Yanma

Yanma – ekzotermik reaksiya nəticəsində ilkin maddələrin intensiv istilik ayrılması ilə müşayiət olunan, yandırılma məhsullarına çevrilməsi ilə gedən mürəkkəb fiziki-kimyəvi prosesdir. İlkin maddə qarışığının komponentlərində toplanmış kimyəvi enerji istilik şüalanması və işıq kimi də ayrıla bilər.İşıqlanan zona alov cəbhəsi və ya sadəcə alov adlanır.

1770-ci ilin əvvələrində Karl Şeele və Jozef Pristli oksigeni kəşf edənədək belə hesab olunurdu ki, yana bilən bütün cisimlər “floqiston” adlanan xüsusi başlanğıca malikdir ki, bu da yanma prosesində cisimdən çıxır və yalnız kül qalır. 1775-ci ildə Lavuazye göstərdi ki, əksinə, yanar maddəyə yanma zamanı havanın oksigeni birləşir, 1783-cü ildə isə Lavuazye və Laplas müəyyən etdilər ki, hidrogenin yanma məhsulu təmiz sudur. Bu kəşflər yanmanın təbiətinə müasir elmi baxışların əsasını qoymuş oldu. Yanma nəzəriyyəsinin inkişafında növbəti addım Millar və Le Şatelyenin 1880-ci illərdə apardıqları işlərlə əlaqədardır. 1890-cı ildə Mixelsen alovun boruda yayılması haqqında elmi iş dərc etdirdi və Bunzen lampasının nəzəriyyəsni təklif etdi. Müasir yanma nəzəriyyəsi öz başlanğıcını N.N. Semyonovun 1920-ci ildə istilik partlayışı üzrə apardığı işlərdən alır. 1931-ci ldə N.N. Semyonov tərəfindən əsası qoyulmuş Kimyəvi Fizika İnstitutu kimyəvi fizika və yanma üzrə aparıcı mərkəz oldu. 1938-ci ildə D.A. Frank-Kamenskiy istilik partlayışı nəzəriyyəsini və J.B. Zeldoviçlə birgə əvvəlcədən qarışdırılmış qarışıqlarda [8] laminar alovun yayılması nəzəriyyəsini inkişaf etdirdi. Elə həmin ildə A.F. Belyayevin təcrübələrində göstərildi ki, uçucu partlayıcı maddələrin yanması qaz fazasında gedir. Beləliklə, bu maddələrin yanma sürəti haqqında məsələ qaz fazasında yanma sürətinə gətirib çıxarır. 1942-ci ildə J.B. Zeldoviç alovun qazda yayılması nəzəriyyəsinə əsaslanan kondensləşmiş maddələrin yanma nəzəriyyəsini inkişaf etdirdi. 1940-cı ildə J.B. Zeldoviç J.B. Zeldoviçin, Neymanın və Dyorinqin adı ilə ZND modeli adlanan detonasiya nəzəriyyəsini inkişaf etdirir. Beləki Zeldoviçdən asılı olmayaraq oxşar nəticələrə Fon Neyman və Dyorinq də gəlmişdilər. Bütün bu işlər yanma nəzəriyyəsinin klassikasıdır.

