§ 9. Процеси горіння та окиснення

• До змісту відповідей

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Які хімічні перетворення називають горінням, окисненням?

Горінням називають хімічну реакцію, під час якої відбувається окиснення речовин з виділенням теплоти і світла (появою полум’я). Окиснення — це ширше поняття, що означає процес взаємодії речовини з киснем (або іншим окисником), у результаті чого змінюється її хімічний склад.

За яких умов загоряється паливна речовина?

Для загоряння паливної речовини необхідне одночасне виконання двох умов:

1. Наявність кисню (повітря) та його контакт із речовиною.
2. Нагрівання речовини до температури займання.

Як гасять пожежі?

Пожежі гасять, усуваючи умови горіння: припиняють доступ повітря до речовини (накривають ковдрою, засипають піском чи ґрунтом, використовують вуглекислотні вогнегасники) або охолоджують речовину нижче температури займання (заливають водою).

Поясніть, чому речовину не треба постійно підпалювати.

Речовину не потрібно постійно підпалювати, оскільки реакція горіння є екзотермічною (відбувається з виділенням теплоти). Теплоти, яка виділяється під час горіння однієї частини речовини, вистачає для нагрівання сусідніх шарів до температури займання, тому процес стає самопідтримуваним.

Чому для гасіння пожеж найчастіше використовують воду?

Воду використовують найчастіше завдяки її високій теплоємності: вона швидко охолоджує розпечені предмети нижче температури займання. Крім того, під час випаровування води утворюється водяна пара, яка обволікає речовину і перешкоджає доступу кисню до зони горіння.

ВІДШУКАЙМО

За матеріалами з інтернету з’ясуйте, які інші речовини не гасять водою і чому.

Водою заборонено гасити:

1. Електроприлади та мережі під напругою (вода проводить електричний струм, що загрожує життю).
2. Легші за воду легкозаймисті рідини (бензин, гас, олія), оскільки вони спливають на поверхню води і продовжують горіти, розтікаючись на більшу площу.
3. Деякі хімічні речовини (наприклад, лужні метали — літій, натрій, калій), які бурхливо реагують з водою з виділенням водню, що може спричинити вибух.

ПОМІРКУЙМО

Складіть відповідне хімічне рівняння (щодо утворення на поверхні алюмінію плівки оксиду $Al_2O_3$).

Рівняння реакції окиснення алюмінію має вигляд:
$4Al + 3O_2 = 2Al_2O_3$

Як можна запобігти псуванню харчових продуктів, спричиненому дією кисню?

Запобігти псуванню продуктів можна, обмеживши контакт із киснем: використовувати вакуумне пакування, зберігати в герметичній тарі, заповнювати упаковки інертним газом (наприклад, азотом). Також процеси окиснення сповільнюються за низьких температур (зберігання в холодильнику).

ЗАВДАННЯ

Чи є будь-яке горіння окисненням і навпаки?

Будь-яке горіння є реакцією окиснення, оскільки речовина взаємодіє з окисником (найчастіше киснем). Проте не кожне окиснення є горінням. Існують процеси повільного окиснення (наприклад, іржавіння заліза, дихання, гниття), які відбуваються без виділення світла і значного підвищення температури.

ВІДШУКАЙМО

Відшукайте в інтернеті відео або інструкцію, як користуватися вогнегасником.

Алгоритм використання вогнегасника:

1. Зірвати пломбу та витягнути запобіжну чеку.
2. Спрямувати розтруб (шланг) на вогнище (цілитися в основу полум’я).
3. Натиснути на важіль.
4. Гасити вогонь з навітряного боку, рівномірно покриваючи зону горіння вогнегасною речовиною.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про реакції горіння та окиснення, способи гасіння пожеж.

Горіння — це швидке окиснення з виділенням тепла і світла. Для його виникнення потрібні горюча речовина, кисень і нагрівання до температури займання. Окиснення може відбуватися і повільно (без полум’я). Способи гасіння пожеж базуються на усуненні умов горіння: охолодженні або ізоляції від кисню.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Зіставте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: Чому в чистому кисні залізо горить яскравим полум’ям, а на повітрі лише повільно іржавіє?
Відповідь: Швидкість реакції залежить від концентрації реагентів. У повітрі вміст кисню становить лише 21% (за об’ємом), тоді як у чистому кисні його концентрація 100%, що значно інтенсифікує процес окиснення, перетворюючи його на горіння.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

Яке явище називають горінням? Назвіть умови, необхідні для перебігу цього процесу.

Горіння — це екзотермічна реакція окиснення, що супроводжується виділенням світла. Необхідні умови: наявність горючої речовини, доступ кисню, нагрівання до температури займання.

Як можна загасити полум’я?

Припинити доступ повітря (накрити ковдрою, використати піну чи порошок) або знизити температуру в зоні горіння (залити водою).

Який із термінів — «горіння» чи «окиснення» — є більш загальним? Відповідь обґрунтуйте.

Термін «окиснення» є більш загальним. Він охоплює всі реакції взаємодії з киснем (або віддачі електронів), незалежно від швидкості процесу та наявності полум’я. Горіння — це лише окремий випадок швидкого окиснення.

