Что образуется при горении водорода
Перейти к содержимому

Что образуется при горении водорода

  • автор:

Что образуется при горении водорода

Бете и Вайцзеккер показали, что возможны две различные последовательности реакций преобразования 4-х ядер водорода в ядро 4 He, которые могут обеспечить достаточное выделение энергии для поддержания светимости звезды:
— протон — протонная цепочка (pp — цепочка), в которой водород превращается непосредственно в гелий;
— углеродно — азотно — кислородный цикл (CNO — цикл), в котором в качестве катализатора участвуют ядра C, N и O.
Какая из этих двух реакций играет более существенную роль, зависит от температуры звезды (рис. 13).
В звездах, имеющих массу, сравнимую с массой Солнца, и меньше, доминирует протон — протонная цепочка. В более массивных звездах, имеющих более высокую температуру, основным источником энергии является CNO — цикл. При этом, естественно, необходимо, чтобы в составе звездного вещества присутствовали ядра C, N и O. По современным представлениям температура внутренних слоев Солнца составляет 1.5 ·10 7 K и доминирующую роль в выделении энергии играет протон — протонная цепочка.

Протон — протонная цепочка представлена на рис. 14. Под каждой стрелкой приведено либо время t протекания данной реакции в условиях Солнца, либо период полураспада T1/2 ядра. Расчет проведен с использованием формул (8) — (13) для случая равенства общих масс водорода и гелия, вступающих во взаимодействие, средней плотности вещества ρ = 150 г/см 3 и температуры
T =1.5 ·10 7 K. Для каждой реакции приведено энерговыделение (энергия реакции Q).
Первая реакция в цепочке — взаимодействие двух ядер водорода с образованием дейтрона, позитрона и нейтрино. Эта реакция происходит в результате слабого взаимодействия и является определяющей в скорости всей pp-цепочки (t = 5.8 ·10 9 лет). На втором этапе в результате взаимодействия образовавшегося дейтрона с водородом происходит образование изотопа 3 He с испусканием -кванта. Далее может реализоваться одна из двух возможностей. С вероятностью 69% происходит реакция:

и с вероятностью 31% — реакция с участием дозвездного 4 He

Образовавшееся ядро 7 Be в 99.7% случаев вступает в реакцию с электроном (ppII — цепочка) и в 0.3% случаев — с протоном (ppIII — цепочка). Существенным является наличие в ppIII — цепочке реакции:

дающей поток высокоэнергичных нейтрино, доступный для регистрации. Полная энергия (суммарная энергия реакции Q), выделяющаяся в результате синтеза изотопа 4 He из 4 протонов, составляет 24.7 МэВ — для цепочек ppI, ppIII и 25.7 МэВ для цепочки ppII. Образующиеся при синтезе позитроны аннигилируют, увеличивая энерговыделение для всех цепочек до 26.7 МэВ.

Для оценки величины энергии, выделяющейся в pp-цепочке, необходимо уметь оценить скорости протекания различных ядерных реакций. Сечение реакции для частиц i, j, вступающих во взаимодействие, можно записать в виде:

В табл. 8 приведены значения коэффициента Sij при E = 0 для некоторых реакций pp — цикла и неопределенности оценок величин соответствующих коэффициентов.

Значение величин коэффициента Sij в реакциях pp-цикла

Химические свойства водорода

Водород — горючий газ, он может сгорать на воздухе. В смеси водорода с кислородом при комнатной температуре реакция не протекает. Однако при поджигании смеси происходит реакция со взрывом. Если объемы водорода и кислорода находятся в соотношении 2:1, то происходит сильный взрыв. Такую смесь называют гремучим газом.

Чистый водород в пробирке сгорает с тихим звуком. Если же водород смешан с воздухом, то он взрывается с лающим звуком, такая смесь опасна. При поджигании водорода пробирку держат вверх дном, так как водород легче воздуха.

При горении водорода температура поднимается до 3000 °C.

В результате реакции горения водорода образуется вода:

Помимо кислорода при нагревании водород реагирует с такими неметаллами как хлор, сера, углерод:

При действии катализаторов и повышенном давлении водород реагирует с азотом.

Водород способен замещать металлы в ряде оксидов, тем самым восстанавливая металлы:

PbO + H2 = Pb + H2O (реакция происходит при нагревании)

Таким образом водород является восстановителем. Водород способен восстановить металлы, стоящие в ряду активности металлов правее марганца.

