Oheň je plynná látka. Z čeho se skládá plamen?

Úvod

Relevance tématu. Bez ohně je život na Zemi nemožný. Oheň vidíme každý den – kamna, oheň, kamna atd. Je všude – v domácnostech a školách, v továrnách a továrnách, v motorech vesmírných lodí. Na náměstí slávy hoří Věčný plamen, v chrámech vždy hoří svíčky...

Požáry se celé léto promítaly v televizi. Velké množství stromů, které nám dávaly vzduch, nenávratně shořelo. Mohly by se stát zajímavými knihami a našimi školními sešity. Zvířata zemřela. Vyhořely celé vesnice, lidé zůstali bez domova.

Zajímavý a tajemný tento oheň!

O požárech a bezpečnostních opatřeních bylo pro děti napsáno poměrně dost knih, včetně literárních děl („Strýček Stepa“ od S. Mikhalkova, „Zmatek“ od K. Čukovského, „Kočičí dům“ od S. Marshaka atd.). Ale takové zdroje, které podrobně popisují jak vlastnosti ohně, tak jeho výhody, jsou vzácné. Naše práce je pokusem tuto mezeru vyplnit.

Účel práce: Studium významu ohně pro člověka.

Úkoly. V této práci studujeme vlastnosti ohně a odpovídáme na otázku: Co je oheň? Chápeme také, jak lidé tyto vlastnosti využívají. Jak a proč může oheň pomáhat a škodit lidem? (Příloha 1).

Použili jsme referenční literaturu: slovník, encyklopedii, několik knih pro dospělé a informace z internetu.

1. Co je to oheň? Základní vlastnosti ohně

V dětské encyklopedii existuje taková definice ohně a hoření: "jedná se o chemickou reakci, při které se jedna z látek tak zahřeje, že se spojí se vzdušným kyslíkem." Ve vysvětlujícím slovníku ruského jazyka čteme: „Oheň - hořící světelné plyny o vysoké teplotě“. Po přečtení těchto informací autor této práce nechápal, co je oheň a rozhodl se dát mu definici, která by byla studentům srozumitelná základní škola. Chcete-li to provést, musíte určit jeho hlavní vlastnosti.

Základní vlastnosti ohně studujeme pomocí metod experimentu (pokusů) a pozorování. Udělejme nějaké experimenty.

Poznámka. Všechny pokusy byly prováděny za přítomnosti a za pomoci dospělých, přičemž byla dodržena bezpečnostní pravidla: byl použit nehořlavý povrch (skleněná deska) a připravena konvička s vodou.

Popis zážitků:

Zkušenost číslo 1. In temný čas na několik dní zhasl světlo v místnosti. Setmělo se, nebylo nic vidět. Zapálili svíčku, zviditelnily se obrysy předmětů a lidí.

Závěr: 1 vlastnost: Oheň vydává světlo! (Viz: Příloha, snímek 4)

I malý plamínek svíčky dokáže rozzářit místnost. Maminka má proto vždy v záloze svíčky – pro případ výpadku proudu.

Zkušenost č. 2. Velmi opatrně zkusme přiložit ruku k plameni svíčky. Ve vzdálenosti 20 cm se velmi zahřeje, sníží se - kvůli pocitu pálení nemůžete ruku spustit.

Závěr: 2 vlastnost: Oheň vydává hodně tepla! (Viz: Příloha, snímek 5).

Zážitek číslo 3. Hořící svíčku zakryjeme skleněnou nádobou. Po několika sekundách plamen zhasne. Totéž se děje s plynovým hořákem. Pro spolehlivost jsme experiment opakovali 3x. Výsledek je vždy stejný – plamen přestane hořet.

Závěr: vlastnost 3: aby oheň hořel, je potřeba vzduch, respektive kyslík, který obsahuje. (Viz: Příloha, snímek 6).

Zjistili jsme tedy hlavní vlastnosti ohně a již můžeme odpovědět na otázku: co je oheň?

Oheň je proces, při kterém se pohlcuje kyslík a uvolňuje se světlo a teplo.

Pokračujme ve studiu vlastností ohně.

1) Pozorujte plamen svíčky. Tvar klidného plamene, směřující nahoru, vypadá jako kužel. Pokud pomalu foukáte na plamen svíčky, pak se tvar změní, vychýlí se z proudu vzduchu. Totéž se stane, když přinesete svíčku k otevřenému oknu.

Závěr: tvar plamene lze měnit pomocí proudění vzduchu. Tato vlastnost se využívá při zapalování ohně. (Viz: Příloha, snímky 9,10,11).

2) Zvažte barvu plamene. Barva není všude stejná, plamen má vrstvy: nejspodnější vrstva namodralého odstínu, pak světle žlutá vrstva, poté nejvyšší červenooranžová. (Viz: Příloha, snímek 13).

Ale není to všechno o barvě.

Všimli jsme si, že plyn v kuchyni je vždy modrý a dřevo žlutooranžové. Pozorováním hoření tenkého měděného drátu z elektrické šňůry jsme zjistili, že plamen je zabarvený zelená barva. (Viz: Příloha, snímky 14, 17, 18, 19).

Závěry: 1. Různé látky a materiály hoří různými barvami plamene. Takže tak získáte takový krásný ohňostroj! 2. Neznámou látku tedy určíte podle barvy plamene, stačí ji zapálit (jako jeden ze způsobů).

Pokus č. 5. Teplota plamene. Vezměte stejný tenký měděný drát. Špička takového drátu, držící jej napříč plamenem, je umístěna na různých místech a v různých výškách plamene a pozorovat účinek plamene na drát. Pozorování odhaluje následující:

• Ve spodní části plamene drát nesvítí, nehoří, pouze je pokrytý černým povlakem.
• Ve střední části se drát rozzáří a začne svítit červeně.
• Na samém vrcholu plamene se drát zapálí a plamen se změní na nazelenalý.

To znamená, že teplota v různých vrstvách plamene je různá. To potvrzuje i pokus s přiložením ruky k plameni. Pamatujeme si, že ruku můžete zvednout pouze na 20 cm shora.Pokud přiložíte prst ke spodní části plamene, ucítíte teplo pouze na vzdálenost 1 cm.

Závěr: plamen má několik vrstev, které se liší nejen barvou, ale i teplotou. Ve spodní části plamene je nejchladnější a nahoře - nejžhavější. (Viz: Příloha, snímek 20).

2. Význam ohně: prospěch a škoda

Na základě experimentů, našich vlastních pozorování a také z přečteného materiálu jsme se přesvědčili, že lidé ve svém životě neustále používají oheň a přináší jim velmi velké výhody.