ВИКОНАЙМО ВПРАВУ

Основу сухого пального становить речовина, формула якої — $(CH_2)_6N_4$ (уротропін). Складіть рівняння реакції горіння цієї речовини, якщо утворюються два оксиди і проста речовина, які є в повітрі.

$(CH_2)_6N_4 + 9O_2 = 6CO_2 + 6H_2O + 2N_2$

Бензин — це суміш сполук Карбону з Гідрогеном. Перетворіть схему горіння бензину ($C_nH_m + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$) на хімічне рівняння, використавши в коефіцієнтах літери $n$ і $m$.

$C_nH_m + \left(n + \dfrac{m}{4}\right)O_2 = nCO_2 + \dfrac{m}{2}H_2O$

ПОМІРКУЙМО

Чи можна стверджувати, що в лампочці розжарювання відбувається горіння металевої (вольфрамової) спіралі? Чому?

Ні, це твердження неправильне. У колбі лампочки відсутній кисень (там вакуум або інертний газ), тому хімічна реакція окиснення (горіння) не відбувається. Світіння спіралі — це фізичне явище електролюмінесценції, викликане високою температурою внаслідок проходження електричного струму.

ВІДШУКАЙМО

За матеріалами з інтернету з’ясуйте, які речовини називають антипіренами і для чого їх використовують. Занотуйте назви кількох таких речовин.

Антипірени — це речовини, які додають до матеріалів (деревини, тканин, пластмас) для зниження їхньої горючості. Вони уповільнюють займання або гасять полум’я. Приклади: гідроксид алюмінію $Al(OH)_3$, гідроксид магнію $Mg(OH)_2$, фосфати амонію, борна кислота.

СТВОРЮЙМО ПРОЄКТ

Зберіть інформацію про типи вогнегасників, їх роботу, сфери використання і зробіть презентацію для свого класу.

1. Вуглекислотні (ВВ): Містять зріджений $CO_2$. Охолоджують зону горіння і витісняють кисень. Використовують для гасіння електроустановок, в офісах, музеях (не псують речі).
2. Порошкові (ВП): Викідють дрібнодисперсний порошок, що ізолює речовину від кисню. Універсальні (тверді речовини, рідини, гази, електроустановки до 1000 В).
3. Повітряно-пінні (ВВП): Утворюють піну, яка покриває поверхню. Ефективні для гасіння твердих матеріалів і рідин, але заборонені для електроустановок (піна проводить струм).

У КОМАНДІ

Обговоріть, які якості потрібно мати чоловікові / жінці, професія яких пов’язана з рятуванням людей від вогню.

Професія рятувальника вимагає високої фізичної підготовки, витривалості, стресостійкості, дисциплінованості, здатності швидко приймати рішення в екстремальних умовах, а також глибоких знань з фізики та хімії горіння.

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

Горіння (combustion), окиснення (oxidation), температура займання (ignition temperature), кисень (oxygen), паливо (fuel), вогнегасник (fire extinguisher), чадний газ (carbon monoxide).

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

МІРКУЄМО, ПОРІВНЮЄМО, АНАЛІЗУЄМО

Поясніть, чому внаслідок горіння парафіну замість води не утворюється водень.

Горіння парафіну — це реакція його окиснення киснем. Парафін складається з атомів Карбону та Гідрогену. Оскільки водень ($H_2$) є горючим газом, за наявності кисню і високої температури він миттєво окиснюється до стійкої сполуки — води ($H_2O$). Рівняння спрощено: $4H + O_2 = 2H_2O$.

ЕКСПЕРИМЕНТУЄМО ВДОМА

Що спостерігаєте (під час опускання запаленого сірника у склянку з вуглекислим газом)?

Запалений сірник одразу гасне. Це відбувається тому, що вуглекислий газ ($CO_2$) не підтримує горіння і, будучи важчим за повітря, витісняє його зі склянки, перекриваючи доступ кисню до полум’я.

МІРКУЄМО, ПОРІВНЮЄМО, АНАЛІЗУЄМО

У трьох закритих посудинах без етикеток містяться повітря, кисень і вуглекислий газ. Як би ви визначили вміст кожної посудини?

Вміст посудин можна визначити за допомогою тліючої скіпки:

1. У посудині з киснем ($O_2$) скіпка яскраво спалахне.
2. У посудині з повітрям скіпка продовжуватиме тліти або горіти без змін.
3. У посудині з вуглекислим газом ($CO_2$) скіпка миттєво згасне.

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Який склад молекули озону?

Молекула озону складається з трьох атомів Оксигену. Хімічна формула — $O_3$.

Які властивості озону?

Озон — це газ блакитного кольору з характерним різким запахом (“свіжості” після грози). Він є дуже сильним окисником (сильнішим за кисень), токсичний у високих концентраціях, але у верхніх шарах атмосфери захищає Землю від жорсткого ультрафіолетового випромінювання.

Як можна перетворити кисень на озон?

Кисень перетворюється на озон під дією електричного розряду (наприклад, блискавки) або ультрафіолетового випромінювання. Рівняння реакції:
$3O_2 \rightleftarrows 2O_3$