Пла́мя — явление, вызванное свечением раскалённой газообразной среды, в ряде случаев содержащей плазму и/или диспергированные твёрдые вещества, в которой происходят физико-химические превращения реагентов, приводящие к свечению, тепловыделению и саморазогреву.

Газообразная среда пламени содержит заряженные частицы (ионы, радикалы), что обусловливает наличие электропроводности пламени и взаимодействие его с электромагнитными полями. На этом принципе построенны приборы, способные с помощью электромагнитного излучения приглушить пламя, оторвать от горючих материалов или изменить его форму. ^[1]

Цвет пламени

Цвет пламени определяется в первую очередь тепловым излучением и излучением квантовых переходов.

Температура пламени

Температура воспламенения для большинства твердых материалов - 300°С. Температура пламени в горящей сигарете - 700-800°С. В спичке температура пламени 750-850 °С, при этом 300°С - температура воспламенения дерева, а температура горения дерева равняется примерно 800 — 1000 °С. Температура горения пропан-бутана колеблется от 800 до 1970 °С. Температура пламени керосина - 800, в среде чистого кислорода - 2000 °С. Температура горения бензина - 1300-1400 °С. Температура пламени спирта не превышает 900 °С. Температура горения магния - 2200 °С.

Пламя свечи

Обычное пламя, которое мы наблюдаем при горении свечи, пламя зажигалки или спички, представляет собой поток раскалённых газов, вытянутый вертикально за счёт силы Архимеда (горячие газы стремятся подниматься вверх). Сначала фитиль свечи нагревается и парафин начинает испаряться. Для зоны 1, самой нижней, характерно небольшое синее свечение - там много топлива и мало кислорода. Поэтому, происходит неполное сгорание топлива с образованием CО, который, окисляясь на самом крае конуса пламени, придает ему синий цвет. В зону 2 за счет диффузии проникает больше кислорода, там происходит дальнейшее окисление топлива температура больше, чем в зоне 1, но его все же недостаточно для полного сгорания топлива. В зоне 1 и зоне 2 содержатся не сгоревшие капельки топлива и частицы угля. Из-за сильного нагревания они светятся. Испарившееся топливо и продукты его горения - углекислый газ и вода - почти не светятся. В зоне 3 концентрация кислорода еще больше. Там происходит догорание не сгоревших частиц топлива, которые светились в зоне 2, поэтому эта зона почти не светится, хотя там самая высокая температура.

Классификация

Пламя классифицируют по:

• агрегатному состоянию горючих веществ − пламя газообразных, жидких, твёрдых и аэродисперсных реагентов;
• излучению − светящиеся, окрашенные, бесцветные;
• состоянию среды горючее − окислитель − диффузионные, предварительно перемешанных сред;
• характеру перемещения реакционной среды − ламинарные, турбулентные, пульсирующие;
• температуре − холодные, низкотемпературные, высокотемпературные;
• скорости распространения − медленные, быстрые;
• высоте − короткие, длинные;
• визуальному восприятию − коптящие, прозрачные, цветные.

В ламинарном диффузионном пламени можно выделить 3 зоны (оболочки). Внутри конуса пламени имеются: тёмная зона (300−350 °C), где горение не происходит из-за недостатка окислителя; светящаяся зона, где происходит термическое разложение горючего и частичное его сгорание (500−800 °C); едва светящаяся зона, которая характеризуется окончательным сгоранием продуктов разложения горючего и макс. температурой (900−1500 °C). Температура пламени зависит от природы горючего вещества и интенсивности подвода окислителя.

Распространение пламени по предварительно перемешанной среде (невозмущённой), происходит от каждой точки фронта пламени по нормали к поверхности пламени. Величина такой НСРП является основную характеристикой горючей среды. Она представляет собой минимально возможную скорость пламени. Значения НСРП отличаются у различных горючих смесей − от 0,03 до 15 м/с.

Распространение пламени по реально существующим газовоздушным смесям всегда осложнено внешними возмущающими воздействиями, обусловленными силами тяжести, конвективными потоками, трением и т. д. Поэтому реальные скорости распространения П. всегда отличаются от нормальных. В зависимости от характера горения скорости распространения П. имеют след. диапазоны величин: при дефлаграционном горении − до 100 м/с; при взрывном горении − от 300 до 1000 м/с; при детонационном горении − св. 1000 м/с.

Окислительное пламя

Расположено в верхней, самой горячей части пламени, где горючие вещества практически полностью превращены в продукты горения. В данной области пламени избыток кислорода и недостаток топлива, поэтому помещённые в эту зону вещества интенсивно окисляются.

Восстановительное пламя

Это часть пламени, наиболее близко расположенная к центру или чуть ниже центра пламени. В этой области пламени много топлива и мало кислорода для горения, поэтому, если внести в эту часть пламени вещество, содержащее кислород, то кислород отнимается у вещества.
Проиллюстрировать это можно на примере реакции восстановления сульфата бария BaSO₄. С помощью платиновой петли забирают BaSO₄ и нагревают его в восстановительной части пламени спиртовой горелки. При этом сульфат бария восстанавливается и образуется сульфид бария BaS. Поэтому пламя и называют восстановительным.

Цвет пламени зависит от нескольких факторов. Наиболее важны: температура, наличие в пламени микрочастиц и ионов, определяющих эмиссионный спектр.

Применение

Пламя (окислительное и восстановительное) используется в аналитической химии, в частности, при получении окрашенных перлов для быстрой идентификации минералов и горных пород, в том числе в полевых условиях, с помощью паяльной трубки.

Пламя в невесомости

Пламя в невесомости

См. также

• Горение, в том числе беспламенное горение.
• Огонь
• Пирохимический анализ — методы обнаружения химических элементов по различному окрашиванию пламени.

Литература

Тидеман Б. Г., Сциборский Д. Б. Химия горения. — Л., 1935.

Примечания