อิเล็กโทรไลต์เป็นแป้งที่ประกอบด้วยแอมโมเนียมคลอไรด์เป็นส่วนใหญ่ สังกะสีจะละลายในแป้ง และไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาบนถ่านหิน เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดโพลาไรซ์ แท่งคาร์บอนจะถูกหย่อนลงในถุงลินินที่มีส่วนผสมของผงถ่านหินและไพโรลูไซต์ ผงคาร์บอนจะเพิ่มพื้นผิวของอิเล็กโทรด และไพโรลูไซต์จะทำหน้าที่เป็นตัวดีโพลาไรเซอร์ ออกซิไดซ์ไฮโดรเจนอย่างช้าๆ จริงอยู่ ความสามารถในการดีโพลาไรซ์ของไพโรลูไซต์นั้นอ่อนแอกว่าโพแทสเซียมไดโครเมตที่กล่าวถึงก่อนหน้านี้ ดังนั้นเมื่อได้รับกระแสไฟฟ้าในเซลล์แห้ง แรงดันไฟฟ้าจะลดลงอย่างรวดเร็ว พวกเขา "เหนื่อย" เนื่องจากโพลาไรเซชัน หลังจากผ่านไประยะหนึ่งจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไฮโดรเจนโดยไพโรลูไซต์ ดังนั้นองค์ประกอบจะ "พัก" หากไม่มีกระแสผ่านไประยะหนึ่ง ตรวจสอบสิ่งนี้กับแบตเตอรี่ไฟฉายซึ่งเราจะเชื่อมต่อกับหลอดไฟ ขนานกับหลอดไฟนั่นคือเราเชื่อมต่อโวลต์มิเตอร์โดยตรงกับขั้ว ในตอนแรกแรงดันไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 4.5 V. (ส่วนใหญ่เซลล์สามเซลล์เชื่อมต่อเป็นอนุกรมในแบตเตอรี่ดังกล่าวโดยแต่ละเซลล์มีแรงดันไฟฟ้าตามทฤษฎีที่ 1.48 V.) หลังจากนั้นครู่หนึ่งแรงดันไฟฟ้าจะลดลงหลอดไฟจะอ่อนลง โดยการอ่านโวลต์มิเตอร์ เราสามารถตัดสินได้ว่าแบตเตอรี่ต้องพักนานแค่ไหน

สถานที่พิเศษถูกครอบครองโดยองค์ประกอบที่สร้างใหม่ซึ่งเรียกว่าแบตเตอรี่ ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นในเซลล์เหล่านี้ และสามารถชาร์จใหม่ได้หลังจากที่เซลล์ถูกคายประจุโดยเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ DC ภายนอก

ปัจจุบันแบตเตอรี่ตะกั่วกรดเป็นแบตเตอรี่ที่พบมากที่สุด ในนั้นอิเล็กโทรไลต์คือกรดซัลฟิวริกเจือจางซึ่งจุ่มแผ่นตะกั่วสองแผ่น อิเล็กโทรดขั้วบวกเคลือบด้วยตะกั่วเปอร์ออกไซด์ PbO 2 (ชื่อปัจจุบันคือไดออกไซด์ของตะกั่ว) ส่วนขั้วลบคือตะกั่วโลหะ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อมีค่าประมาณ 2.1 V เมื่อคายประจุ ตะกั่วซัลเฟตจะก่อตัวขึ้นบนแผ่นทั้งสอง ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นตะกั่วโลหะอีกครั้งและกลายเป็นตะกั่วเปอร์ออกไซด์ระหว่างการชาร์จ