огненное облако в бутылке

СУТЬ ОПЫТА:

Спирт испаряется и смешивается с кислородом в воздухе. Данная смесь очень легко воспламеняема. В том числе и в концентрации, используемой в незамерзающей жидкости. Автомобилистам нужно быть на чеку.

ЭТАПЫ ЭКСПЕРИМЕНТА:

- Наливаем спирт и незамерзайку в разные бутылки.
- Болтаем обе жидкости в бутылках.
- Зажигаем спички, подносим к горлышкам бутылок.
- Выключаем свет. Пары красиво прогорают сверху вниз с разной интенсивностью.

ЧТО ИСПОЛЬЗОВАЛОСЬ:

- 2 пластиковые бутылки
- изопропиловый спирт
- зимняя стеклоомывающая жидкость
- спички

ОПИСАНИЕ:

Загадочные, противоречивые, очевидные, зрелищные, шокирующие, удивительные, - да мало ли определений можно подобрать к опытам. А этот - красивый. Просто красивый. Даже и сказать-то нечего. Но все равно придется.

Поставим перед собой две цели. Объяснить, почему пламя возникает не касаясь жидкости и стекает медленно. И, второе, почему в одной бутылке реакция начинается и протекает быстрее.

НАЧНЕМ С СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ:

Изопропиловый спирт, или изопропанол, - простейший вторичный одноатомный спирт с химической формулой CH3CH(OH)CH3.

В составе конкретно этой зимней стеклоомывающей жидкости для автомобилей (в народе – «незамерзайка») присутствуют: изопропиловый спирт, вода и некоторые незначительные добавки. Производитель обещает, что жидкость начнет замерзать после -25оС, следовательно, спирта у нас около 60% (см. табл.)

Условно, в одной бутылке имеем изопропиловый спирт (100%), во второй – смесь изопропилового спирта и воды (60%+40%).

Известно, что испарение происходит при любой температуре. Так вот, спирты обладают свойством испаряться быстрее, чем, например, вода. В том числе и поэтому алкогольные напитки рекомендуется плотно закрывать, дабы не получить на следующий день невкусный «компотик».

Взбалтываем наши жидкости в бутылках, чтобы площадь поверхности соприкосновения с воздухом была больше. Испарение протекает в этот момент активнее. То есть имеем в бутылках не только жидкость, но и газ. Он-то и загорается. Особенностью горения жидкого топлива является то, что жидкость не горит (!) – оно сгорает в паровой фазе. Пары горят с выделением тепла, которое нагревает жидкость. За счет нагрева жидкость испаряется, образуя газ, который при сгорании выделяет тепло. Вот такой цикл. Поэтому особенностью реакций окисления этого типа является «медленное горение». Еще одной причиной этого является ограниченное узким горлышком бутылки поступление кислорода.

Причем в бутылке со 100%-ным изопропанолом процесс начинается и завершается быстрее, чем в бутылке с раствором. Объясняется это следующим. Температура кипения изопропана 82,4 оС, а воды - 100оС. Следовательно, у «незамерзайки» - около 90-94оС, что больше, чем у чистого изопропилового спирта. Значит, для парообразования раствора затрачивается больше тепла, и процесс идет медленнее. Добавим к этому практически вдвое меньшую концентрацию горючих веществ, и картина полная.

В качестве бонуса сегодня (для тех, кто заметил) следующее. Почему бутылка с чистым спиртом осталась целой, а с «незамерзайкой» оплавилась и деформировалась? Горит пар, причем один и тот же. Температура горения, следовательно, одинаковая.

Просто! В первом случае реакция происходит очень быстро, и пластик не успевает нагреться до такой степени. А вот стеклоочиститель горел почти в два раза дольше, что и послужило причиной начавшегося плавления бутылки. Хотя, на красоте опыта в целом это никак не отразилось.