Исследовательская работа "Палитра огня"
Добрых полтора миллиона лет назад человек укротил огонь. Это было, пожалуй, самое выдающееся событие в истории человечества: огонь давал свет и тепло, отгонял диких зверей и делал мясо вкуснее. Он был великим волшебником: вел от дикости к цивилизации, от природы к культуре.
Цветовая гамма огня довольно разнообразна. С незапамятных времен человеку было интересно, почему огонь меняет свой цвет. Ученые проводили многочисленные эксперименты и пытались выяснить, что же влияет на цвет огня.
Все мы знаем, что пламя газовой горелки обычной бытовой плиты горит голубовато-синим пламенем. Зажженная спичка, дрова в печке и обычная хозяйственная свеча имеют желтовато-оранжевое пламя.
Однажды родители подарили мне китайские новогодние свечки, которые горели цветным пламенем: желтым, красным, фиолетовым, синим и зеленым. Мне стало интересно: почему так происходит? Ведь если в расплавленный парафин хозяйственной свечки добавить какой-нибудь пищевой краситель, она не будет гореть цветным пламенем.
Исходя из вышеизложенного, я сформулировал цель проекта: узнать, какие химические вещества в ходе горения излучают необычный для пламени цвет; найти практичное применение цветному пламени.
Объектом исследования: пламя огня.
Предмет: постановка опытов по получению цветного пламени огня.
Гипотеза: цвет пламени огня зависит от веществ, которые в нем сгорают.
В соответствии с целью, объектом, предметом исследования определены следующие задачи:
1. Поиск информации в различных литературных источниках и Интернет-ресурсах по теме работы.
2. Разработать и воспроизвести опыты по получению цветного пламени.
3. Найти практическое применение цветному пламени.
В работе применялись следующие методы исследования:
Глава 1. Сведения о пламени огня.
1.1. Горение. Пламя.
Горение - представляет собой сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя (экзотермическая реакция окисления вещества), сопровождающаяся выделением тепла, света, дыма и др. продуктов сгорания (в зависимости от вида и состава горючего вещества).
Горение – это химическая реакция окисления, сопровождающаяся выделением тепла.
Для возникновения горения необходимо наличие трёх условий горючего вещества, окислителя и источника зажигания :
Горючее вещество - это всякое твёрдое, жидкое или газообразное вещество, способное окисляться с выделением тепла.
Окислители — вещества и материалы, обладающие способностью вступать в реакцию с горючими веществами, вызывая их горение, а также увеличивать его интенсивность. Окислителем чаще всего является кислород воздуха (могут быть также хлор, пары брома, серы и т.д.).
Источник зажигания - средство энергетического воздействия, инициирующее возникновение горения. Источники зажигания принято делить на открытые (светящиеся) – молния, пламя, искры, накалённые предметы, световое излучение; и скрытые (несветящиеся) – тепло химических реакций, микробиологические процессы, адиабатическое сжатие, трение, удары и т. п. Они имеют различную температуру пламени и нагрева. Всякий источник зажигания должен иметь достаточный запас теплоты или энергии, передаваемой реагирующим веществам. Поэтому на процесс возникновения горения влияет и продолжительность воздействия источника зажигания. После начала процесса горения оно поддерживается тепловым излучением из его зоны.
Пламя — это светящаяся зона, образующаяся в ходе горения. Температура пламени зависит от состава исходной смеси и условий, при которых осуществляется горение. Пламя спички достигает температуры 800 °С; искра от удара металлических тел — 1900 °С; температура электрического разряда — 10 000 °С. При горении природного газа в воздухе температура в горячей зоне может превышать 1730 о С, а при горении ацетилена в кислороде (газовая сварка) — 2730 о С.
1.2. Цветное пламя.
Цвет огня определяется, главным образом, температурой пламени и тем, какие химические вещества в нем сгорают.
В середине XIX века Робертом Бунзеном была изобретена горелка, которая дает ровный бесцветный цвет пламени. Он вводил в пламя горелки различные элементы на платиновой проволоке. Платина не влияет на цвет пламени и не окрашивает его. При внесении в горелку различных металлов, цвет пламени изменялся.
