Природничі науки. 2 частина. 11 клас. Гільберг

Е. 6. Вогонь. Паливо. Тепло

Ресурси, які зроблять нашу країну енергонезалежною, варті того, щоб про них дізнатися більше!

ВИ НАВЧИТЕСЯ

Знати види палива.

Наводити приклади паливних матеріалів.

Описувати склад і властивості горючих корисних копалин.

Прогнозувати основні напрями розвитку технологій.

Оцінювати біологічну та екологічну безпеку використання натуральних і штучних палив і мастильних матеріалів, приймати обґрунтоване рішення щодо їхнього використання.

Як горить вогонь

Горіння, умови його виникнення та припинення цікавили людину із часів її першого знайомства з вогнем. Натурфілософ Геракліт¹ увесь процес життя інтерпретував як затухання та розгоряння вогню. Як першооснову буття вогонь обожнювали й шанували в Стародавній Індії, Стародавньому Китаї, пізніше — у старослов’янських віруваннях (мал. 6.1).

¹ Геракліт Ефеський (544-483 до н. е., Стародавня Греція).

Мал. 6.1. 1. Атешгях — храм зороастрійців в Азербайджані, на Апшеронському півострові. Тепер — державний історико-архітектурний заповідник, музей просто неба. Територія храму відома виходами природного газу, що палає. 2. Купальські вогні

Як зауважував В. І. Вернадський², «Людина створювала вогонь у середовищі живої природи, піддаючи її горінню. Цим способом... степових випалювань і лісових пожеж вона отримала силу порівняно з навколишніми тваринами й рослинним світом, яка вивела її з ряду інших організмів і стала прообразом її майбутнього. Тільки в наш час, у ХІХ-ХХ століттях, людина опанувала інше джерело світла та тепла — електричну енергію... Минуло багато десятків, а то й сотні тисяч років, поки людина опанувала інші джерела енергії, деякі з них, як енергія пари, наприклад, були прямим наслідком відкриття вогню». Учений зазначав, що відкриття вогню стало першим випадком, коли істота приборкала природну стихію й стала користуватися її вигодами.

² Володимир Іванович Вернадський (1863-1945, Росія).

На картині Джузеппе Арчімбольдо «Алегорія вогню» (мал. 6.2) портрет-вогонь зображено в профіль. Його щоку створено з великого креміню для висікання іскор, вуса — зі жмута сірників. Частину шиї та підборіддя створено з металевого каганця на ювелірно обробленій ніжці. М’яз, що сполучає ключицю із черепом — з товстої свічки, а око — з малої свічки, устромленої в отвір креміня. Розпатлана зачіска алегоричної особи — це вогнище з гілок. Її плечі створено з вогнепальної зброї — пістоля, маленької гармати та мортири.

³ Giuseppe Arcimboldo (1526 або 1527-1593).

Мал. 6.2. Джузеппе Арчімбольдо «Алегорія вогню»

Що саме потрібно для виникнення горіння? Насамперед — речовини, між якими відбуватиметься реакція, тобто горюча речовина та кисень. Вони мають тісно контактувати між собою, однак цього часто замало. Дрова у грубці не загоряються самі, хоча навколо них — повітря, яке містить кисень. Їх потрібно запалити, тобто довести температуру деревини до такої, аби почалася її взаємодія з киснем. Для цього не потрібен безпосередній контакт деревини з вогнем (мал. 6.3).

Мал. 6.3. 1. Аборигени Австралії добувають вогонь тертям. 2. Живий вогонь у давньослов'янських віруваннях — вогонь, що добувають переважно тертям деревини об деревину — використовували здебільшого для очищення від хвороби під час епідемій і мору худоби

«Так само фуркала скалка, і двоє людей, скуплені й строгі, тим самим рухом перетягали ремінь. Скалка починала куритись, і скоро маленький вогник вискочив з неї та запалав з обох кінців. Ватаг побожно підняв вогонь і встромив в ватру, зложену коло дверей.

— Навіки слава! — обернувся він до Івана. — Тепер маєм живий вогонь, а доки ме він горіти, ні звір, ні сила нечиста не озьмеся маржини та й нас, ирщених...».

