Горение углерода

[zam]

Подскажите пожалуйста каков механизм горения(окисления) углерода,происходит ли эта реакция с участием радикалов или как то иначе.Способна ли молекула кислорода непосредственно реагировать с атомом углерода на поверхности графита?
Почему древесный уголь окисляетсся (сгорает) быстрее?

[nedorazumenie_06]

механизмы горения, я думаю, достаточно сложны для того, чтобы их так запросто можно было бы описать в одном посте.

с точки зрения чисто механистических представлений возможны два подхода: бимолекулярная реакция в газовой фазе (вспоминаем, когда же давление паров углерода становится заметным?) и реакция на поверхности. Исходя из просто здравого смысла осмелюсь предположить, что реакция протекает все же на поверхности углерода. Причем протекает она между сорбированнным кислородом (он присутствует на поверхности до достижения достаточно высоких температур). А вот вопрос про различия разных видов угля - это, простите, не ко мне. Я писала просто про углерод

[Sovetnik]

Почему древесный уголь окисляетсся (сгорает) быстрее?

Потому что древесный уголь обладает очень развитой поверхностью (по сравнению с графитом). Практически это своего рода затвердевшая пена из углерода со множеством пор наполненных воздухом.

[zam]

механизмы горения, я думаю, достаточно сложны для того, чтобы их так запросто можно было бы описать в одном посте.

Опиши основные ,если не сложно, начни хотя бы потихоньку объяснять.


Sovetnik
В книгах пишут что древесный уголь содержит макрорадикалы ,какой механизм горения в этом случае.

[Sovetnik]

zam, теорию и механизмы горения десятки лет разрабатывают многие институты во всем мире. На эту тему защищены тысячи диссертаций, а публикаций - неисчислимое количество. Если Вам интересна эта тема - покопайтесь в литературе, наверняка найдете многие ответы на интересующие Вас вопросы.

[cocsohimic]

да молекула кислорода способна реагировать с молекулой углерода непосредственно, но выделяющегося тепла не хватает для поддержания горения, это можно проверить если зажечь эл. дугу между двумя графитовыми электродами - графит постепенно сгорит

в принципе вобще все реакции горения идут с обазованием радикалов, перекисей, свободных молекул

[zam]

но выделяющегося тепла не хватает для поддержания горения, это можно проверить если зажечь эл. дугу между двумя графитовыми электродами - графит постепенно сгорит

Ошибаешся, давай посчитаем ,энергия связи О2 почти 500 кдж/моль энергия атомизации углерода 710 кдж/моль значит согласно уравнению 2С+О2=2СО , 2*715кдж/моль + 500 кдж/моль=1930кдж,тоесть на отрыв двух атомов углерода и разрыв связи О-О затрачено 1930 кдж ,а энергия связи С-О 1075 кдж/моль , 2*1075 = 2150 кдж значит с двух молекул СО получаем 2150 кдж .
2150кдж - 1930кдж = 220кдж, тоесть 2С+О2=2СО + 220 кдж ,или 110кдж теепла с одного моль СО.
Куски графимта не горят в возухе самостоятельно лишь по причине малой скорости окисления ,даже при высокой температуре ,а я как раз и хочу выяснить скорость этой реакции и её детальный механизм.Еще меня интересует механизм горения древесного угля ,но с учётом содержащихся в нём макрорадикалов,тоесть что собой представляют макрорадикалы в древесном угле и каков механизм горения в этом случае.

[cocsohimic]

ну давай начнем с того что есть такая вещ как поверхность горения, и расположение атомов в кристалической решетке имеет немаловажное значение например алмаз собсно тот же углерод, с примерно такой же плотностью, но иным строением крист. решетки способен сгорать если я не ошибаюсь чуть ли не от увеличительного стекла
можно проверить горение графита если вдуть тонкий порошок в пламя горелки.
а макро радикалы образуются в результате коксования древесины - т.е. молекула целюлезы распадается на почти чистый углерод, золу, и более легкий углеводород, соответственно во время распада образуется свободная связькоторая окисляется кислородом воздуха и кислородом воды ( отсюда состав газов - со, со2, н2, смесь разных углеводородов)

[zam]

cocsohimic
В химической энциклопедии написано что, при пиролизе древесины образуются концевые и срединные макрорадикалы которые , по окончании пиролиза могут привести к самовозгоранию др.угля,свежеприготовленный уголь хемосорбирует до 2% кислорода. Что такое концевые и срединные макрорадикалы и сколько их остается после хемосорбции?
Пишут что древесный уголь в основном состоит из фрагментов графита нанометрового размера ,одна две ячейки крист.решётки графита ,общей площадью до 1500м^2/грамм ,но одним этим не объяснить большой скорости горения ,например др.уголь полученный при Т 450 градусах воспламеняется при 400 градусах,а полученный при Т 1500гр воспламеняется лишь при 800-900 градусов, древесный уголь имеет брутто формулу С16Н10О2, в каком виде находится водород и кислород ? в виде органики между частицами графита или иначе.

