Химия и Химики № 1 2017. Каталитическое горение над платиновыми катализаторами. Catalytic combustion over platinum catalysts

Каталитическое горение метана над платиной
Catalytic combustion of methane over platinum

После опытов с польской горелкой и пропан-бутановой смесью решил попробовать аналогичные эксперименты с метаном (природный газ от бытовой плиты) и горелкой Бунзена. Казалось бы: какая разница?! - Я тоже так подумал.

Но разница, как оказалось, есть и довольно существенная. Польская горелка на пропан-бутановой смеси устроена так, что углеводороды смешиваются с воздухом, - и только потом попадают в пламя. Т.е. в пламя подается смесь пропана, бутана и воздуха с достаточным содержанием кислорода. Зато снизу горелки Бунзена есть отверстие и заслонка, которая его закрывает или открывает - она предназначена, чтобы регулировать подачу воздуха внутрь горелки. При полностью закрытой заслонке на выходе из горелки имеем метан, не смешанный с воздухом. Он дает желтое коптящее пламя. При полностью открытой заслонке на выходе из горелки имеем газ, смешанный с воздухом. Он дает синее не коптящее пламя.

Горелка Бунзена. Bunsen burner

Закрепил платиновую сеточку над самой горелкой. Заслонка закрыта. Метан внутри горелки не смешивается с воздухом. Зажег пламя. Сетка раскалилась. В этот раз, чтобы началось беспламенное горение, вместо того, чтобы перекрыть подачу газа (на короткое время), я просто задул пламя. - И что? - А ничего: несколько раз опыт не получился: пламя погасло, но беспламенное горение на поверхности платины не началось. Примерно с четвертого раза, после того, как я погасло пламя, часть платиновой сетки раскалилась, но не над самой горелкой, а чуть в стороне от потока метана! Свечение было красноватым и слабым.

И тут я все понял: на платиновый катализатор попадает один только метан, а не смесь метана и воздуха, разумеется, метан сам по себе гореть не будет. - Нужен окислитель (кислород). Именно потому по центру газового потока (метан без кислорода) горение не происходит, а на периферии (метан с недостатком кислорода) сетка раскалилась, но слабо. Открыл заслонку горелки полностью. Метан внутри горелки начал смешиваться с воздухом. - Платиновая сетка сразу же раскалилась до желтого свечения. Закрыл: центр сетки погас, а периферия светилась слабо-красным светом, снова открыл - сетка сильно накалилась и ярко засветилась. - И так много раз. Обратил также внимание, что при закрытой заслонке горелки на платиновой сетке отлагается черный углерод: при дефиците кислорода горение не только слабое, но и неполное.

При работе с платиной это явление не совсем безобидное. В практикумах, где описаны правила обращение с платиновой посудой, пишут, что платина легко науглероживается - при нагреве коптящим пламенем или даже в определенных зонах пламени, богатых оксидом углерода CO. В итоге платина становится хрупкой.

Мимо воли вспомнил некоторые статьи, посвященные спутнику Сатурна Титану. На Титане атмосфера содержит большое количество метана (меньше - других углеводородом), метан конденсируется, выпадает в виде дождя, собирается в ручьи, реки и озера. Авторы статей подсчитывали, сколько энергии можно было бы получить из этого метана, если использовать его в качестве топлива! Разумеется, вопрос: "Где на Титане взять сколько кислорода, чтобы можно было сжечь этот метан?", они не задавали. - Зачем портить красивую сказку?

Catalytic combustion of methane over platinum

Download the Video / Скачать Видео (109 Мб, .avi )