Михайло Коцюбинський. Тіні забутих предків.

Температура займання різних речовин неоднакова. Гас загоряється за 400 °С, сірка — за 450 °С, деревний пил — за 610 °С, білий фосфор — за 45-60 °С (залежно від ступеня його здрібнення). Для продовження горіння, що почалося, подальше нагрівання вже не потрібне. Речовина нагрівається за рахунок тепла, яке виділяється внаслідок горіння. Під час горіння палива вивільняється прихована в ньому хімічна енергія — теплова та світлова.

Щоби почалося горіння скіпки, потрібно ввести її кінчик у полум’я пальника. У цьому місці деревина нагрівається до потрібної температури й загоряється. Найближча до вогню ділянка скіпки нагрівається від тепла, що виділяється внаслідок горіння. Процес поширюється все далі й далі, захоплює нові й нові ділянки скіпки.

Інколи горюча речовина сильно здрібнена. Тобто є тонким порошком (вугільний, цукровий, борошняний пил) або дрібними розпорошеними в повітрі краплями (аерозоль гасу, бензину). Унаслідок підпалювання таких сумішей речовин з повітрям тепло швидко поширюється на всі боки. Уся суміш миттєво нагрівається до температури займання. Відбудеться швидке згоряння — спалах (мал. 6.4).

Мал. 6.4. Тонкий жовтий пилок спор плауну (лікоподію) застосовують у фармації для пересипання пігулок. Купку цієї речовини не завжди вдається підпалити сірником. Натомість розпорошений у повітрі лікоподій спалахує миттєво

Отже, для виникнення горіння потрібний тісний контакт горючої речовини з повітрям і нагрівання її до температури займання. Якщо хоча б однієї із цих умов не буде дотримано, горіння не виникне. Зрозуміло, що для запобігання виникненню горіння досить порушити хоча б одну із зазначених умов (мал. 6.5). Наприклад, аби припинити горіння палива в топках печей або послабити горіння, скорочують приплив кисню, закривши піддувало.

Мал. 6.5. Умови виникнення й припинення горіння

1. Приведіть у відповідність фрагменти малюнка 6.5 та підписи: кисень, горіння, хімічна реакція, паливо, нагрівання до температури займання. 2. Кожна з трьох умов виникнення горіння, відображена на цьому малюнку, є необхідною. Поясніть, чи можна вважати достатньою умовою виникнення горіння: а) кожну із цих умов; б) дві з них; в) усі три умови.

На умови припинення горіння зважають під час гасіння пожеж (мал. 6.6). Якщо горить дерев’яний будинок, намагаються баграми видалити з вогню горючі матеріали. Вогонь засипають піском, накривають цупкою тканиною, заливають водою, піною. Вода, потрапивши на палаючу речовину, знижує її температуру, водяна пара, що утворюється, перешкоджає доступу повітря.

Мал. 6.6. Гасіння пожежі

1. Прокоментуйте прислів’я: «Вогню вогнем не загасиш, а шукай води», «Вогонь олією не гасять», «Добре вогонь горить, як є чим підпалить», «Не дуй на вогонь, коли хочеш, аби згас», «Без підпалу й дрова не горять».

Наше життя неможливе без процесів горіння. Тож кожен має знати умови виникнення та припинення горіння, прийоми безпечного поводження з горючими та вогненебезпечними речовинами.

Колір полум’я зумовлено переважно його температурою й тим, які речовини згорають. Висока температура дає змогу атомам переходити на деякий час у вищий енергетичний стан. Коли атоми повертаються в початковий стан, вони випромінюють світло з певною довжиною хвилі, що відповідає певному кольору спектра.

Знаменитий блакитний вогник під час горіння природного газу зумовлений чадним газом — продуктом неповного згорання палива. Деревина багата на солі Натрію, тому полум’я багаття або побутового сірника має жовтий відтінок. Катіони інших металічних елементів також забарвлюють полум’я (мал. 6.7).

Мал. 6.7. Кольорові вогні