Qarışığın hərəkət sürətinə görə yanma yavaş yanmaya (və ya deflaqrasiyaya) və detonasiyalı yanmaya (detonasiyaya) ayrılır. Deflaqrasiya yanmasının dalğası səs sürətindən aşağı sürətlə yayılır və ilkin qarışığın qızdırılması əsasən istilik keçirmə ilə həyata keçir. Detonasiya dalğası səs sürətindən yüksək olan sürətlə hərəkət edir və kimyəvi reaksiya reaqentlərin zərbə dalğası ilə qızması hesabına gedir, öz növbəsində zərbə dalğasının sabit yayılmasını təmin edir. Qarışığın axmasının xarakterindən asılı olaraq yavaş yanma-laminar və turbulentə bölünür. Detonasiya yanmasında maddələrin axını həmişə turbulentdir. Müəyyən şaraitdə yavaş yanma detonasiyaya keçə bilər. (ingl. DDT, deflagration-to-detonation transition. Əgər qarışığın ilkin komponentləri qazdırsa, yanma qazfazalı (və ya homogen) adlanır. Qazfazalı yanmada oksidləşdirici (adətən, oksigen) yanacaqla (məs. hidrogenlə və ya təbii qazla) qarşılıqlı təsirdə olur. Əgər əvvəldən oksidləşdirici və yanacaq müxtəlif fazadadırsa, yanma heterogen yanma adlandırılır. Bəzi qarışıqlarda bərk məhsulların əmələ gəlməsi ilə əhəmiyyətsiz dərəcədə qaz ayrılmaqla ekzotermik reaksiyalar gedir. Belə mexanizm bərkfazalı yanma adlanır. Yanmanın közərmə, alovsuz və soyuqalovlu yanma kimi növlərini də qeyd edirlər. Ulduzlarda gedən termonüvə reaksiyalarını yanma və ya nüvə yanması adlandırırlar, bu zaman ulduz nuklosintezi prosesində kimyəvi elementlərin nüvəsi əmələ gəlir.

İnsan sivilizasiyasının inkişafında odun ram edilməsi əsas rol oynamışdır. Od insanlara yemək hazırlamaq və yaşayış yerini qızdrmaq imkanı vermiş, sonradan metallurgiyanın, energetikanın inkişafını, yeni və daha təkmil alətlərin və texnologiyaların yaradılmasını təmin etmişdir.Yanma proseslərinin idarə olunması avtomobil, gəmi və raketlər üçün mühərriklər işlənib hazırlanmasının əsasını təşkil edir.

İndiyə qədər yanma dünyada ən əsas enerji mənbəyidir və yaxın perspektivdə elə belə olaraq qalacaq.2010-cu ildə bəşəriyyət tərəfindən istehsal olunan enerjinin təxminən 90%-i faydalı qazıntı kimi çıxarılan yanacağın və ya bioyanacaqların yandırılması ilə əldə olunmuşdur və Enerji Tədqiqatları və İşləri İdarəsinin (ABŞ) proqnozlarına əsasən 2010-2040-cı illərdə enerji sərfinin 56% artmasına baxmayaraq, bu pay 2040-cı ilədək 80%-dən aşağı enməyəcək. Bərpa olunmayan enerji resusrlarının tükənməsi, ətraf mühitin çirklənməsi və qlobal istiləşmə kimi müasir sivilizasiyanın böyük problemləri məhz bununla əlaqədardır.

Yanmanın kimyəvi reaksiyaları adətən şaxələnən-zəncirvari mexanizm üzrə, reaksiya zamanı ayrılan istilik hesabına öz-özünə artan sürətlə gedir.Digər fiziki-kimyəvi proseslərdən yanmanı fərqləndirən xüsusiyyətlər reaksiyanın surətini kəskin şəkildə temperaturdan asılılığa gətirən yüksək istilik effekti və böyük aktivləşmə enerjisidir. Bunun nəticəsində otaq temperaturunda uzun müddət saxlanıla bilən yanar qarışıq alovlanmanın kritik temperatur həddinə çatdıqda və ya xarici enerji mənbəyinin təsiri ilə (məcburi alovlanma, və ya yandırılma) alovlana və ya partlaya bilər.

Əgər ilkin qarışığın kiçik həcmdə qısa zaman ərzində yanmasından əmələ gələn məhsullar böyük mexaniki iş görüb, əhatə edən obyektləri zərbə və istilik təsirinə məruz qoyurlarsa, bu hadisə partlayış adlandırılır. Yanma və partlayış prosesləri atəşsaçan silah, partlayıcı maddə, döyüş sursatı və adi silahlanmanın müxtəlif növlərinin yaradılmasının əsasını təşkil edir.

Alov – yanma prosesində əmələ gələn işıqlanan zonadır.Alovun temperaturu ilkin qarışığın tərkibindən və yanmanın aparıldığı şəraitdən asılıdır. Təbii qazın havada yanması zamanı isti zonada temperatur 2000K-dən, asetilenin oksigendə yanması zamanı isə 3000 K-dən yüksək ola bilər (qaz qaynağı).

