Химия и Химики № 3 2014. Эксперименты с метаном и газовые горелки

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Пламя горелки - поддув воздуха

Чтобы получить горячее (синее) пламя метана или пропан-бутановой смеси, нужно произвести предварительное смешивание углеводородов и воздуха. Этот процесс происходит в лабораторных газовых горелках [1] или в конфорках бытовой газовой плиты. Если метан или пропан-бутановую смесь просто пустить через трубку и поджечь, пламя будет желтым и коптящим (т.к. углеводороды не успевают смешиваться с воздухом: перед сгоранием они разлагаются с образованием раскаленных частичек углерода, которые и придают пламени желтый цвет).

Такое смешивание совсем не обязательно должно происходить внутри горелки. Например, воздух можно вдувать в пламя сбоку - через трубку с оттянутым концом (например, пипетку). Этот прием хорош тем, что может обеспечить повышение температуры пламени в случаях, когда топливо твердое или жидкое, например, для пламени свечи или таблетки уротропина ("сухой спирт").

Покажем, что происходит, если вдувать воздух в пламя горелки Бунзена. Для этого я зажег горелку и закрыл заслонку - пламя стало желтым, т.к. воздух в нижнюю часть горелки не поступал.

Для вдувания воздуха использовал небольшой кварцевый прибор, предназначенный для демонстрации горения одного газа в другом, однако, в данном случае он был эквивалентен обычной изогнутой пипетке.

Поток воздуха направил в пламя на высоте 1-2 см от горелки. Пламя отклонилось в сторону, стало синим, более коротким, гудящим и почти горизонтальным. В таком пламени можно легко нагреть до красно-желтого каления украинскую монетку 10 копеек (из алюминиевой бронзы). Монетка 5 копеек (нержавеющая сталь) раскалялась докрасна, но лишь частично: эта монета значительно больше по размерам. Стоит прекратить вдувать воздух, - пламя горелки снова уходит вверх и становится желтым. В таком пламени уже не удалось нагреть до красного каления ни одну из монеток (5 и 10 коп). Коптящее (желтое) пламя более холодное.

__________________________________________________
¹ См. статью Горелки в химической лаборатории [ссылка].

Смотреть Видео (170 Мб, .avi )

Для температуры пламени вреден не только недостаток, но и избыток воздуха. Это легко продемонстрировать. Когда я открыл заслонку горелки Бунзена, воздух стал поступать в нижнюю часть горелки и смешиваться с метаном до пламени. В результате пламя стало синим: в зоне горения достаточно воздуха.

Что будет, если вдувать сбоку воздух в такое пламя? Попробуем. В результате пламя стало горизонтальным, коротким, гудящим и... холодным: монетка 10 копеек в нем едва раскалилась докрасна, причем только с краев. Кроме того, пламя стало неустойчивым: если дуть слишком сильно, оно легко гасло.

Когда я прекратил вдувать воздух, пламя снова ушло вверх. В верхней части такого пламени монетка 10 копеек быстро нагревалась до желто-красного каления, т.е. поддув воздуха привел не к увеличению, а к уменьшению температуры пламени: избыток окислителя также вреден, как и недостаток.

Смотреть Видео (151 Мб, .avi )

В заключение приведу фотографию кварцевого прибора, который использовался вместо изогнутой трубки для вдувания воздуха. По-сути это небольшая горелка: один газ подается по внутренней трубке, другой - в пространстве между внутренней и внешней. Например, с помощью такого прибора можно демонстрировать горение аммиака в кислороде (аммиак подается по внутренней трубке, кислород - между внутренней и внешней).

Немного другой вариант горелки для демонстрационных опытов (кварцевое стекло) нашелся в лаборатории коллеги: как видно из фотографий, один газ подается через центральную трубку на шлифу (который можно надеть на колбу, где выделяется газ), другой - через боковую трубку. Такая горелка более удобна.