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.
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]
Чистую стехиометрическую смесь можно получить электролизом воды , при котором для диссоциации молекул воды используется электрический ток :
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 ).
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 .
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]
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 .
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 .
Пламя воздушно-водородной горелки достигает 2045 °С, а пламя грейдоводородной — 2660 °С.