Спиртовка лабораторная для чего нужна. Наблюдение за горящей свечой

Правила техники безопасности при работе в химической лаборатории

1. Проводите опыты лишь с теми веществами, которые указаны учителем. Не берите для опыта больше вещества, чем это необходимо.

2. Строго соблюдайте указанные учителем меры предосторожности, иначе может произойти несчастный случай.

3. Не пробуйте вещества на вкус.

4. Твёрдые вещества берите из баночек только сухой ложкой или сухой пробиркой. Наливайте жидкость и насыпайте твёрдые вещества в пробирку осторожно. Предварительно проверьте, не разбито ли у пробирки дно и не имеет ли она трещин.

5. При выяснении запаха веществ не подносите сосуд близко к лицу, ибо вдыхание паров и газов может вызвать раздражение дыхательных путей. Для ознакомления с запахом нужно ладонью руки сделать движение от отверстия сосуда к носу (рис. 115).

Рис. 115.
Ознакомление с запахом вещества

6. Нагревая пробирку с жидкостью, держите её так, чтобы открытый конец её был направлен в сторону и от себя, и от соседей. Производите опыты только над столом.

7. В случае ожога, пореза или попадания едкой и горячей жидкости на кожу или одежду немедленно обращайтесь к учителю или лаборанту.

8. Не приступайте к выполнению опыта, не зная, что и как нужно делать.

9. Не загромождайте своё рабочее место предметами, которые не потребуются для выполнения опыта. Работайте спокойно, без суетливости, не мешая соседям.

10. Производите опыты только в чистой посуде. Закончив работу, вымойте посуду. Банки и склянки закрывайте теми же пробками или крышками, какими они были закрыты. Пробки открываемых склянок ставьте на стол только тем концом, который не входит в горлышко склянки.

11. Обращайтесь бережно с посудой, веществами и лабораторными принадлежностями.

12. Закончив работу, приведите рабочее место в порядок.

Лабораторное оборудование

В процессе выполнения практических работ в химической лаборатории используют лабораторный штатив и нагревательные приборы. Предварительно ознакомьтесь с их устройством и основными приёмами обращения с ними.

1. Устройство лабораторного штатива . Штатив (рис. 116) служит для укрепления частей химических установок при выполнении опытов. Он состоит из массивной чугунной подставки (2), в которую ввинчен стержень (2). Массивная подставка придаёт штативу устойчивость. На стержне при помощи муфт (3) укрепляют лапку (4) и кольцо (5).

Рис. 116.
Лабораторный штатив

Муфты с укреплёнными в них лапкой и кольцами можно перемещать вдоль стержня и закреплять в нужном положении. Для этого при помощи винта необходимо ослабить крепление муфты к стержню и, поставив её на необходимую высоту, закрепить.

2. Использование лабораторного штатива . Снимите с установленного на столе штатива лапку и кольцо следующим образом. Ослабьте винт крепления муфты со стержнем и, поднимая муфту с лапкой или кольцом вверх, снимите её со стержня штатива. Затем освободите лапку и кольцо от муфты. Для этого поверните против часовой стрелки винт, удерживающий лапку и кольцо, и выньте их из муфты. Рассмотрите устройство муфты.

Наденьте муфту на стержень штатива так, чтобы винт, закрепляющий её, был справа от стержня штатива, а стержни лапки или кольца укреплялись бы таким образом, чтобы их поддерживал не только винт, но и муфта (см. рис. 116). При таком креплении кольца и лапки они никогда не выпадут из муфты.

Закрепите в одну муфту кольцо, а в другую - лапку. Укрепите в лапке пробирку в вертикальном положении, отверстием вверх. Пробирка укреплена правильно, если её можно повернуть в лапке без больших усилий. Слишком крепко зажатая пробирка может лопнуть, особенно при нагревании. Пробирку, как правило, зажимают около отверстия. Эту же пробирку поверните в горизонтальное положение, чтобы винт лапки был сверху.