Способен вступать в реакцию соединения с некоторыми металлами, выступая в роли окислителя:

2Na + H2 = 2NaH (гидрид натрия)

Что образуется при горении водорода

17 лет успешной работы в сфере подготовки к ЕГЭ и ОГЭ!

2134 поступивших (100%) в лучшие вузы Москвы

Подготовка к ЕГЭ, ОГЭ и предметным Олимпиадам в Москве

Свяжитесь с нами
8 (495) 643-69-44

  • home
  • map
  • mail

  • Подготовиться к ОГЭ
  • Подготовиться к ЕГЭ
  • Подготовиться к олимпиадам

admin чтв, 2012-04-19 13:53

Описание.
Получаем водород взаимодействием цинка и соляной кислоты. Водород означает «рождающий воду». Вода получается при горении водорода. При горении водорода выделяется очень большое количество теплоты, значит, водород – топливо, поэтому с водородом нужно обращаться осторожно. Поджигаем водород у конца газоотводной трубки. Вначале пламя едва заметно, водород горит бесцветным пламенем. Постепенно трубка раскаляется, и пламя становится желтым. Соединения натрия, входящие в состав стекла, окрашивают пламя.

  • Программа обучения по химии
  • Рекомендуемая литература по химии
  • Видео-эксперименты по химии
  • Учебные материалы по химии
  • Стоимость обучения по химии
  • Программа подготовки по химии
  • Литература по химии
  • Видео-опыты по химии
  • Материалы по химии
  • Стоимость занятий по химии
  • 9-10 классы
  • 11 классы и абитуриенты
  • Программа подготовки егэ по биологии
  • Список рекомендуемой литературы для занятий по биологии
  • Видео-материалы по биологии
  • Учебные материалы по биологии
  • Стоимость обучения по биологии
  • Программа обучения по биологии
  • Литература по биологии
  • Видео уроки по биологии
  • Книги и пособия по биологии
  • Стоимость занятий по биологии
  • 9-10 классы
  • 11 классы и абитуриенты
  • Программа обучения по математике
  • Рекомендуемая литература по математике
  • Учебные материалы по математике
  • Стоимость обучения по математике
  • Программа подготовки по математике
  • Литература по математике
  • Книги и пособия по математике
  • Стоимость занятий по математике
  • 9-10 классы
  • 11 классы и абитуриенты
  • Программа подготовки к ЕГЭ и ОГЭ по русскому языку
  • Литература для подготовки к ЕГЭ и ОГЭ по Русскому языку
  • Учебные материалы по Русскому Языку
  • Стоимость занятий по русскому языку
  • Программа подготовки к ЕГЭ и ОГЭ по русскому языку
  • Литература для подготовки к ЕГЭ и ОГЭ по Русскому языку
  • Учебные материалы по Русскому Языку
  • Стоимость занятий по русскому языку
  • 9-10 классы
  • 11 классы и абитуриенты

Родителям и ученикам

  • Образовательный Центр «ПАРАМИТА» Адрес: г. Москва, ул. Образцова, 14 (2 этаж) Рядом с метро Достоевская, Марьина Роща, Белорусская Телефон: 8 (495) 643-69-44 Электронная почта: info@paramitacenter.ru
  • Вход

© 2005 — 2024 Образовательный Центр Парамита

Экологические проблемы сжигания водорода

Все мы знаем формулу Н2О. Некоторые еще знают, что при сжигании водорода выделяется энергия (около 140 МДж/кг). Особо упоротые еще знают, что водород производят на водородных станциях, а кислород на кислородных станциях.
Еще кто-то слышал, что это самое экологичное топливо, так как выхлоп целиком состоит из водяного пара Н2О.
На этом «знания» заканчиваются.

Про то, что водяной пар — это главный парниковый газ я писал тут:
https://smart-lab.ru/blog/659641.php

Теперь перейдем непосредственно к самому процессу сжигания.
Приблизительно процесс описывается формулой 2H2 + O2 = 2H2O + E
Проблема в том, что при сжигании водорода используют не чистый водород, а атмосферный воздух.
атмосферный воздух состоит из азота на 78%, кислорода на 21 % — кислород. 1% приходится на другие газы, включая ныне нелюбимый всеми СО2.