Yanma zonasında elektron-həyacanlanmış və rəqsi-həyəcanlanmış vəziyyətdə sərbəst radikal və molekullar əmələ gələ bilər. Əgər işıqlanmanın intensivliyi kifayət qədər böyükdürsə, onu adi gözlə də görmək olar. Alovun rəngi spektrin görünən sahəsində şüalanmanın əsasını təşkil edən kvant keçidlərinin hansı tezlikdə olması ilə müəyyən olunur. Şüalanmanın böyük bir hissəsi, xüsusən bərk faza, alovda toz və ya duda zərrəcikləri olduqda, subyektiv surətdə oddan gələn istilik kimi qəbul olunan infraqırmızı sahənin üzərinə düşür. İnfraqırmızı şüalanmada rəqsi-həyacanlanmış CO, CO2 və H2O molekullarının payı vardır. Təmiz havada hidrogen yandıqda alov demək olar ki, rəngsiz olur. OH radikallarının və optiki diapazonda 306-308 dalğa uzunluğunda şüalanması səbəbindən alov çox az sezilə biləcək mavi rəngə çalır. Adətən havada toz və üzvi mikroqarışıqlar olduğundan hidrogen alovu daha çox işıqlanır. Propan və butan kimi karbohidrogen yanacaqları Bunzen lampasında yandığı zaman, alov yanacağın və havanın nisbətindən asılı olaraq müxtəlif rəngdə ola bilər . Qarışıqların alovu müxtəlif rəngə boyaması qabiliyyətindən analitik kimyada pirokimyəvi analiz və pirotexnikada atəşfəşanlıq, siqnal raketləri üçün istifadə olunur.

Karbohidrogen yanacaqlarının alovu elktromaqnit sahəsi ilə qarşılıqlı təsirdə ola bilər, başqa sözlə alovda yüklənmiş hissəciklər olur. Təcrubi şəkildə müəyyənləşdirilmişdir ki, alovda ionların qatılığı ionlaşmanın sırf termiki mexanizimində müşahidə edilə biləcəyindən 4-6 dəfə artıq ola bilər və faktiki şəkildə alov özünü zəif ionlanmış plazma kimi apara bilər. Lakin alovun temperaturu qarışığın komponentlərinin molekullarının öz arasında toqquşmasından ionlaşması üçün kifayət deyil. 1950-ci illərdə müəyyən olundu ki, ionların əmələ gəlməsinin əsas mexanizmi xemoionlaşmadır. Alovda başqa ionların da olmasının qeyd edilməsinə baxmayaraq, hesab olunur ki, xemoionlaşma əsasən CHO⁺ionunun əmlə gəlməsi ilə gedir. Karbon olmadıqda CHO+ ionu əmələ gəlmir, ona görə də təmiz hidrogenin təmiz oksigendəki alovunda ionların qatılığı azdır. Qazda üzvi maddələrin hətta izi olduqda belə ionların qatılığı əhəmiyyətli surətdə artır, bu zaman alovun keçiriciliyi xeyli yüksəlir. Bu hadisə qaz xromatoqraflarının alov – ionlaşma detektorlarında istifadə olunur. Alovun elktromaqnit sahəsi ilə qarşılıqlı təsiri yanma prosesinin idarə edilməsi və onların əsasında perspektiv texnologiyalr yaradılmasına yeni imkanlar açır.

• Горение // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
• Горение. Химическая энциклопедия. Проверено 16 сентября 2013.
• И.Н. Зверев, Н. Н. Смирнов. Газодинамика горения. — М.: Изд-во Моск. ун-та., 1987. — С. 165. — 307 с.
• Key World Energy Statistics. — International Energy Agency (IEA), 2012. — P. 6. — 80 p.
• International Energy Outlook 2013 with Projections to 2040 (англ.) 1. U.S. Energy Information Administration (EIA). Проверено 4 февраля 2014.