[cocsohimic]

такую неодекватность температур самовозгорание можно объяснить тем что про 400 градусах из древесины удаляются все летучие в том числе внутриклеточная вода, следовательно этот уголь представляет обугленые стенки клеток пустых внутри, чтото типа губки, а при более высокой температуре происходит частичное спекание и разрушение - те решетка частично обрушивается внутрь себя, и площадь соприкосновения в кислородом уменьшается
советую взять книгу П.Г. Демидов "Гореие и свойства горючих веществ"
собственно от тудасостав угля не постоянен и изменяется в зависимости от от температуры разложения. Так при 150С уголь содержит 51% С 5,9%Н2,42,4% связаного кислорода, а при 450С - 89%С,3,1%Н2 12%О

[zam]

cocsohimic
Спасибо за Демидова,но там очень мало о древесном угле ,здесь большеhttp://www.cultinfo.ru/fulltext/1/001/0 ... 103944.htm
узнал лишь о том что при горении образуются возбужденные молекулы кислорода -О-О- с пониженной энергией активации.Зато прочитал ,Зельдовича "Математическая теория горения и взрыва ",
Брахман Н.Н. , Беляев "Горение гетерогенных конденсированных систем",
и ещё вот это; Головина Е.С. "Высокотемпературное горение и газификация углерода" - читал?
В общем не нашёл пока о механизмах горения древесного угля.

[Sovetnik]

На скорость горения древесного угля среди прочих параметров заметное влияние должен оказывать минеральный состав золы, остающейся в порах, а именно каталитическое влияние этих веществ на процесс окисления (горения) углерода. А так как минеральный состав почв (на которых произрастают деревья) также различен, то эта составляющая может вносить значительную неопределенность при изучении скорости и механизма горения древесного угля.

[zam]

На скорость горения древесного угля среди прочих параметров заметное влияние должен оказывать минеральный состав золы, остающейся в порах,

Пусть минеральный состав имеет большое значение, всё-же средняя скорость горения углей велика ,возможно 3-4% водорода ,в составе древесного угля, имеют большое значение в процессах окисления.Например ,после отрыва атомов водорода радикалами кислорода остаются свободные связи на углеродных атомах ,которые являются активными центрами горения ,а в сущности--радикалами ,они в свою очередь реагируют с молекулами кислорода - О+С-С-С-С-=СO+R* ,R*+O2=СО+O ,здесь R*-активный центр(углеродный радикал)
получается не разветвлённая цепная реакция.Правильно я рассуждаю?

[Sovetnik]

В том-то и дело, что если в процесс вмешивается катализатор, то он может влиять (ускорять) любую реакцию или ее стадию, в том числе и радикальные цепные реакции.

[zam]

Sovetnik
А как удалить эти минеральные примеси, чтобы проверить их влияние.
Как рассчитать энергии активаций процессов окисления.

[Sovetnik]

Полностью удалить все примеси, адсорбированные углем сложная задача. Можно попробовать растворить их в растворе какой-нибудь кислоты, например соляной. Предварительно, конечно, измельчив уголь до порошкообразного состояния. Но уголь обычно гидрофобен, и нет уверенности что раствор проникнет во все поры. Кроме того не все вообще можно растворить.
Энергию активации химической реакции обычно определяют экспериментально путем обработки кинетических данных зависимости скорости реакции от температуры.

[zam]

Sovetnik
Как рассчитать время горения частиц др.угля в кислороде со средним размером 0,001мм .

[Sovetnik]

zam, думаю, что чисто теоретически, это рассчитать невозможно, слишком много неизвесных параметров - только эксперимент. Знаю, что при изучения горения мелкодисперсных металлов, использовалась высокоскоросная киносъемка.

[zam]

Sovetnik
А если косвенно,напрмимер по скорости горения смесей др.угля с мощным окислителем.Вычислить тепловой поток из зоны реакции,и зная теплопроводность газов, найдем ширину зоны реакции .

[Sovetnik]

Sovetnik
А если косвенно,напрмимер по скорости горения смесей др.угля с мощным окислителем.Вычислить тепловой поток из зоны реакции,и зная теплопроводность газов, найдем ширину зоны реакции .

Оценить порядок скорости горения угля можно по скорости горения фронта шашки из черного пороха (20-100мм/сек), что соответствует прохождению расстояния в 1мкм за 50-10мкс. Но переносить эти данные на скорость горения одиночной частицы в кислороде будет некорректно.