stringtranslate.com

кислородоводород

Электролитическая ячейка девятнадцатого века для производства гремучего водорода

Оксиводород 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, используемой для сварки . Теоретически для достижения максимальной эффективности достаточно соотношения водорода:кислорода 2:1; на практике соотношение 4:1 или 5:1 необходимо, чтобы избежать окислительного пламени . [2]

Эту смесь также можно называть Knallgas (скандинавский и немецкий Knallgas ; букв.  «взрывной газ»), хотя некоторые авторы определяют Knallgas как общий термин для смеси топлива с точным количеством кислорода, необходимого для полного сгорания. таким образом, гремучий водород в соотношении 2:1 будет называться «водородно-газовым газом». [3]

«Газ Брауна» и HHO — это термины, обозначающие кислородный водород, возникшие в псевдонауке , хотя x H 2 + y O 2 является предпочтительным , поскольку HHO означает H 2 O.

Характеристики

Кислород воспламенится при достижении температуры самовоспламенения . Для стехиометрической смеси на воздухе при нормальном атмосферном давлении самовоспламенение происходит при температуре около 570 ° C (1065 ° F). [4] Минимальная энергия, необходимая для воспламенения такой смеси при более низких температурах искрой, составляет около 20 микроджоулей . [4] При стандартной температуре и давлении гремучий кислород может гореть, если его содержание водорода составляет от 4 до 95 % по объему. [5] [4]

При воспламенении газовая смесь превращается в водяной пар и выделяет энергию , которая поддерживает реакцию: 241,8 кДж энергии ( LHV ) на каждый моль сгоревшего H 2 . Количество выделяемой тепловой энергии не зависит от режима горения, но температура пламени меняется. [6] Максимальная температура около 2800 °C (5100 °F) достигается при использовании точной стехиометрической смеси, что примерно на 700 °C (1300 °F) горячее, чем водородное пламя в воздухе. [7] [8] [9] Когда любой из газов смешивается с превышением этого соотношения или когда он смешивается с инертным газом, таким как азот, тепло должно распространяться на большее количество вещества, и температура пламени будет ниже. [6]

Производство электролизом

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 закрытой системы всегда равна выходной энергии, как гласит первый закон термодинамики . Однако на практике ни одна система не является идеально закрытой, и энергия, необходимая для генерации гремучего водорода, всегда превышает энергию, выделяемую при его сжигании, даже при максимальной практической эффективности, как предполагает второй закон термодинамики (см. Электролиз воды # Эффективность ).

Приложения

Компания Limelights использовала грейферное пламя в качестве высокотемпературного источника тепла.

Осветительные приборы

Описаны многие формы грейдоводородных ламп , такие как прожектор , в котором греблено-водородное пламя нагревало кусок извести до раскаленного добела накаливания . [10] Из-за взрывоопасности гремучего водорода освещение прожекторов было заменено электрическим освещением .

Кислородно-водородная паяльная трубка

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

Основы кислородно-водородной паяльной трубки были заложены Карлом Вильгельмом Шееле и Джозефом Пристли примерно в последней четверти восемнадцатого века. Сама кислородно-водородная паяльная трубка была разработана французом Бошаром -де-Сароном, английским минералогом Эдвардом Дэниелом Кларком и американским химиком Робертом Хэром в конце 18 - начале 19 веков. [11] Он производил достаточно горячее пламя, чтобы расплавить такие огнеупорные материалы, как платина , фарфор , огнеупорный кирпич и корунд , и был ценным инструментом в нескольких областях науки. [12] Он используется в процессе Вернейля для производства синтетического корунда. [13]

Водородная горелка

Греховодородная горелка (также известная как водородная горелка ) представляет собой кислородно-газовую горелку , которая сжигает водород ( топливо ) с кислородом ( окислителем ). Применяется для резки и сварки [14] металлов , стекла и термопластов . [10]

Из-за конкуренции со стороны дуговой сварки и других кислородно-топливных горелок, таких как горелка, работающая на ацетилене, кислородно-водородная горелка сегодня используется редко, но она остается предпочтительным режущим инструментом в некоторых нишевых приложениях.

Когда-то при обработке платины использовался гремучий водород , потому что в то время только он мог гореть достаточно сильно, чтобы расплавить металл при температуре 1768,3 °C (3214,9 °F). [6] Эти методы были заменены электродуговой печью .