1. V každodenním životě: pro vytápění, vaření, ohřev vody, osvětlení - pokud nefunguje elektřina. Oheň je také pro pohodlí. Například krb nebo vonné svíčky.
2. Jak se ukázalo, prospěšné vlastnosti ohně se využívají v mnoha závodech a továrnách. Oheň roztaví kov, poté dostane určitou formu. Také se kov řeže ohněm nebo naopak svařuje. Používá se tedy například k výrobě různých strojů a mechanismů.

Oheň se také používá pro:

• Výroba skleněného a kameninového zboží.
• Výroba plastů, barev.
• Výroba léčiv.
• Recyklace.

A to není celý seznam „dobrých“ skutků ohně.

Závěr: Lidé opravdu potřebují oheň. Zahřeje, vyživí a rozzáří. Moderní člověk používá oheň neustále. Je nemožné si představit život bez ohně.

Oheň je ale velmi nebezpečný! Vždy se to musí kontrolovat. Je schopen napáchat mnoho škod. Jde o požáry. Oheň je, když oheň hoří bez přání člověka a zničí vše.

Požáry způsobují velké škody našemu státu a obyvatelstvu. Oheň je velmi hrozný, krutý, nepřátelský jev ke všemu živému. (Viz: Příloha, snímek 26).

Oheň je škodlivý, protože: lidé umírají na požáry a utrpí těžké popáleniny, lidé přicházejí o své domovy, lesy mizí před požáry a všichni jejich obyvatelé umírají: zvířata, ptáci, oheň může zničit vše, co člověk svou prací vytvořil.

Nějaká statistika. Jen si představte, že každý rok je na světě asi 5 milionů požárů! Každou hodinu při požáru zemře jeden člověk, dva jsou zraněni a popáleni. Každý třetí člověk, který zemřel, je dítě.

Jak vznikají? Kvůli neopatrné manipulaci s ohněm, nečestný přístup k bezpečnostním opatřením.

O požárech, o problémech, které oheň přináší, bylo napsáno mnoho knih. Včetně dětí. Proč je tolik knih o požárech napsáno pro děti? Myslíme si, že proto, že požáry velmi často vznikají vinou dětí.

Rádi bychom všem dětem připomněli:

Nikdy si nehrajte s ohněm!

Oheň rozdělávejte pouze v přítomnosti dospělých a pod jejich dohledem.

Hasicí zařízení by mělo být po ruce u táboráků a jiných způsobů použití ohně.

Oheň nesmí zůstat bez dozoru.

Když už oheň není potřeba, měl by být dobře uhašen.

Závěr

Na základě provedené práce jsme tedy dali definici ohně, která je pro děti srozumitelná: „Oheň je proces, při kterém se pohlcuje kyslík a uvolňuje se světlo a teplo.“

A také zjistil: Plamen má určitý tvar, několik vrstev, které se liší nejen barvou, ale také teplotou. V tomto případě lze tvar plamene měnit pomocí proudění vzduchu. Znalost těchto vlastností pomáhá lidem efektivněji využívat oheň.

Různé látky a materiály hoří různými barvami plamene. Nějakou látku tedy určíte podle barvy plamene, stačí ji zapálit (jako jeden ze způsobů).

Obecně platí, že lidé oheň opravdu potřebují, hřeje, krmí, svítí. Moderní člověk používá oheň neustále. Je nemožné si představit život bez ohně.

Oheň je ale velmi nebezpečný! Musí být stále pod kontrolou, nesmí zůstat bez dozoru. Je schopen napáchat mnoho škod. Oheň je velmi hrozný, krutý, nepřátelský jev ke všemu živému.

Samozřejmě jsme neprozkoumali vše o tak úžasném jevu, jakým je oheň. Proto je v budoucnu možné zkoumat takové otázky: jak se lidé naučili zapalovat oheň, jaké byly první způsoby? Které látky nehoří a proč? Jak se dělají triky s ohněm? Zajímavé je také téma „Oheň a zbraně“.

Výsledky této práce lze využít jako pomocný materiál ve třídě o světě kolem nás (svět kolem nás) v mateřská školka a základní škola. Pro děti se zájmem o oheň bude takový materiál užitečný, protože je vizuální a docela jednoduchý.

Seznam pramenů a literatury

1. John Farndon, Ian James, Jeannie Johnson, Angela Royston, aj. Encyklopedie otázek a odpovědí. Překlad z angličtiny: E. Kulikova, D. Belenkaya a kol., LLC Publishing Group Atticus, 2008. 255 s.
2. Kaidanova O.V (překladač) Oheň a člověk. Moskva, 1912. 98 s.
3. Ozhegov S.I. Slovník ruského jazyka: M.: Rus. yaz., 1984. 797 s.
4. Safronov M.A., Vakurov A.D. Oheň v lese. Novosibirsk: věda, 1991. 130 s.
5. Internetové zdroje:

Element ohně. http://salamand.ru/sootvetstviya-stixii-ognya

Ruské statistiky. http://www.statp.ru

Po provedení tohoto jednoduchého experimentu se přesvědčíte, že bez kyslíku plamen zhasne. Vezměte svíčku a upevněte ji na talíř. Požádejte dospělého, aby zapálil svíčku a poté ji přikryl skleněnou nádobou. Po chvíli uvidíte, že plamen zhasl, protože v nádobě došel kyslík.

Plamen vzniká při hoření látek v různém skupenství – mohou být pevné, kapalné, ale i plynné. Plamen vzniká pouze za přítomnosti hořlavé látky, kyslíku a tepla. Zvažte proces na příkladu zápalky: síra a zápalka samotná jsou hořlavá látka, tření o krabičky; energie vyplývající z tření se stává teplem a když reaguje s kyslíkem, zápalka začne hořet. Foukáním na hořící zápalku se teplota snižuje a spalování se zastaví.

Jak se měří teplota?

K měření teploty se používají různé stupnice. Každá stupnice nese jméno svého tvůrce: Celsius, Fahrenheit, Kelvin a Rankine. Většina zemí používá stupnici Celsia (°C).
Zde je několik příkladů teplot:
250 °C - teplota vznícení dřeva;
100 °C je bod varu vody;
37 °C je teplota lidského těla;
О ° С - bod tuhnutí vody;
- 39 °C - teplota tuhnutí rtuti;
- 273°C je teplota absolutní nuly, při které se atomy přestávají pohybovat.

produkty spalování

Kouř, popel a saze jsou produkty spalování. Když látka hoří, nezmizí, ale přemění se na jiné látky a teplo.

tvar plamene

Plamen je protáhlý, protože horký vzduch, lehčí než studený, spěchá nahoru.