Так что же происходит?
Всё дело в том, что при температуре горения более 600 оС, а особенно после 1500оС начинается реакция азота и кислорода:
Экологические проблемы сжигания водорода
тепловой эффект реакции −180,9 кДж
NO не имеет запаха, но при вдыхании может связываться с гемоглобином, подобно угарному газу переводя его в форму, не способную переносить кислород.
При комнатной температуре и атмосферном давлении происходит окисление NO кислородом воздуха:
Экологические проблемы сжигания водорода

Оксид азота (IV) NO2 (диоксид азота; двуокись азота) в высоких концентрациях раздражает лёгкие и может привести к серьёзным последствиям для здоровья. NO2 соединяется с водой, хорошо растворяется в жире и может проникать в капилляры лёгких, где он вызывает воспаление и астматические процессы. Концентрация NO2 свыше 200 ppm считается летальной, но уже при концентрации свыше 60 ppm могут возникать неприятные ощущения и жжение в лёгких. Долговременное воздействие более низких концентраций может вызывать головную боль, проблемы с пищеварением, кашель и лёгочные заболевания.
В клинике острого отравления оксидами азота различают четыре периода: латентный, нарастания отёка лёгких, стабилизации и обратного развития[3]. В скрытом периоде мнимого благополучия, который может продолжаться 4—12 часов, больного может беспокоить конъюнктивит, ринит и фарингит за счёт раздражения слизистых оболочек, проявляющиеся кашлем, слезотечением, общим недомоганием, однако его общее состояние в целом удовлетворительное. Затем состояние больного ухудшается: по мере развития отёка лёгких появляется влажный кашель со слизистой или кровянистой мокрота, одышка, цианоз, тахикардия, субфебрильное или фебрильное повышение температуры. Возникает чувство страха, психомоторное возбуждение и судороги. В отсутствие квалифицированной медицинской помощи это может привести к летальному исходу.

Токсичность! Оксид азота (II) — ядовитый газ с удушающим действием.

Экологические проблемы сжигания водорода

Ответствен за смог!
Смог — это чрезмерное загрязнение воздуха вредными веществами, выделенными в результате работы промышленных производств, транспортом и теплопроизводящими установками при определённых погодных условиях. Выбросы NOx считаются одной из основных причин образования фотохимического смога:

Экологические проблемы сжигания водорода

ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BC%D0%BE%D0%B3
Но это мелочи!
Соединяясь с парами воды в атмосфере, NOx образуют азотную кислоту, и, вместе с оксидами серы, являются причиной образования кислотных дождей.
Лес после кислотного дождя:

Экологические проблемы сжигания водорода

Именно по оксидам азота сильно ударили экологические нормы ЕВРО, начиная с ЕВРО-3:

ru.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D0%B2%D1%80%D0%BE-6

И так, а что же при сжигании водорода?
Температура более 1500 градусов, что приводит к недопустимо высоким выбросам NOx.

при горении водорода в воздухе достигается температура около 2000°С.

(Кстати, эти любимые всеми клапана EGR в автомобилях как раз и призваны снижать образование оксидов азота)

Особо забавно читать выводы по эксплуатации экспериментальных энергических установок на водороде:

Газовая турбина на водороде

Ключевая технология, необходимая для масштабного использования водорода в газовой электроэнергетике, – водородная турбина. По оценке компании Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS), на существующих газотурбинных установках можно увеличить долю водорода до 20% в смеси его с природным газом без существенных изменений в конструкции. MHPS успешно испытала в Японии сверхмощную газовую турбину серии J в работе на топливной смеси из природного газа (70%) и водорода (30%). Испытания были проведены на заводе в Такасаго на парогазовой установке мощностью 700 МВт (КПД – 63% с температурой газов после камеры сгорания ГТУ – 1600°C). Для сжигания топлива использовались горелки с вихревым перемешиванием. Благодаря водороду выбросы CO2 сократились на 10%, а выбросы оксидов азота, по мнению компании, «остались на удовлетворительном уровне».

Т.е. если мы меняем смесь природного газа и водорода на (60%) и (40%), то очевидно что выбросы оксидов азота, даже по мнению компании оказываются уже на каком-то совершенно неприличном уровне!

Кроме того, водород чрезвычайно взрывопожароопасен!
10 июня 2019 года на водородной заправочной станции компании Uno-X в Саннвике (Норвегия) произошёл мощный взрыв, причиной которого послужила утечка водорода из баллона высокого давления. В результате взрыва не было погибших, однако воздействие взрыва было столь велико, что ощущалось как землетрясение в радиусе 28 километров.
norwaytoday.info/news/explosion-sandvika-hydrogen-tank/

Кстати, ранее именно из-за оксидов азота был похоронен проект автомобиля на газотурбинном двигателе:

  • Ключевые слова:
  • водород,
  • водородный двигатель,
  • экология,
  • проблемы,
  • уже было

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *