Химия
8 класс
Вопрос
Многие выдающиеся физикохимики были великолепными популяризаторами науки. В своих научно-популярных лекциях они демонстрировали общеизвестные химические явления, убедительно доказывая объективность действия физико-химических законов.
Вам вполне по силам воспроизвести, например, некоторые простые эксперименты Майкла Фарадея, проведенные им при чтении цикла популярных лекций под названием «Химическая история свечи» в 1860 г. Целью опытов, поставленных Фарадеем, было выяснить сущность явлений горения и свечения пламени.
а. Зажгите горелку Бунзена или Теклю и закройте приток воздуха. Понаблюдайте за строением языка пламени и интенсивностью его свечения.
б. Откройте приток воздуха к горелке и проведите те же наблюдения.
в. Теперь зажгите парафиновую свечу и также понаблюдайте за строением языка пламени и интенсивностью его свечения.
г. Посмотрите на зажженное преподавателем пламя водорода, обратив внимание на интенсивность его свечения и структуру. Хорошо известно, что светимость пламени придают нагретые твердые частицы. Расположите изученные вами виды пламени в порядке, соответствующем интенсивности их свечения, обратив внимание на разницу в размерах пламени. Распределите их также в соответствии с вероятными температурами сгорания названных веществ и обратите внимание на возникшее противоречие.
д. Возьмите кусочек CaO диаметром 4-5 мм, поместите его на конце железной проволоки (например, в ее петельке) и введите проволоку с веществом в пламя тех видов, которые были рассмотрены в пунктах (а-г). Обратите внимание на интенсивность свечения пламени. Эти опыты можно также провести, используя графитовую петлю или платиновую проволоку.
Опыты, описанные в пункте (г), лучше проводить сразу же после опытов, описанных в пункте (в). На основании опытов дайте ответ на следующие вопросы:
1. Почему пламя, возникающее при сгорании водорода на воздухе, вопреки его высокой температуре «не светит»?
2. Что «светит» в пламени газовой горелки и в пламени свечи?
3. Схематически изобразите исследованные вами виды пламени. Выделите в них те части, которые обладают наиболее интенсивным свечением.
4. Какая среда - окислительная или восстановительная - преобладает в светящей части пламени? Мотивируйте свой ответ.
5. Какой механизм процесса и какая последовательность этапов при сжигании газа и парафина согласуются с вашими наблюдениями?
Ответ
При правильном проведении опытов интенсивность свечения пламени возрастает в следующем порядке: 1) пламя водорода, 2) «несветящее» пламя газовой смеси, 3) «светящее» пламя газовой горелки, 4) пламя свечи. В этом же порядке падает температура пламени. Нагретый до высокой температуры CaО излучает интенсивный свет, платина или графит «светятся» несколько слабее.
Проведенные наблюдения позволяют сделать вывод, что световое излучение не может быть непосредственно связано с температурой и что свет различной интенсивности излучают различные нагретые твердые частицы. Из этих наблюдений следует, что пламя водорода является несветящим, так как в нем практически нет твердых частиц. В пламени свечи содержится большое количество частиц сажи, которые в нагретом состоянии и обеспечивают «светимость» пламени. При горении парафина их образуется больше; чем при горении метана.
Вид пламени зависит от характера сопла, через которое выходит газ, и от природы газа. Светящаяся часть пламени содержит большее число частиц сажи, и в ней преобладает восстановительная атмосфера.
При высокой температуре происходит пиролиз углеводородов с выделением частиц сажи, которые и вызывают свечение пламени. При повышении содержания (притоке) кислорода частицы сажи сгорают и светимость пламени уменьшается. В процессе сгорания парафинов сначала рвутся связи C−H («отгорает водород»), а затем рвутся связи C−C и образуется сажа.