Давно уже интересуюсь разными системами приготовления пищи типа JetBoil в которых на дне посуды сделан радиатор, позволяющий уменьшить потери тепла пламени в окружающую среду. Однако только сегодня наткнулся на статью очень замороченного по горелкам человека, который начинает с того, что рассказывает (не столь очевидную) химию пламени. Для тех, кому лень читать на английском, краткая выжимка:
Молекула пропана (C3H8) выглядит как-то так:
Но не суть, какой у нас газ: при 800-900°C большие углеводородные молекулы любого газа распадаются под действием тепла (пиролиз) на отдельные радикалы:
C-C-C-C → C-C• + •C-C
Из большого C3H8 получаются разнодлинные кусочки, например C2H4 (этилен). При 1150°C этилен формирует ацителен и водород:
H2C-CH2 → HC≡CH + H2
Который тут же распадается на углерод и водород ещё:
HC≡CH → 2C + H2
Итого у нас в результате пиролиза осталось много молекул водорода и ещё немного углерода.
Молекула водорода от температуры распадается на два атома:
H2 → H• + •H
Атомы водорода реагируют с кислородом из воздуха, что дает в результате реакции воду и много энергии - получается перегретый водяной пар, который нагревает молекулы углерода:
4H• + O2 → 2H2O + ЭНЕРГИЯ!!!
Вот откуда берется водяной конденсат при горении даже на сухом воздухе пустыни Гоби ;)
Теперь тепла хватает, чтобы углерод тоже прореагировал с кислородом дав угарный газ и ещё немного энергии:
2C + O2 → 2CO + ЭНЕРГИЯ!
Если температура превышает ~1000°C и у нас достаточно кислорода, то угарный газ будет окислен до углекислого газа с выделением ещё большой порции энергии:
2CO + O2 → 2CO2 + ЭНЕРГИЯ!!
Вот мы всё и сожгли. На входе был пропан и кислород из воздуха, на выходе много энергии, вода и углекислый газ.
Или угарный газ (и ощутимо меньше энергии), если температуры/кислорода не хватило, чтобы он догорел до углекислого.
На примере пламени свечи эти стадии реакции горения хорошо видны визуально:
1. Прозрачная часть. 600°С, недостаточно кислорода и температуры для пиролиза и горения - это просто перегретый пар от парафина, подогреваемый от ИК излучения пламени ниже.
2. Голубое пламя. 800°С, медленный пиролиз и собственно горение на границе с воздухом. Много кислорода, но ещё мало расцепленного углерода. Здесь горит более лёгкий водород.
3. Тёмное пламя. 1000°С, здесь идёт активный пиролиз углеводородов (расщепляются длинные молекулы на куски), но пока мало кислорода для горения. Это уже плазма, но ещё не огонь в классическом смысле.
4. Яркое пламя. 1200°С, кислорода мало, но тут уже начинает гореть расщепленный ранее углерод давая угарный газ (жёлтое пламя) - наконец начинается окисление.
5. Бесцветное пламя. 1400°С, достаточно кислорода для окисления угарного газа в углекислый по границе с воздухом, самая горячая часть пламени.