Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с Knallgas )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Knallgas» перенаправляется сюда. О бактериях, окисляющих водород, см. Knallgas-бактерии .

Электролитическая ячейка девятнадцатого века для производства кислородного водорода.

Кислородный водород представляет собой смесь газов водорода (H 2 ) и кислорода (O 2 ). Эта газовая смесь используется в горелках для обработки огнеупорных материалов и была первой [1] газовой смесью, использованной для сварки . Теоретически для достижения максимальной эффективности достаточно соотношения водород: кислород 2: 1; на практике необходимо соотношение 4: 1 или 5: 1, чтобы избежать окислительного пламени . [2]

Эта смесь может также называться Knallgas (скандинавский и немецкий Knallgas : «взрывной газ»), хотя некоторые авторы определяют knallgas как общий термин для смеси топлива с точным количеством кислорода, необходимым для полного сгорания, таким образом, 2 : 1 кислородсодержащий водород будет называться «водород-кноллгаз». [3]

«Газ Брауна» и HHO - это термины для обозначения кислородно-водородного газа, которые в основном встречаются в периферийной науке . [4]

Свойства [ править ]

Кислородно-водород воспламеняется при достижении температуры самовоспламенения . Для стехиометрической смеси 2: 1 водород: кислород при нормальном атмосферном давлении самовоспламенение происходит при температуре около 570 ° C (1065 ° F). [5] Минимальная энергия, необходимая для воспламенения такой смеси искрой, составляет около 20 микроджоулей . [5] При стандартной температуре и давлении кислородный водород может гореть, если он составляет от 4% до 95% водорода по объему. [6] [5]

При воспламенении газовой смеси , обращенные в водяной пар и высвобождает энергию , которая поддерживает реакцию: 241,8 кДж энергии ( LHV ) для каждого моля из H 2 сожжены. Количество выделяемой тепловой энергии не зависит от режима горения, но температура пламени меняется. [7] Максимальная температура около 2800 ° C (5100 ° F) достигается с точной стехиометрической смесью, что примерно на 700 ° C (1300 ° F) горячее, чем водородное пламя в воздухе. [8] [9] [10] Когда любой из газов смешивается с превышением этого соотношения, или когда смешивается синертный газ, такой как азот, тепло должно распространяться по большему количеству вещества, и температура будет ниже. [7]

Производство [ править ]

Чистую стехиометрическую смесь можно получить электролизом воды , при котором для диссоциации молекул воды используется электрический ток :

электролиз: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
горение: 2 H 2 + O 2 → 2 H 2 O

Уильям Николсон был первым, кто разложил воду таким образом в 1800 году. Теоретически входная энергия замкнутой системы всегда будет равна выходной энергии, как гласит первый закон термодинамики . Однако на практике никакие системы не являются идеально замкнутыми, и энергия, необходимая для генерации кислородно-водородного водорода, всегда будет превышать энергию, выделяемую при его сжигании, даже при максимальной практической эффективности, как предполагает второй закон термодинамики (см. Электролиз воды # Эффективность ).

Приложения [ править ]

Limelights использовали кислородно-водородное пламя в качестве высокотемпературного источника тепла.

Освещение [ править ]

Описаны многие формы кислородно-водородных ламп , например, прожекторы , в которых использовалось кислородно-водородное пламя для нагрева извести до белого каления . [11] Из-за взрывоопасности кислородно-водородного газа светильники были заменены электрическим освещением .

Водородно-кислородная трубка [ править ]

Кислородно-водородная трубка с сильфонным приводом девятнадцатого века, включающая два разных типа пламегасителя.

Основы кислородно-водородных паяльных трубок были заложены Карлом Вильгельмом Шееле и Джозефом Пристли примерно в последней четверти восемнадцатого века. Сама кислородно-водородная трубка была разработана французом Бошаром-де-Сароном, английским минералогом Эдвардом Даниэлем Кларком и американским химиком Робертом Хэром в конце восемнадцатого и начале девятнадцатого веков. [12] Он произвел достаточно горячее пламя, чтобы расплавить такие огнеупорные материалы, как платина , фарфор , огнеупорный кирпич икорунд и был ценным инструментом в нескольких областях науки. [13] Он используется в процессе Верней для производства синтетического корунда. [14]

Кислородно-водородный факел [ править ]

Гремучие горелки (также известная как факел водорода ) представляет собой окси-газовая горелка , которая сжигает водород (The топливо ) с кислородом (The окислитель ). Он используется для резки и сварки [15] металлов , стекла и термопластов . [11]

Из-за конкуренции со стороны дуговой сварки и других газокислородных горелок, таких как резак, работающий на ацетиленовом топливе, кислородно-водородная горелка сегодня используется редко, но остается предпочтительным режущим инструментом в некоторых нишевых приложениях.

Когда-то для обработки платины использовался кислородный водород , потому что в то время только он мог гореть достаточно горячо, чтобы расплавить металл до 1768,3 ° C (3214,9 ° F). [7] Эти методы были заменены электродуговой печью .

Крайняя наука [ редактировать ]

Газ Брауна связан с различными преувеличенными утверждениями. [16] [17] Его часто называют «газом HHO», этот термин популяризировал сторонний физик [18] Руджеро Сантилли , который утверждал, что его газ HHO, произведенный с помощью специального устройства, является «новой формой воды», с новые свойства, основанные на его периферийной теории « магнекулы ». [17]

О газе Брауна было сделано много других псевдонаучных заявлений, таких как способность нейтрализовать радиоактивные отходы, способствовать прорастанию растений и многое другое. [17] Однако хорошо известно, что ионы водорода составляют основу баланса pH в любом растворе, что может объяснить, почему эта форма воды может помочь семенам в некоторых случаях обрести всхожесть. [19]

Кислородно-водород часто упоминается в связи с транспортными средствами, которые утверждают, что используют воду в качестве топлива . Самый распространенный и решающий контраргумент против производства этого газа на борту для использования в качестве топлива или топливной добавки заключается в том, что для расщепления молекул воды всегда требуется больше энергии, чем возмещается путем сжигания образующегося газа. [16] [20] Кроме того, объем газа, который может быть произведен для потребления по требованию посредством электролиза, очень мал по сравнению с объемом, потребляемым двигателем внутреннего сгорания. [21]

В статье в Popular Mechanics сообщается, что газ Брауна не увеличивает экономию топлива в автомобилях . [22]

Автомобили, работающие на водном топливе, не следует путать с автомобилями , работающими на водороде, где водород производится в другом месте и используется в качестве топлива или где он используется в качестве топлива для улучшения качества топлива .

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Ховард Монро Рэймонд (1916), «Кислородно-водородная сварка» , Том 1 современной производственной практики , Американское техническое общество, заархивировано с оригинала 6 марта 2011 г.
  2. ^ Виалл, Итан (1921). Газовая горелка и термитная сварка . Макгроу-Хилл. п. 10 . Архивировано 3 августа 2016 года.
  3. ^ W. Dittmar, "Упражнения по количественному химическому анализу", 1887 г., стр. 189 Архивировано 27 июня 2014 года в Wayback Machine.
  4. ^ "Институт исследования орла - Газ Брауна - Миф-концепции" . Архивировано из оригинала 18 апреля 2019 года . Проверено 11 июля 2018 года .
  5. ^ a b c О'Коннор, Кен. «Водород» (PDF) . Руководство по безопасности Гленна Исследовательского центра НАСА Гленна (PDF) . Архивировано 2 февраля 2013 года. CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  6. ^ Мойл, Мортон; Моррисон, Ричард; Черчилль, Стюарт (март 1960). «Детонационные характеристики водородно-кислородных смесей» (PDF) . Журнал Айше . 6 : 92–96. DOI : 10.1002 / aic.690060118 . ЛВП : 2027,42 / 37308 .
  7. ^ a b c Чисхолм, Хью, изд. (1911). «Кислородно-водородное пламя»  . Британская энциклопедия . 20 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 424.
  8. ↑ Калверт, Джеймс Б. (21 апреля 2008 г.). «Водород» . Денверский университет . Архивировано 18 апреля 2009 года . Проверено 23 апреля 2009 года . Пламя воздушно-водородной горелки достигает 2045 ° C, в то время как пламя кислородно-водородного газа достигает 2660 ° C.
  9. ^ «Адиабатическая температура пламени» . Инженерный инструментарий . Архивировано 28 января 2008 года . Проверено 23 апреля 2009 года .«Кислород как окислитель: 3473 K, воздух как окислитель: 2483 K»
  10. ^ «Температура голубого пламени» . Архивировано 16 марта 2008 года . Проверено 5 апреля 2008 года .«Водород в воздухе: 2400 K, водород в кислороде: 3080 K»
  11. ^ a b Тилден, Уильям Август (1926). Химическое открытие и изобретение в двадцатом веке . Адамант Медиа Корпорация. п. 80. ISBN 978-0-543-91646-4.
  12. Перейти ↑ Hofmann, AW (1875). «Отчет о развитии химического искусства за последние десять лет» . Химические новости . Химики-производители.
  13. ^ Гриффин, Джон Джозеф (1827). Практический трактат по использованию паяльной трубы в химическом и минеральном анализе . Глазго: R. Griffin & co.
  14. ^ "Процесс Верней" . Британская энциклопедия . 22 октября 2013 . Проверено 11 июля 2018 года .
  15. ^ PN Rao (2001), "24,4 Oxyhydrogen сварки" , технология производства: литейное, формирования и сварки (2 -е изд.), Tata McGraw-Hill Education, С. 373-374,. ISBN 978-0-07-463180-5, архивировано 27 июня 2014 г.
  16. ^ a b Ball, Филипп (10 сентября 2007 г.). «Горящая вода и прочие мифы». Новости @ природа . Springer Nature. DOI : 10.1038 / news070910-13 . ISSN 1744-7933 . S2CID 129704116 .  
  17. ^ a b c Болл, Филипп (2006). «Ядерные отходы привлекают внимание звезд». Новости @ природа . DOI : 10.1038 / news060731-13 . ISSN 1744-7933 . S2CID 121246705 .  
  18. ↑ Веймар, Кэрри (7 мая 2007 г.). "Не одобряется мейнстримом, учёный подает иск" . Санкт-Петербург Таймс . Проверено 3 февраля 2011 года .
  19. ↑ Poel, LW (апрель 1949 г.). «Прорастание и развитие вереска и концентрация ионов водорода в среде». Природа . 163 (4147): 647–648. Bibcode : 1949Natur.163..647P . DOI : 10.1038 / 163647b0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 4124043 .  
  20. ^ Schadewald, RJ (2008). Их собственные миры: краткая история ошибочных идей: креационизм, плоскоземляние, энергетические аферы и дело Великовского . Xlibris США. ISBN 978-1-4628-1003-1. Проверено 11 июля 2018 года .
  21. ^ Симпсон, Брюс (май 2008 г.). «Доказательство того, что HHO - это афера» . Aardvark Daily . Архивировано 11 февраля 2012 года . Проверено 12 февраля 2012 года .
  22. ^ Вода-Powered Автомобили: Водород Электролизер Mod не может до MPGs архивации 20 марта 2015, в Wayback Machine , Майк Аллен, 7 августа 2008 года, Popularmechanics.com