Псевдонаучные утверждения

Кислород связан с различными преувеличенными утверждениями. [15] [16] [17] Его часто называют «газом Брауна» или «газом HHO», термин, популяризированный маргинальным физиком [18] Руджеро Сантилли , который утверждал, что его газ HHO, производимый специальным аппаратом, является « новая форма воды» с новыми свойствами, основанная на его маргинальной теории « магнетул ». [17]

О кислородоводороде было сделано много других псевдонаучных заявлений, таких как способность нейтрализовать радиоактивные отходы, помогать растениям прорастать и многое другое. [17]

Кислородный 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 при сжигании полученного газа. [16] [19] Кроме того, объем газа, который может быть произведен для потребления по требованию посредством электролиза, очень мал по сравнению с объемом, потребляемым двигателем внутреннего сгорания. [20]

В статье в «Популярной механике» в 2008 году сообщалось, что грейфер не увеличивает экономию топлива в автомобилях . [21]

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

Рекомендации

  1. ^ Говард Монро Рэймонд (1916), «Кислородно-водородная сварка», Современная производственная практика, том 1 , Американское техническое общество, заархивировано из оригинала 6 марта 2011 г.
  2. ^ Виалл, Итан (1921). Газовая горелка и термитная сварка. МакГроу-Хилл. п. 10. Архивировано из оригинала 3 августа 2016 года.
  3. ^ В. Диттмар, «Упражнения по количественному химическому анализу», 1887, с. 189. Архивировано 27 июня 2014 г. в Wayback Machine .
  4. ^ abc О'Коннор, Кен. «Водород» (PDF) . Руководство по безопасности Гленна НАСА, Исследовательский центр Гленна . Архивировано из оригинала (PDF) 2 февраля 2013 г.
  5. ^ Мойл, Мортон; Моррисон, Ричард; Черчилль, Стюарт (март 1960 г.). «Детонационные характеристики водородо-кислородных смесей» (PDF) . Журнал Айше . 6 (1): 92–96. Бибкод :1960АИЧЕ...6...92М. дои : 10.1002/aic.690060118. hdl : 2027.42/37308 .
  6. ^ abc Чисхолм, Хью , изд. (1911). «Оксиводородное пламя»  . Британская энциклопедия . Том. 20 (11-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 424.
  7. ↑ Калверт, Джеймс Б. (21 апреля 2008 г.). «Водород». Денверский университет . Архивировано из оригинала 18 апреля 2009 года . Проверено 23 апреля 2009 г. Пламя воздушно-водородной горелки достигает 2045 °С, а пламя грейдоводородной — 2660 °С.
  8. ^ «Адиабатическая температура пламени». Инженерный набор инструментов . Архивировано из оригинала 28 января 2008 года . Проверено 23 апреля 2009 г.«Кислород как окислитель: 3473 К, Воздух как окислитель: 2483 К»
  9. ^ «Температура синего пламени». Архивировано из оригинала 16 марта 2008 года . Проверено 5 апреля 2008 г.«Водород в воздухе: 2400 К, Водород в кислороде: 3080 К»
  10. ^ аб Тилден, Уильям Август (1926). Химические открытия и изобретения в двадцатом веке. Адамант Медиа Корпорация. п. 80. ИСБН 978-0-543-91646-4.
  11. ^ Хофманн, AW (1875). «Отчет о развитии химического искусства за последние десять лет». Химические новости . Химики-производители.
  12. ^ Гриффин, Джон Джозеф (1827). Практический трактат по использованию газовой трубки в химическом и минеральном анализе. Глазго: Р. Гриффин и компания.
  13. ^ «Процесс Вернейля». Британская энциклопедия . 22 октября 2013 года . Проверено 11 июля 2018 г.
  14. ^ П.Н. Рао (2001), «24.4 Кислородная сварка», Технология производства: литейное производство, формовка и сварка (2-е изд.), Tata McGraw-Hill Education, стр. 373–374, ISBN 978-0-07-463180-5, заархивировано из оригинала 27 июня 2014 г.
  15. ^ "Научно-исследовательский институт Орла - Газ Брауна - Мифы-концепции" . Архивировано из оригинала 18 апреля 2019 года . Проверено 11 июля 2018 г.
  16. ^ Аб Болл, Филип (10 сентября 2007 г.). «Горящая вода и другие мифы». Новости@природа . Спрингер Природа. дои : 10.1038/news070910-13 . ISSN  1744-7933. S2CID  129704116.
  17. ^ abc Болл, Филип (2006). «Ядерные отходы привлекают внимание звезд». Новости@природа . дои : 10.1038/news060731-13. ISSN  1744-7933. S2CID  121246705.
  18. ↑ Веймар, Кэрри (7 мая 2007 г.). «Пренебрегаемый мейнстримом, учёный подаёт в суд». «Санкт-Петербург Таймс» . Проверено 3 февраля 2011 г.
  19. ^ Шадевальд, Р.Дж. (2008). Их собственные миры: краткая история ошибочных идей: креационизм, плоская Земля, энергетическое мошенничество и дело Великовского. Кслибрис США. ISBN 978-1-4628-1003-1. Проверено 11 июля 2018 г.
  20. ^ Симпсон, Брюс (май 2008 г.). «Доказательство того, что HHO — это мошенничество». Муравьед Ежедневно . Архивировано из оригинала 11 февраля 2012 года . Проверено 12 февраля 2012 г.
  21. ↑ Автомобили с водным двигателем: модификация водородного электролизера не может увеличить расход топлива на галлон. Архивировано 20 марта 2015 г., в Wayback Machine , Майк Аллен, 7 августа 2008 г., Popularmechanics.com.