Co je palivo nebo palivo

Látky, které hoří v přítomnosti kyslíku za uvolňování velkého množství tepla, se nazývají hořlavé a používají se k výrobě jiný druh energie. Dřevo a uhlí jsou pevná paliva. Benzín, motorová nafta a petrolej jsou kapalná paliva, získává se z ropy. Zemní plyn, skládající se z metanu, etanu, propanu a butanu, je plynné palivo.

Což je exotermická reakce, při které oxidační činidlo, obvykle kyslík, oxiduje palivo, obvykle uhlík, což vede ke vzniku produktů spalování, jako je oxid uhličitý, voda, teplo a světlo. Typický příklad- spalování metanu:

CH 4 + 2 O 2 -> CO 2 + 2 H20

Teplo vznikající při spalování může být využito jako palivo pro samotné spalování a v případě, kdy to stačí a není potřeba další energie pro udržení spalování, dojde k požáru. Chcete-li zastavit oheň, můžete odstranit palivo (vypnout hořák na sporáku), okysličovadlo (zakrýt oheň speciální materiál), teplo (kropení ohně vodou) nebo samotná reakce.

Spalování je v jistém smyslu opakem fotosyntézy, endotermní reakce, při které se využívá světlo, voda a oxid uhličitý k produkci uhlíku.

Je lákavé předpokládat, že uhlík v celulóze se používá při spalování dřeva. Zdá se však, že se děje něco složitějšího. Pokud je dřevo vystaveno teplu, prochází pyrolýzou (na rozdíl od spalování, které nepotřebuje kyslík), přeměňuje ho na hořlavější látky, jako jsou plyny, a právě tyto látky se při požárech vznítí.

Pokud dřevo hoří dostatečně dlouho, plamen zhasne, ale doutnání bude pokračovat a zejména dřevo bude dál svítit. Doutnání je nedokonalé spalování, při kterém na rozdíl od úplného spalování vzniká oxid uhelnatý.

Každodenní předměty neustále vyzařují teplo, z nichž většina je v infračervené oblasti. Jeho vlnová délka je delší než vlnová délka viditelného světla, takže jej nelze vidět bez speciálních kamer. Oheň je dostatečně jasný, aby vyzařoval viditelné světlo, i když má také dostatek infračerveného záření.

Dalším mechanismem vzniku barvy v ohni je emisní spektrum hořeného předmětu. Na rozdíl od záření černého tělesa má spektrum záření diskrétní frekvence. To je způsobeno skutečností, že elektrony generují fotony na určitých frekvencích, které přecházejí z vysokoenergetického do nízkoenergetického stavu. Tyto frekvence lze použít k určení, které prvky jsou ve vzorku přítomny. Podobná myšlenka (pomocí absorpčního spektra) se používá k určení složení hvězd. Emisní spektrum je také zodpovědné za barvu ohňostrojů a barevného ohně.

Tvar plamene na Zemi závisí na gravitaci. Jak oheň ohřívá okolní vzduch, dochází ke konvekci: horký vzduch, obsahující mimo jiné horký popel, stoupá vzhůru, zatímco studený vzduch (obsahující kyslík) klesá, podporuje oheň a dává plameni tvar. V nízké gravitaci, například na vesmírné stanici, se to nestane. Oheň je poháněn difúzí kyslíku, takže hoří pomaleji a ve tvaru koule (protože ke spalování dochází pouze tam, kde se oheň dostane do kontaktu se vzduchem obsahujícím kyslík. Uvnitř koule nezůstal žádný kyslík).

Záření černého tělesa

Záření černého tělesa popisuje Planckův vzorec, který odkazuje na kvantovou mechaniku. Historicky to byla jedna z prvních aplikací kvantové mechaniky. Z kvantové statistické mechaniky jej lze odvodit následujícím způsobem.

Vypočítáme frekvenční rozložení ve fotonovém plynu při teplotě T. To, že se shoduje s frekvenčním rozložením fotonů emitovaných absolutně černým tělesem o stejné teplotě, vyplývá z Kirchhoffova radiačního zákona. Myšlenka je taková, že černé těleso lze uvést do tepelné rovnováhy s fotonovým plynem (protože mají stejnou teplotu). Fotonový plyn je absorbován černým tělesem, které také emituje fotony, takže pro rovnováhu je nutné, aby pro každou frekvenci, na které černé těleso vyzařuje záření, jej pohlcovalo stejnou rychlostí, která je dána rozložením frekvencí v plynu.

Ve statistické mechanice je pravděpodobnost, že systém je v mikrostavu s, pokud je v tepelné rovnováze při teplotě T, úměrná

Kde Es je energie stavu s a β = 1 / k B T, neboli termodynamická beta (T je teplota, kB je Boltzmannova konstanta). Jedná se o Boltzmannovu distribuci. Jedno vysvětlení je uvedeno v příspěvku na blogu Terence Taa. To znamená, že pravděpodobnost je

Ps = (1/Z(β))* e - βEs

Kde Z(β) je normalizační konstanta

Z(β) = ∑ s e - β E s

Abychom popsali stav fotonového plynu, potřebujeme vědět něco o kvantovém chování fotonů. Při standardním kvantování elektromagnetického pole lze na pole nahlížet jako na soubor kvantových harmonických kmitů, z nichž každý kmitá s různými úhlovými frekvencemi ω. Energie vlastního stavu harmonického oscilátoru jsou označeny nezáporným celým číslem n ∈ ℤ ≥ 0 , které lze interpretovat jako počet fotonů o frekvenci ω. Energie vlastního stavu (až do konstanty):

Kvantová normalizační konstanta zase předpovídá, že při nízkých frekvencích (vzhledem k teplotě) je klasická odpověď přibližně správná, ale při vysokých frekvencích průměrná energie klesá exponenciálně, přičemž pokles se zvětšuje při nižších teplotách. To se děje, protože na vysoké frekvence A nízké teploty kvantový harmonický oscilátor tráví většinu času v základním stavu a nepřechází na další úroveň tak snadno, což je exponenciálně méně pravděpodobné. Fyzici říkají, že většina tohoto stupně volnosti (volnosti oscilátoru kmitat na určité frekvenci) je „zamrzlá“.

Hustota stavů a ​​Planckův vzorec

Nyní, když víme, co se děje na určité frekvenci ω, je nutné sčítat přes všechny možné frekvence. Tato část výpočtů je klasická a není třeba provádět žádné kvantové korekce.

Použijeme standardní zjednodušení, že fotonový plyn je uzavřen v objemu se stranou délky L s periodickými okrajovými podmínkami (tj. ve skutečnosti půjde o plochý torus T = ℝ 3 / L ℤ 3). Možné frekvence jsou klasifikovány podle řešení rovnice elektromagnetického vlnění pro stojaté vlnění v objemu se zadanými okrajovými podmínkami, které zase až faktorem odpovídají vlastním číslům Laplacianova Δ. Přesněji, pokud Δ υ = λ υ, kde υ(x) je hladká funkce T → ℝ, pak odpovídající řešení rovnice elektromagnetického vlnění pro stojaté vlnění je

υ(t, x) = e c √λ t υ(x)

A tak, vzhledem k tomu, že λ je obvykle záporné, a tedy √λ je obvykle imaginární, odpovídající frekvence by byla

ω = c√(-λ)

Taková frekvence se vyskytuje dim V λ krát, kde V λ je λ-vlastní hodnota Laplaciana.

Podmínky zjednodušíme použitím objemu s periodickými okrajovými podmínkami, protože v tomto případě je velmi snadné zapsat všechny vlastní funkce Laplaciana. Pokud pro jednoduchost použijeme komplexní čísla, pak jsou definována jako

υ k (x) = e i k x

Kde k = (k 1, k 2, k 3) ∈ 2 π / L * ℤ 3, vlnový vektor . Odpovídající vlastní hodnota Laplaciánu bude

λ k = - | k | 2 = - k 2 1 - k 2 2 - k 2 3

Odpovídající frekvence by byla

A odpovídající energie (jeden foton této frekvence)

E k = ℏ ω k = ℏ c |k|

Zde aproximujeme rozdělení pravděpodobnosti na možných frekvencích ω k , které jsou přísně vzato diskrétní, spojitým rozdělením pravděpodobnosti a vypočítáme odpovídající hustotu stavů g(ω). Myšlenka je taková, že g(ω) dω by mělo odpovídat počtu dostupných stavů s frekvencemi v rozsahu od ω do ω + dω. Poté integrujeme hustotu stavů a ​​dostaneme konečnou normalizační konstantu.

Proč je toto přiblížení rozumné? Úplnou normalizační konstantu lze popsat následovně. Pro každé vlnové číslo k ∈ 2 π / L * ℤ 3 existuje číslo n k ∈ ℤ ≥0 , které popisuje počet fotonů s tímto vlnovým číslem. Celkový počet fotonů n = ∑ n k je konečný. Každý foton k energii přidá ℏ ω k = ℏ c |k|, což znamená, že

Z(β) = ∏ k Z ω k (β) = ∏ k 1 / (1 - e -βℏc|k|)

Přes všechna vlnová čísla k se tedy jeho logaritmus zapíše jako součet

Log Z(β) = ∑ k log 1 / (1 - e -βℏc|k|)

A tento součet chceme aproximovat integrálem. Ukazuje se, že pro rozumné teploty a velké objemy se integrand mění velmi pomalu s k, takže tato aproximace bude velmi blízká. Přestává fungovat až při ultranízkých teplotách, kde vzniká Bose-Einsteinův kondenzát.

Hustota stavů se vypočítá následovně. Vlnové vektory mohou být reprezentovány jako stejnoměrné mřížkové body žijící ve „fázovém prostoru“, to znamená, že počet vlnových vektorů v určité oblasti fázového prostoru je úměrný jeho objemu, alespoň pro oblasti velké ve srovnání s krokem mřížky 2π/L . V podstatě je počet vlnových vektorů v oblasti fázového prostoru V/8π 3 , kde V = L 3 , náš omezený objem.

Zbývá vypočítat objem oblasti fázového prostoru pro všechny vlnové vektory k s frekvencemi ω k = c |k| v rozsahu od ω do ω + dω. Jedná se o kulový plášť o tloušťce dω/c a poloměru ω/c, tedy jeho objemu

2πω 2 /c 3 dω

Tedy hustota stavů pro foton

G(ω) dω = V ω 2 / 2 π 2 c 3 dω

Ve skutečnosti je tento vzorec dvakrát nižší: zapomněli jsme vzít v úvahu polarizaci fotonů (nebo ekvivalentně rotaci fotonu), která zdvojnásobuje počet stavů pro daný vlnočet. Správná hustota:

G(ω) dω = V ω 2 / π 2 c 3 dω

Skutečnost, že hustota stavů je v objemu V lineární, funguje nejen v plochém torusu. Toto je vlastnost vlastních hodnot Laplaciana podle Weylova zákona. To znamená, že logaritmus normalizační konstanty

Log Z = V / π 2 c 3 ∫ ω 2 log 1 / (1 - e - βℏω) dω

Derivace vzhledem k β udává průměrnou energii fotonového plynu

< E >= - ∂/∂β log Z = V / π 2 c 3 ∫ ℏω 3 / (e βℏω - 1) dω

Pro nás je ale důležitý integrand, který udává "hustotu energie"

E(ω) dω = Vℏ / π 2 c 3 * ω 3 / (e βℏω - 1) dω

Popis množství energie fotonového plynu pocházející z fotonů s frekvencemi od ω do ω + dω. Výsledkem je forma Planckova vzorce, i když je potřeba trochu si pohrát, než z něj uděláte vzorec pro černé těleso, nikoli fotonové plyny (musíte dělit V, abyste získali hustotu na jednotku objemu, a udělat ještě něco, abyste získali měření záření).

Planckův vzorec má dvě omezení. V případě, že βℏω → 0, má jmenovatel tendenci k βℏω, a dostaneme

E(ω) dω ≈ V / π 2 c 3 * ω 2 /β dω = V k B T ω 2 / π 2 c 3 dω

Štítky:

• oheň
• kvantová fyzika

Přidat štítky

Při spalování vzniká plamen, jehož struktura je dána reagujícími látkami. Jeho struktura je rozdělena do oblastí v závislosti na teplotních ukazatelích.

Definice

Plamen je plyn v horké formě, ve kterém jsou plazmové složky nebo látky přítomny v pevné disperzní formě. Provádějí přeměny fyzikálního a chemického typu, doprovázené luminiscencí, uvolňováním tepelné energie a ohřevem.

Přítomnost iontových a radikálových částic v plynném prostředí charakterizuje jeho elektrickou vodivost a zvláštní chování v elektromagnetickém poli.

Co jsou plameny

Obvykle se jedná o název procesů spojených se spalováním. Hustota plynu je ve srovnání se vzduchem nižší, ale vysoké teploty způsobují vzestup plynu. Tak vznikají plameny, které jsou dlouhé a krátké. Stává se často a hladký přechod z jedné formy do druhé.

Plamen: struktura a struktura

Pro určení vzhled Popisovaný jev stačí zapálit.Nesvítící plamen, který se objevil, nelze nazvat homogenním. Vizuálně lze rozlišit tři hlavní oblasti. Mimochodem, studium struktury plamene ukazuje, že s tvorbou hoří různé látky různé typy pochodně.

Při spalování směsi plynu a vzduchu se nejprve vytvoří krátká pochodeň, jejíž barva má modré a fialové odstíny. Je v něm vidět jádro – zelenomodré, připomínající kužel. Zvažte tento plamen. Jeho struktura je rozdělena do tří zón:

1. Přidělte přípravnou oblast, ve které se směs plynu a vzduchu ohřívá na výstupu z otvoru hořáku.
2. Následuje zóna, ve které dochází ke spalování. Zabírá horní část kužele.
3. Když je nedostatek proud vzduchu, plyn neshoří úplně. Uvolňují se zbytky dvojmocného oxidu uhlíku a vodíku. Jejich dodatečné spalování probíhá ve třetí oblasti, kde je přístup kyslíku.

Nyní budeme samostatně zvažovat různé spalovací procesy.

Hořící svíčka

Pálení svíčky je podobné jako pálení zápalky nebo zapalovače. A struktura plamene svíčky připomíná proud horkého plynu, který je vytahován vztlakovými silami. Proces začíná zahřátím knotu, po kterém následuje odpaření parafínu.

Nejnižší zóna, umístěná uvnitř a přilehlá k niti, se nazývá první oblast. Má malou záři díky velkému množství paliva, ale malý objem směs kyslíku. Zde se provádí proces nedokonalého spalování látek, jejichž uvolňováním se dále oxiduje.

První zóna je obklopena svítícím druhým pláštěm, který charakterizuje strukturu plamene svíčky. Do ní se dostává větší objem kyslíku, který způsobuje pokračování oxidační reakce za účasti molekul paliva. Indikátory teploty zde budou vyšší než v tmavé zóně, ale nedostatečné pro konečný rozklad. Právě v prvních dvou oblastech se objevuje světelný efekt, když jsou kapičky nespáleného paliva a částice uhlí silně zahřáté.

Druhá zóna je obklopena nenápadným pláštěm s vysokými hodnotami teploty. Do něj vstupuje mnoho molekul kyslíku, což přispívá k úplnému spálení částic paliva. Po oxidaci látek není ve třetí zóně pozorován světelný efekt.

Schematické znázornění

Pro přehlednost vám představujeme obrázek hořící svíčky. Schéma plamene zahrnuje:

1. První nebo tmavá oblast.
2. Druhá světelná zóna.
3. Třetí průhledná skořápka.

Nit svíčky neprochází spalováním, ale dochází pouze ke zuhelnatění ohnutého konce.

Hořící lihová lampa

Pro chemické pokusy se často používají malé nádrže s alkoholem. Říká se jim lihové lampy. Knot hořáku je napuštěn kapalným palivem nalitým otvorem. To je usnadněno kapilárním tlakem. Po dosažení volného vrcholu knotu se alkohol začne odpařovat. V parním stavu se zapálí a hoří při teplotě nepřesahující 900 °C.

Plamen lihové lampy má obvyklý tvar, je téměř bezbarvý, s lehkým nádechem do modra. Jeho zóny nejsou tak jasně viditelné jako u svíčky.

Počátek ohně je pojmenován po vědci Bartelovi a nachází se nad žhavící mřížkou hořáku. Toto prohloubení plamene vede k poklesu vnitřního tmavého kužele a střední část vystupuje z otvoru, který je považován za nejžhavější.

Barva charakteristická

Rozdílné záření je způsobeno elektronickými přechody. Říká se jim také termální. Takže v důsledku spalování uhlovodíkové složky ve vzduchu je modrý plamen způsoben uvolněním H-C připojení. A když jsou emitovány částice C-C, svítilna se změní na oranžovo-červenou.

Je obtížné uvažovat o struktuře plamene, jehož chemie zahrnuje sloučeniny vody, oxidu uhličitého a oxidu uhelnatého, vazbu OH. Jeho jazyky jsou prakticky bezbarvé, protože výše uvedené částice při spálení vyzařují ultrafialové a infračervené záření.

Barva plamene je propojena s indikátory teploty, s přítomností iontových částic, které patří do určitého emisního nebo optického spektra. Spalování některých prvků tedy vede ke změně barvy ohně v hořáku. Rozdíly ve zbarvení vlečky jsou spojeny s uspořádáním prvků v různých skupinách periodického systému.

Oheň na přítomnost záření souvisejícího s viditelným spektrem je studován spektroskopem. Zároveň bylo zjištěno, že podobné zbarvení plamene mají i jednoduché látky z obecné podskupiny. Pro názornost se jako test tohoto kovu používá hoření sodíku. Po přivedení do plamene se jazyky zbarví jasně žlutě. Na základě barevných charakteristik je sodíková čára izolována v emisním spektru.

Pro charakteristickou vlastnost rychlé excitace světelného záření atomových částic. Když se do ohně Bunsenova hořáku vloží málo těkavé sloučeniny takových prvků, dojde k jeho zbarvení.

Spektroskopické vyšetření ukazuje charakteristické linie v oblasti viditelné lidským okem. Rychlost excitace světelného záření a jednoduchá spektrální struktura úzce souvisí s vysokou elektropozitivní charakteristikou těchto kovů.

Charakteristický

Klasifikace plamene je založena na následujících vlastnostech:

• agregovaný stav hořících sloučenin. Přicházejí v plynné, aerodispergované, pevné a kapalné formě;
• druh záření, které může být bezbarvé, svítivé a barevné;
• rychlost distribuce. Dochází k rychlému a pomalému šíření;
• výška plamene. Struktura může být krátká a dlouhá;
• charakter pohybu reagujících směsí. Přidělte pulzující, laminární, turbulentní pohyb;
• Vizuální vnímání. Látky hoří s uvolněním kouřového, barevného nebo průhledného plamene;
• indikátor teploty. Plamen může mít nízkou teplotu, studený a vysokou teplotu.
• stav fáze palivo - oxidační činidlo.

Ke vznícení dochází v důsledku difúze nebo předběžného smíchání aktivních složek.

Oxidační a redukční oblast

Oxidační proces probíhá v nenápadné zóně. Je nejžhavější a nachází se nahoře. V něm jsou částice paliva vystaveny úplné spalování. A přítomnost přebytku kyslíku a nedostatku paliva vede k intenzivnímu oxidačnímu procesu. Tato funkce by se měla používat při zahřívání předmětů nad hořákem. Proto je hmota ponořena v horní části plamene. Takové spalování probíhá mnohem rychleji.

Redukční reakce probíhají ve střední a spodní části plamene. Obsahuje velké zásoby hořlavých látek a malého množství molekul O 2, které provádějí hoření. Po zavedení do těchto oblastí se O prvek odštěpí.

Jako příklad redukčního plamene je použit proces štěpení síranu železnatého. Když vstoupí FeSO 4 centrální část hořáku, nejprve se zahřeje a poté se rozloží na oxid železitý, anhydrid a oxid siřičitý. Při této reakci je pozorována redukce S s nábojem z +6 na +4.

svařovací plamen

Tento typ požáru vzniká jako výsledek spalování směsi plynu nebo kapalných par s kyslíkem v čistém vzduchu.

Příkladem je vznik kyslíko-acetylenového plamene. Zdůrazňuje:

• jádrová zóna;
• průměrná oblast zotavení;
• koncová zóna vzplanutí.

Takto hoří mnoho směsí plynu a kyslíku. Rozdíly v poměru acetylenu a oxidantu vedou k jiný typ plamen. Může to být normální, nauhličující (acetylenová) a oxidační struktura.

Teoreticky lze proces nedokonalého spalování acetylenu v čistém kyslíku charakterizovat následující rovnicí: HCCH + O 2 → H 2 + CO + CO (k reakci je zapotřebí jeden mol O 2).

Vzniklý molekulární vodík a oxid uhelnatý reagují se vzdušným kyslíkem. Konečnými produkty jsou voda a čtyřmocný oxid uhelnatý. Rovnice vypadá takto: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 + H 2 O. Tato reakce vyžaduje 1,5 molu kyslíku. Při sečtení O 2 vyjde, že na 1 mol HCCH se spotřebuje 2,5 mol. A protože je v praxi obtížné najít ideálně čistý kyslík (často má mírnou kontaminaci nečistotami), bude poměr O 2 k HCCH 1,10 ku 1,20.

Když je poměr kyslíku k acetylenu menší než 1,10, nastává nauhličovací plamen. Jeho struktura má zvětšené jádro, jeho obrysy jsou rozmazané. Z takového požáru se uvolňují saze kvůli nedostatku molekul kyslíku.

Pokud je poměr plynů větší než 1,20, pak se získá oxidační plamen s přebytkem kyslíku. Jeho přebytečné molekuly ničí atomy železa a další součásti ocelového hořáku. V takovém plameni se jaderná část zkrátí a má body.

Indikátory teploty

Každá zóna ohně svíčky nebo hořáku má svůj význam, kvůli přísunu molekul kyslíku. Teplota otevřeného plamene v jeho různých částech se pohybuje od 300 °C do 1600 °C.

Příkladem je difúzní a laminární plamen, který je tvořen třemi plášti. Jeho kužel tvoří tmavá oblast s teplotou do 360 °C a nedostatkem oxidačního činidla. Nad ním je záře zóna. Jeho teplotní index se pohybuje od 550 do 850 °C, což přispívá k tepelnému rozkladu hořlavá směs a její pálení.

Vnější plocha je sotva viditelná. V něm teplota plamene dosahuje 1560 °C, což je způsobeno přirozenými vlastnostmi molekul paliva a rychlostí vstupu oxidačního činidla. Zde je spalování nejúčinnější.

Látky se vznítí za různých teplotních podmínek. Kovový hořčík tedy hoří pouze při 2210 °C. U mnoha pevných látek je teplota plamene asi 350 °C. Zapálení zápalek a petroleje je možné při 800 °C, zatímco dřevo - od 850 °C do 950 °C.

Cigareta hoří plamenem, jehož teplota se pohybuje od 690 do 790 °C a ve směsi propan-butan - od 790 °C do 1960 °C. Benzín se vznítí při 1350 °C. Plamen hořícího alkoholu má teplotu nejvýše 900 °C.

Jak proklínat temnotu
je lepší to rozsvítit
jedna malá svíčka.
Konfucius

Nejprve

První pokusy o pochopení mechanismu spalování jsou spojeny se jmény Angličana Roberta Boylea, Francouze Antoina Laurenta Lavoisiera a Rusa Michaila Vasiljeviče Lomonosova. Ukázalo se, že při spalování látka nikam „nezmizí“, jak se kdysi naivně věřilo, ale mění se v jiné látky, většinou plynné a tedy neviditelné. Lavoisier v roce 1774 poprvé ukázal, že asi jedna pětina vzduchu opouští vzduch během spalování. V průběhu 19. století vědci podrobně studovali fyzikální a chemické procesy, které hoření doprovázejí. Potřebu takové práce vyvolaly především požáry a výbuchy v dolech.

Ale teprve v poslední čtvrtině 20. století byly identifikovány hlavní chemické reakce doprovázející hoření a dodnes zůstává v chemii plamene mnoho tmavých skvrn. Zkoumají se nejmodernějšími metodami v mnoha laboratořích. Tyto studie mají několik cílů. Na jedné straně je nutné optimalizovat spalovací procesy v kogeneračních pecích a ve válcích motorů. s vnitřním spalováním, aby se zabránilo explozivnímu hoření (detonaci) při stlačování směsi vzduch-benzín ve válci automobilu. Na druhou stranu je potřeba snižovat množství škodlivých látek vznikajících při spalování a zároveň – hledat více účinnými prostředky hašení ohně.

Existují dva druhy plamenů. Palivo a okysličovadlo (nejčastěji kyslík) mohou být nuceně nebo samovolně přiváděny do spalovací zóny odděleně a smíchány již v plameni. A dají se předem namíchat – takové směsi jsou schopné hořet nebo dokonce explodovat za nepřítomnosti vzduchu, jako střelný prach, pyrotechnické směsi na ohňostroje, raketová paliva. Spalování může nastat jak za účasti kyslíku vstupujícího do spalovací zóny se vzduchem, tak za pomoci kyslíku obsaženého v oxidační látce. Jednou z těchto látek je Bertoletova sůl (chlorečnan draselný KClO 3); tato látka snadno uvolňuje kyslík. Silným oxidačním činidlem je kyselina dusičná HNO 3: v čisté formě zapaluje mnoho organických látek. Dusičnany, soli kyseliny dusičné (například ve formě hnojiva - dusičnan draselný nebo amonný), jsou vysoce hořlavé, pokud jsou smíchány s hořlavými látkami. Další silné oxidační činidlo, oxid dusičitý N 2 O 4, je součástí raketových paliv. Kyslík lze nahradit i tak silnými oxidačními činidly, jako je například chlor, ve kterém mnoho látek hoří, nebo fluor. Čistý fluor je jedním z nejsilnějších oxidačních činidel, voda v jeho proudu hoří.

