Həyat fəALİYYƏTİ TƏHLÜKƏSİZLİYİNİn nəZƏRİ Əsaslari

10.3. Yanma prosesinin mexanizmi

Yanar qarışıq müəyyən qədər qızdırıldıqda, yanar maddə və oksidləşdirici mühitin molekullarının enerjisi artır, müəyyən həddə çatdıqda aktivləşmə baş verir, aktiv mərkəzlər yaranır. Bu mərkəzlər sərbəst valentliyə malik olur və onun nəticəsində də, yanar maddənin molekulları havanın oksigeni ilə asanlıqla birləşirlər.

Oksidləşmə reaksiyası ekzotermik olduqda, müəyyən bir şəraitdə öz-özünə sürətini artıra bilər. Yanma ilə nəticələnən, öz-özünə sürətlənən oksidləşmə reaksiyasına öz-özünə alovlan­ma deyilir.
Öz-özünə alovlanma iki nəzəriyyədən – istilik və zəncir­va­rı nəzəriyyələrdən ibarətdir.
İstilikdən öz-özünə alovlanma. Bu nəzəriyyəyə əsasən, yanma prosesinin baş verməsi üçün, kimyəvi reaksiyadan ayrılan istiliyin miqdarı ətrafa verilən istilikdən çox olmalıdır. Adətən, istilikdən öz-özünə alovlanma prosesi, yanar maddə qızdırılmağa başladığı andan başlayır. Yanar maddə adi temperaturda qızdırıldığı zaman, tutumda böyük olmayan həcmdə oksidləşmə reaksiyası yaranır. Sonra ayrılan istilik yanma qarışığının qızdırılmasına sərf olunur və nəticə etibarilə reaksiya sürəti artır. Belə ardıcıllıqla yanar qaz sürətlə qızaraq öz-özünə alovlanır. Bu proses qarışığın təzyiqi ilə temperatur arasında olan asılılıqdan daha aydın başa düşülür. Tutaq ki, yanma qarışığı, temperaturu sabit olan bir qaba doldurulur. Bu qabda təzyiq artırılarsa reaksiyanın sürəti yüksələcək və ayrılan istiliyin miqdarı artacaqdır. Lakin, kiçik təzyiqlərdə artan istilik ətrafa verilən istilikdən artıq olmayacaq və bunun nəticəsində də, qabda reaksiya bir növ sabit temperaturda (qab daxilindəki temperatura yaxın) gedəcəkdir. Buradan belə nəticəyə gəlmək olar ki, başlanğıc temperaturun yaranması üçün (ayrılan və ətrafa verilən istiliklərin bərabərliyi) sistemdə müəyyən bir minimal təzyiq olmalıdır.
Akademik N.N.Semyonov təzyiq (P)ilə müvazinət temperaturu (T_m) arasında olan asılılığı belə ifadə etmişdir:

burada – öz-özünə alovlanma üçün lazım olan minimal təzyiq;

– öz-özünə alovlanma üçün minimal temperatur;
– aktivləşmə enerjisi;
– universal qaz sabiti;
– reaksiyanın ardıcıllıq nömrəsi;
– qarışığın tərkibindən asılı olan sabit;
Bu düstura əsasən, verilmiş konkret hal üçün öz-özünə alovlanmanın baş verib-verməyəcəyini qabaqcadan müəyyən etmək olar.
İstilikdən öz-özünə alovlanma nəzəriyyəsi yanma qarışı­ğı­na bəzi maddələrin əlavəsi, təzyiqdən asılı olaraq alovlanma hədlərinin müəyyən edilməsi və s. bu kimi hallar üçün dəqiq cavab vermək imkanına malik deyil. Bu kimi xüsusiyyətlərə zəncirvarı reaksiya nəzəriyyəsi cavab verməyə qadirdir.
Oksidləşmənin zəncirvarı nəzəriyyəsinə görə, müəyyən şəraitdə, yavaş gedən reaksiyanın öz-özünə sürətlənməsi qızdı­rıl­ma nəticəsində deyil, sistemdə reaksiyanın aktiv aralıq məhsullarının toplanması nəticəsində ola bilər. Bu məhsullar zəncirlərin inkişafı və budaqlanması üçün əlverişli şərait yaradır. Reaksiyanın zəncirvarı mexanizminə misal olaraq, hidrogenin oksigenlə qarşılıqlı təsirini göstərə bilərik:




OH-radikalı təkrar regenerasiya edilərək, çoxlu su mole­kulu əmələ gətirə bilir. Reaksiyanın aralıq məhsulları –OH, H və O zəncir daşıyıcıları aktiv mərkəzlər sayılır. Reaksiya regenerasiyaya məruz qalmazsa, aktiv mərkəzlərdən biri məhv olar və beləliklə zəncir qırılar.
Göstərilən reaksiyada zəncirin qırılması aşağıdakı kimi baş verir:

Qırılma, divar materialı ilə aktiv mərkəzlər arasındakı reaksiya və adsorbsiya nəticəsində qabın divarında baş verə bilər. Kimyəvi reaksiya nəticəsində iki aktiv mərkəz yaranarsa, aktiv mərkəzlərin sayı artar və zəncirlərin budaqlanması baş verər. Budaqlanma reaksiyası nəticəsində, aktiv mərkəzlərin artma sürəti onların məhv olma sürətindən çox olarsa, prosesin sürəti arasıkəsilmədən öz-özünə artar və alovlu yanma başlayar.

Aktivləşmə nəzəriyyəsinə görə reaksiyanın həqiqi sürəti:




burada – alovun yayılmasının normal sürəti, sm/san;
– aktivləşmə enerjisi, kal/mol;
– universal qaz sabiti, kal/mol. dərəcə;
– alovlanmanın maksimal temperaturu, K;
Bu nəzəriyyə kimyəvi reaksiyanın sürəti ilə temperatur arasında rabitə yaradır.
Qarışıqda aktivləşmiş molekulların miqdarı artdıqca kimyəvi reaksiyanın sürəti də artır.
Adiabatik alovlanma.Əgər divarları soyuq olan qab içərisində yerləşən yanar qarışığı qızdırıb (ətraf mühitlə (qabla) istilik mübadiləsi getməməsi məqsədilə) sürətlə adiabatik sıxsaq bu zaman alovlanma baş verəcək ki, bu da adiabatik alovlanma adlanır.
Adiabatik sıxılmadan alovlanma istilikdən öz-özünə alov­lan­madan onunla fərqlənir ki, burada qarışıq yerləşdirilən qabın divarında temperatur sabit qalaraq aktiv zəncir reaksiyası mərkəzlərinin yaranmasında iştirak etmir və minimal alovlanma temperaturuna heç bir təsir göstərmir. Ona görə də, adiabatik alovlanma temperaturu qızdırılmış qablarda öz-özünə alovlanma temperaturundan yüksək olur.