Знаменитый голубой огонек, который можно видеть при горении природного газа, обусловлен угарным газом, который и дает этот оттенок.
В нормальных условиях пламя и должно быть голубым, так как это означает, что газ сгорает целиком. А желтые или оранжевые язычки пламени – признак того, что газ сгорает не полностью и выделяется ядовитый угарный газ. В этом случае газовым прибором пользоваться нельзя, нужно срочно вызвать мастера из аварийной газовой службы.
Если на конфорку газовой плиты посыпать немножко поваренной соли - в пламени появятся желтые язычки. Такое желто-оранжевое пламя дают соли натрия (поваренная соль, хлорид натрия). Такими солями богата древесина, поэтому обычный лесной костер или бытовые спички горят желтым пламенем.
Медь придает пламени зеленый оттенок. При высоком содержании меди в сгораемом веществе пламя имеет яркий зеленый цвет.
Зеленый цвет и его оттенки огню придают также барий, молибден, фосфор, сурьма. В синий окрашивает пламя селен, а в сине-зеленый - бор.
Красное пламя даст литий, стронций и кальций, фиолетовое – калий, желто-оранжевый оттенок выходит при сгорании натрий.
1.3. Применение цветного пламени.
Благодаря свойству атомов и молекул испускать свет определенного цвета был разработан метод определения состава веществ, который называется спектральным анализом.
Ученые исследуют спектр, который испускает вещество, например, при горении, сравнивают его со спектрами известных элементов, и, таким образом, определяют его состав.
Так, например, спектр лития состоит из одной яркой красной линии и одной оранжевой послабее, а спектр стронция – из одной голубой и нескольких красных, оранжевых, желтых линий.
Бунзеновская горелка используется для исследования минералов и определения их состава. Роберт Бунзен был родоначальником метода определения состава вещества по цвету пламени.
Металлы, соли которых окрашивают пламя в различные цвета, используют для приготовления цветных огней для салютов и римских свечей. Ф ейерверки во время праздников расцвечивают небо красивыми красками и собирают огромное количество любителей эффектного светового шоу. Хлорид лития используется в пиротехнике для придания пламени темно-красного оттенка. Хлорид стронция компонент пиротехнических составов - придает пламени карминово-красный цвет.
Для подачи сигналов бедствия используются сигнальные ракеты. В рыболовных и охотничьих магазинах можно приобрести сигнальные факелы или файеры.
В оборонной промышленности используются трассирующие боеприпасы, которые светятся в полете и позволяют солдатам вести прицельный огонь ночью.
Теплую и приятную атмосферу в доме создают камин или свечи. В канун миллениума китайский бизнесмен Лу Цзин основал кампанию, которая выпустила на рынок свечи с цветным пламенем.
Высоко ценится для топки каминов древесина, прибитая к океанскому берегу. Находясь, долгое время в море, бревна адсорбируют большое количество разных веществ. Эти вещества при горении бревен окрашивают пламя во множество разных цветов.
Сегодня активно ведутся разработки безопасных фейерверков. Ученые пытаются вывести подходящие формулы и найти верные рецептуры для безопасной пиротехники. Академик Александр Ферсман назвал стронций «металлом красных огней». Соли стронция окрашивают ф ейерверки в красный цвет, а соли бария – в зеленый. Соли стронция и бария опасны. Дым после фейерверков опасен для людей, которые имеют заболевания органов дыхания (аллергиков, астматиков). Таким людям становится тяжело дышать. Тяжелые металлы оседают на почву, попадают в водоемы, что приводит отравлению живых организмов. Световые эффекты, шум от фейерверков приводит к тому, что птицы вынуждены покинуть места, выбранные для ночлега и гнездования. Статистика об использовании пиротехники з а первые дни нового 2016 года печальна: только в Москве от взрывов петард и салютов пострадали 30 взрослых и 12 детей. Возможно, красивое лазерное шоу может стать хорошей альтернативой более дорогим фейерверкам и салютам.