Горение газообразного топлива

При горении газового топлива наиболее вероятен предложенный академиком Н. Н. Семеновым цепной характер протекания реакций горения с наличием промежуточных стадий реакций и соединений с активными центрами. В ходе химических реакций между топливом и окислителем образуются промежуточные вещества, которые находятся в неустойчивом состоянии в виде атомов, радикалов, оксидов с относительно большой степенью ионизации. Промежуточные вещества реагируют между собой и с молекулами топлива и окислителя. При этом создаются последовательные и параллельно разветвляющиеся цепи промежуточных реакций с образованием активных центров. Активными центрами называются соединения со свободными валентностями. Так, например, соединение водорода и кислорода начинается с распада молекул Н ₂ на атомы при их столкновении с поверхностью нагретого источника зажигания или другой молекулой М, обладающей высокой энергией: Н ₂ +М® 2 Н+М, вследствие чего каждый из возникших атомов водорода реагирует затем с молекулой кислорода (рис. 2.1):

Н+О ₂+3 Н ₂ ® 2 Н ₂ О +3 Н,

образуя начало процесса цепной реакции горения водорода. Подобные процессы очень чувствительны к присутствию ускорителей – катализаторов, образующих промежуточные соединения типа ОН.

Если молекула, обладающая энергией активации, окисляясь, порождает одну новую активную молекулу, которая продолжает цепь, то процесс называют неразветвленной цепной реакцией. Если же активная молекула вызывает при реакции образование нескольких новых активных молекул, из которых одна продолжает начатую цепь, а другие начинают новые цепи, то такую реакцию называют разветвленной цепной реакцией.

Схема подобной реакции показана на рис. 2.1 для водорода, как наиболее изученная спектроскопическим методом. Скорость течения цепных реакций превосходит скорость течения обычных химических реакций в сотни тысяч раз. Однако результирующая скорость реакции горения определяется скоростью самой медленной реакции, образующей данную цепь. Примером таких реакций, кроме горения водорода, является горение углерода, имеющее более сложный характер, с участием атомарного водорода, гидроксильных радикалов и других активных центров.