řetězové reakce

Základy teorie spalování a šíření plamene byly položeny koncem 20. let 20. století. V důsledku těchto studií byly objeveny rozvětvené řetězové reakce. Za tento objev byli domácí fyzik Nikolaj Nikolajevič Semenov a anglický badatel Cyril Hinshelwood v roce 1956 oceněni Nobelovou cenou za chemii. Jednodušší nerozvětvené řetězové reakce objevil již v roce 1913 německý chemik Max Bodenstein na příkladu reakce vodíku s chlórem. Celkem je reakce vyjádřena jednoduchou rovnicí H 2 + Cl 2 = 2HCl. Ve skutečnosti přichází za účasti velmi aktivních fragmentů molekul – tzv. volných radikálů. Působením světla v ultrafialové a modré oblasti spektra nebo s vysoká teplota molekuly chloru se rozpadají na atomy, které začínají dlouhý (někdy až milion článků) řetězec přeměn; každá z těchto transformací se nazývá elementární reakce:

Cl + H2 → HCl + H,
H + Cl 2 → HCl + Cl atd.

V každé fázi (reakční článek) mizí jedno aktivní centrum (atom vodíku nebo chloru) a současně se objevuje nové aktivní centrum, pokračující v řetězci. Řetězce jsou ukončeny, když se setkají dva aktivní druhy, například Cl + Cl → Cl 2 . Každý řetězec se šíří velmi rychle, takže pokud generujete "počáteční" aktivní částice s vysoká rychlost, reakce proběhne tak rychle, že může vést k explozi.

N. N. Semenov a Hinshelwood zjistili, že spalovací reakce fosforu a vodíkových par probíhají odlišně: sebemenší jiskra nebo otevřený plamen mohou způsobit výbuch i při pokojové teplotě. Tyto reakce jsou rozvětvené: aktivní částice se během reakce „množí“, to znamená, že když jedna aktivní částice zmizí, objeví se dvě nebo tři. Například ve směsi vodíku a kyslíku, která může být bezpečně skladována po stovky let, pokud neexistují žádné vnější vlivy, výskyt aktivních atomů vodíku z toho či onoho důvodu spouští následující proces:

H + O 2 → OH + O,
O + H2 → OH + H.

Jedna aktivní částice (atom H) se tak během nevýznamného časového úseku změní na tři (atom vodíku a dva OH hydroxylové radikály), které již spouštějí tři řetězce místo jednoho. Výsledkem je, že počet řetězců roste jako lavina, což okamžitě vede k explozi směsi vodíku a kyslíku, protože se při této reakci uvolňuje velké množství tepelné energie. Atomy kyslíku jsou přítomny v plameni a při hoření jiných látek. Lze je detekovat nasměrováním proudu stlačený vzduch přes horní část plamene hořáku. Současně se ve vzduchu objeví charakteristický zápach ozónu - jedná se o atomy kyslíku „přilepené“ na molekuly kyslíku s tvorbou molekul ozonu: O + O 2 \u003d O 3, které byly vyjmuty z plamene studeným vzduchem.

Možnost výbuchu směsi kyslíku (nebo vzduchu) s mnoha hořlavými plyny - vodík, oxid uhelnatý, metan, acetylen - závisí na podmínkách, především na teplotě, složení a tlaku směsi. Pokud tedy v důsledku úniku domácího plynu v kuchyni (skládá se převážně z metanu), jeho obsah ve vzduchu překročí 5 %, pak směs exploduje z plamene zápalky nebo zapalovače a dokonce i z malá jiskra, která proklouzla vypínačem při rozsvícení světla. Nedojde k explozi, pokud se řetězy přetrhnou rychleji, než se stihnou rozvětvit. Proto existovala bezpečná hornická lampa, kterou v roce 1816 vyvinul anglický chemik Humphry Davy, aniž by věděl nic o chemii plamene. V této lampě byl otevřený oheň oplocen od vnější atmosféry (která by mohla být výbušná) jemnou kovovou sítí. Na kovovém povrchu aktivní částice účinně mizí, mění se ve stabilní molekuly, a proto nemohou proniknout do vnějšího prostředí.

Úplný mechanismus reakcí s rozvětveným řetězcem je velmi složitý a může zahrnovat více než sto elementárních reakcí. Reakce s rozvětveným řetězcem zahrnují mnoho oxidačních a spalovacích reakcí anorganických a organických sloučenin. Stejná bude reakce jaderného štěpení těžkých prvků, jako je plutonium nebo uran, pod vlivem neutronů, které působí jako analogy aktivních částic v chemických reakcích. Neutrony, které pronikají do jádra těžkého prvku, způsobují jeho štěpení, které je doprovázeno uvolněním velmi velké energie; Zároveň jsou z jádra emitovány nové neutrony, které způsobují štěpení sousedních jader. Chemické a jaderné procesy větvení jsou popsány podobnými matematickými modely.

Co potřebujete, abyste mohli začít

Aby spalování začalo, musí být splněna řada podmínek. V první řadě musí teplota hořlavé látky překročit určitou mezní hodnotu, která se nazývá zápalná teplota. Slavný román Raye Bradburyho Fahrenheit 451 je tak pojmenován, protože papír hoří přibližně při této teplotě (233 °C). Toto je „bod vzplanutí“, nad kterým pevná paliva uvolňují hořlavé výpary nebo plynné produkty rozkladu v dostatečném množství k jejich udržitelnému spalování. Přibližně stejná teplota vznícení pro suché borovicové dřevo.

Teplota plamene závisí na povaze hořlavé látky a na podmínkách hoření. Teplota v plameni metanu na vzduchu tedy dosahuje 1900 °C a při hoření v kyslíku - 2700 °C. Ještě žhavější plamen vzniká spalováním čistého kyslíku vodíku (2800°C) a acetylenu (3000°C). Není divu, že plamen acetylenového hořáku snadno rozřeže téměř jakýkoli kov. Nejvyšší teplotu, asi 5000 °C (je zapsána v Guinessově knize rekordů), při spalování v kyslíku získá nízkovroucí kapalina - uhlíkový subnitrid С 4 N 2 (tato látka má strukturu dikyanoacetylenu NC– C=C–CN). A podle některých zpráv, když hoří v ozónové atmosféře, může teplota dosáhnout až 5700 °C. Pokud se tato kapalina zapálí na vzduchu, bude hořet červeným kouřovým plamenem se zelenofialovým okrajem. Na druhou stranu jsou známé i studené plameny. Tak se například spálí nízké tlaky páry fosforu. Relativně studený plamen se také získá při oxidaci sirouhlíku a lehkých uhlovodíků za určitých podmínek; například propan vytváří studený plamen při sníženém tlaku a teplotách mezi 260–320 °C.

