Химия и Химики № 1 2013. Опыты с жидким азотом

Лед и пламя (можно ли тушить бензин жидким азотом?)

Начнем с устрашающей истории [1]:

"И мне жидкий азот напомнил о далеком прошлом. В начале 80-х годов прошлого века поехал я по патентным делам в Донецк, в институт по горноспасательному делу (ВНИИГД). Он находился на главной улице города и представлял собой целый комплекс многоэтажных корпусов с двумя замкнутыми внутренними дворами. Сидим мы в кабинете, который выходит окнами в один из этих дворов, и вдруг слышим душераздирающий скрежет металла по асфальту. Смотрим в окно, а там институтский грузовичок затягивает в центр двора железный поддон метра три в длину и в ширину и глубиной с полметра. Спрашиваю, зачем это чудо, и мне отвечают, что институт открыл тематику по тушению подземных пожаров жидким азотом. Сейчас будет первый эксперимент, так сказать проба пера. Молодцы, думаю я. Идея явно не лишена здравого смысла. Лучшего способа доставить практически инертный газ к очагу пожара, пожалуй, и не придумаешь. И стоит жидкий азот копейки.

А тем временем во двор завозят огромный танк с жидким азотом. Два могучих детины в ватниках и рукавицах присоединяют к нему блестящий шланг. Один занимает пост около вентиля, другой берет шланг наизготовку. После танка появляется цистерна с бензином и в поддон наливают бензина, наверное, пальца на три. Потом цистерна уезжает, а во двор выходит взвод горноспасателей в боевом обмундировании со здоровенными огнетушителями наперевес, техника безопасности так сказать, и располагается вокруг поддона. Наконец на сцене появляется крупный мордастый руководящий товарищ в отглаженной рубашке, галстуке и дубленке (зима!) - зав. сектором пожаротушения. К этому времени все окна уже облеплены сотрудниками и они наблюдают, как по команде зав. сектором боец-горноспасатель зажигает факел и бросает его в поддон. Когда разгорелось по всей поверхности, начальник дал отмашку на азот. Тугая серебряная струя жидкого азота в белой дымке устремилась в охваченный пламенем поддон и...

Есть эксперименты, результаты которых несложно объяснить потом, но трудно предсказать, основываясь только на здравом смысле. Нужны знания и желание думать. Этот эксперимент был именно таким. Бензин и азот имеют близкие дипольные моменты. Поэтому жидкости смешались так же легко, как спирт смешивается с водой. Далее под воздействием высокой температуры азот интенсивно испарялся из объема, становился легче окружающего воздуха и увлекал за собой все остальное вверх. В результате примерно через минуту из поддона начало подниматься облако горящей азотно-бензиновой взвеси. Багрово-черное с белыми прожилками, оно было в точности похоже на ядерный гриб из фильмов по гражданской обороне. Когда гриб дорос до пятого этажа...

Я бы мог написать: "Произошел мощный взрыв". Но это было бы неправдой. На самом деле шандарахнуло и шандарахнуло со страшной силой! В результате взрыва в корпусах выбило практически все стекла. Стены, кабинеты, люди - все покрылось густой черной копотью. Потом, как всегда бывает в таких случаях, наступила тишина. Первым пришел в себя и вылез из-под стола бывший фронтовик Абрам Борисович. Как он попал под стол, не помнил никто, включая его самого. Он отряхнулся, оказался самым чистым в комнате и с удовлетворением произнес: "Ну, все, этого идиота мы больше не увидим. Уйдет на повышение. Оказался прав".

При внешней правдоподобности, данная история вызвала немало сомнений, поэтому мы решили повторить данный эксперимент. Разумеется, использовать цистерну жидкого азота и поддон с бензином было бы нецелесообразно - даже если бы такая возможность была. Можно и нужно обойтись масштабами поскромнее.

В выпарную чашку налили несколько миллилитров гексана и подожгли. Вспыхнуло пламя высотой 15-20 см. К горящей жидкости прилили жидкий азот из термоса. Вместо того чтобы погаснуть, гексан разлился и стал гореть на значительной площади. Мы добавили еще жидкого азота. Гексан почти погас, но тут снова вспыхнул по всей вытяжке. Через несколько секунд горение прекратилось. Если бы гексана было больше (например, 100-200 мл), опыт мог бы закончиться пожаром.

Во втором опыте использовали примерно 10 мл гексана и более широкую выпарную чашку. Гексан подожгли; когда пламя разгорелось, добавили жидкий азот. Случилось неожиданное: пламя быстро погасло. На видео четко заметно, что пламя погасло еще до того, как в чашку попал жидкий азот: т.е. огонь погасил поток холодного газообразного азота.

В третий раз в чашке зажгли тот же гексан, который остался от второго опыта. От первой же порции жидкого азота пламя погасло.

Результат первого опыта по тушению гексана жидким азотом расходится с результатами двух остальных. В первом случае был эффект, как от добавления воды в горячее масло, во втором и третьем случаях гексан быстро (и без проблем) погас.

В этом нет ничего удивительного: результат подобных экспериментов зависит от многих факторов. Не все из них можно заранее предвидеть. Например, описан интересный случай. Во время тренировок пожарные должны были тушить небольшой поддон с бензином. Как правило, все проходило гладко. Однако, один из пожарных неправильно направил струю огнетушителя, в результате горящий бензин, вместо того чтобы погаснуть, выплеснулся и попал прямо на обувь другому пожарному.

Таким образом, при попытке потушить горящий гексан жидким азотом возможно разбрызгивание и растекание горящей жидкости, как результат - вспышка. Однако происходит это не всегда. Можно предположить, что в случае больших количеств гексана (бензина) вероятность такого результата велика.

__________________________________
¹ Другие интересные истории, связанные с жидким азотом, вы можете прочесть в статье Криоюмор (низкотемпературные байки) - ссылка

Смотреть Видео (31 Мб, .avi ) Смотреть Видео 2 (40 Мб, .avi ) Смотреть Видео 3 (35 Мб, .avi )