Teprve v poslední čtvrtině dvacátého století se začal objasňovat mechanismus procesů probíhajících v plameni mnoha hořlavých látek. Tento mechanismus je velmi složitý. Počáteční molekuly jsou obvykle příliš velké na to, aby byly přímo převedeny na reakční produkty reakcí s kyslíkem. Takže například spalování oktanu, jedné ze složek benzínu, je vyjádřeno rovnicí 2C 8 H 18 + 25O 2 \u003d 16CO 2 + 18H 2 O. Všech 8 atomů uhlíku a 18 atomů vodíku v molekula oktanu se nemůže současně sloučit s 50 atomy kyslíku: k tomu je třeba přerušit mnoho chemických vazeb a vytvořit mnoho nových. Spalovací reakce probíhá v mnoha fázích - takže v každé fázi se přeruší a vytvoří pouze malý počet chemických vazeb a proces sestává z množství postupně probíhajících elementárních reakcí, jejichž celek se pozorovateli jeví jako plamen. Je obtížné studovat elementární reakce, především proto, že koncentrace reaktivních meziproduktových částic v plameni jsou extrémně nízké.

Uvnitř plamene

Optické sondování různých úseků plamene pomocí laserů umožnilo stanovit kvalitativní i kvantitativní složení tam přítomných aktivních částic - fragmentů molekul paliva. Ukázalo se, že i při zdánlivě jednoduché reakci spalování vodíku v kyslíku 2H 2 + O 2 = 2H 2 O dochází k více než 20 elementárním reakcím za účasti molekul O 2, H 2, O 3, H 2 O 2, H 2 O, aktivní částice H, O, OH, ALE 2. Zde je například to, co o této reakci napsal anglický chemik Kenneth Bailey v roce 1937: „Rovnice pro reakci slučování vodíku s kyslíkem je první rovnicí, se kterou se seznámí většina začátečníků ve studiu chemie. Tato reakce se jim zdá velmi jednoduchá. Ale i profesionální chemici jsou poněkud překvapeni, když vidí stostránkovou knihu s názvem Reakce kyslíku s vodíkem, kterou vydali Hinshelwood a Williamson v roce 1934. K tomu lze dodat, že v roce 1948 vyšla mnohem rozsáhlejší monografie A. B. Nalbandyana a V. V. Voevodského pod názvem „Mechanismus oxidace a spalování vodíku“.

Moderní výzkumné metody umožnily studovat jednotlivé fáze takových procesů, měřit rychlost, jakou různé aktivní částice reagují mezi sebou a se stabilními molekulami při různých teplotách. Se znalostí mechanismu jednotlivých fází procesu je možné celý proces „sestavit“, tedy simulovat plamen. Složitost takového modelování spočívá nejen ve studiu celého komplexu elementárních chemických reakcí, ale také v potřebě zohlednit procesy difúze částic, přenosu tepla a konvekčních toků v plameni (právě ty druhé zařizují okouzlující hra jazyků hořícího ohně).

Odkud všechno pochází

Hlavní palivo moderní průmysl- uhlovodíky, od nejjednodušších, metanu a konče těžkými uhlovodíky, které jsou obsaženy v topném oleji. Plamen i toho nejjednoduššího uhlovodíku – metanu – může zahrnovat až sto elementárních reakcí. Ne všechny však byly dostatečně podrobně prozkoumány. Když těžké uhlovodíky, jako jsou ty obsažené v parafínu, hoří, jejich molekuly se nemohou dostat do spalovací zóny a zůstávají neporušené. I na cestě k plameni se vlivem vysoké teploty štěpí na úlomky. V tomto případě jsou skupiny obsahující dva atomy uhlíku obvykle odštěpeny od molekul, například C8H18 → C2H5 + C6H13. Aktivní druhy s lichým počtem atomů uhlíku mohou odštěpovat atomy vodíku a vytvářet sloučeniny s dvojitými vazbami C=C a trojnými vazbami C≡C. Bylo zjištěno, že v plameni mohou takové sloučeniny vstupovat do reakcí, které nebyly dříve chemikům známy, protože nejdou mimo plamen, například C 2 H 2 + O → CH 2 + CO, CH 2 + O 2 → C02 + H + N.

Postupný úbytek vodíku počátečními molekulami vede ke zvýšení podílu uhlíku v nich, až vzniknou částice C 2 H 2, C 2 H, C 2. Modro-modrá zóna plamene je způsobena záři v této zóně excitovaných částic C 2 a CH. Pokud je omezen přístup kyslíku do spalovací zóny, pak tyto částice neoxidují, ale shromažďují se v agregátech - polymerují podle schématu C 2 H + C 2 H 2 → C 4 H 2 + H, C 2 H + C4H2 → C6H2 + H atd.

V důsledku toho se tvoří částice sazí, které se skládají téměř výhradně z atomů uhlíku. Jsou ve formě malých kuliček o průměru až 0,1 mikrometru, které obsahují přibližně jeden milion atomů uhlíku. Takové částice při vysoké teplotě dávají dobře svítivý plamen. žlutá barva. V horní části plamene svíčky tyto částice dohoří, takže svíčka nekouří. Pokud dojde k dalšímu ulpívání těchto aerosolových částic, pak se tvoří větší částice sazí. Výsledkem je, že plamen (například hořící guma) produkuje černý kouř. Takový kouř se objeví, pokud se v původním palivu zvýší podíl uhlíku vzhledem k vodíku. Příkladem je terpentýn - směs uhlovodíků o složení C 10 H 16 (C n H 2n–4), benzen C 6 H 6 (C n H 2n–6), další hořlavé kapaliny s nedostatkem vodíku - všechny kouř při spalování. Kouřový a jasně zářící plamen dává acetylen C 2 H 2 (C n H 2n–2) hořící na vzduchu; kdysi se takový plamen používal v acetylenových lucernách namontovaných na kolech a autech, v hornických lampách. A naopak: uhlovodíky s vysoký obsah vodík - methan CH 4, ethan C 2 H 6, propan C 3 H 8, butan C 4 H 10 ( obecný vzorec C n H 2n+2) - hoříme za dostatečného přístupu vzduchu téměř bezbarvým plamenem. Směs propanu a butanu ve formě kapaliny pod mírným tlakem se nachází v zapalovačích, stejně jako v lahvích používaných letními obyvateli a turisty; stejné lahve jsou instalovány v autech na plyn. V poslední době bylo zjištěno, že saze často obsahují kulovité molekuly sestávající z 60 atomů uhlíku; byly nazývány fullereny a objev tohoto nový formulář uhlíku byla v roce 1996 připomenuta Nobelova cena za chemii.