На одно кольцо штатива положите сетку, на неё поставьте стакан. На втором кольце установите фарфоровую чашку без сетки.

3. Приёмы работы со спиртовкой (газовой горелкой) . Спиртовка (рис. 117) состоит из сосуда (резервуара) (1), в который налит спирт, фитиля (2), укреплённого в металлической трубке с диском (3), и колпачка (7). Снимите колпачок со спиртовки и поставьте его на стол. Проверьте, плотно ли диск прилегает к отверстию сосуда, оно должно быть закрыто полностью, иначе может вспыхнуть спирт в сосуде.

Рис. 117. Спиртовка

Зажгите спиртовку горящей спичкой. Нельзя зажигать её от другой горящей спиртовки! Это может вызвать пожар. Погасите спиртовку, накрыв пламя колпачком.

4. Строение пламени . Зажгите ещё раз спиртовку и рассмотрите, какое строение имеет пламя. Пламя (см. рис. 117) имеет три зоны. Тёмная зона (4) находится в нижней части пламени, она самая холодная. За ней самая яркая часть пламени (5). Температура здесь выше, чем в тёмной зоне, но наиболее высокая температура - в зоне 6. Эта зона находится в верхней трети пламени спиртовки.

Чтобы убедиться в том, что различные зоны пламени имеют разную температуру, можно поставить следующий опыт. Поместим лучинку (спичку) в пламя спиртовки так, чтобы она проходила через зону 4. Через некоторое время мы увидим, что там, где лучина пересекла зоны 5 и 6, она обуглилась сильнее. Следовательно, пламя в этих зонах горячее.

Наблюдение показывает, что для быстрейшего нагревания нужно использовать самую горячую часть пламени (в). В неё и помещают нагреваемый предмет.

5. Посуда . Большинство опытов проводят в стеклянной посуде: пробирках, химических стаканах, колбах (рис. 118). Во время опыта в них приходится перемешивать содержимое. В пробирке, как правило, смешивают малые количества веществ (не более 2 мл). Высота столбика жидкости при смешивании растворов в пробирке не должна превышать 2 см.

Рис. 118. Образцы химической посуды: а - пробирка; б - химический стакан; в - колба

Запрещается встряхивать пробирку, закрывая отверстие пальцем. Во-первых, попадание любых количеств химических реактивов на кожу опасно; во-вторых, при этом в пробирку могут попасть загрязнения, и опыт не получится.

Перемешивание растворов в пробирке производят быстрыми энергичными движениями (постукиваниями), как показано на рисунке 119. В колбе содержимое перемешивают круговыми движениями, а в стакане - стеклянной палочкой, надев на её конец отрезок резиновой трубки, чтобы не повредить стенку стакана.

Рис. 119.
Перемешивание растворов в пробирке

Для переливания жидкостей из широкогорлой посуды в сосуд с узким горлом применяют воронки (рис. 120). Их используют и для фильтрования. В этом случае в воронку вкладывают бумажный фильтр (кружок фильтровальной бумаги), который вырезают по размеру воронки.

Рис. 120.
Химическая воронка

Сначала фильтровальную бумагу надо сложить и обрезать, как показано на рисунке 121, а затем вложить в воронку и смочить водой, чтобы она плотнее прилегала к стенкам воронки и чтобы сухой фильтр не впитал фильтруемую жидкость (если её мало, то можно вовсе не получить фильтрата).

Рис. 121.
Последовательность изготовления бумажного фильтра

При фильтровании жидкость наливают на фильтр по палочке тонкой струёй, направляя её на стенку воронки, а не на непрочный центр фильтра, чтобы его не разорвать. Через фильтр проходит прозрачный фильтрат, а на фильтре задерживается осадок. Для последующей работы может понадобиться и то, и другое.

Для выпаривания используют фарфоровые чашки (рис. 122).

Рис. 122.
Фарфоровая чашка для выпаривания

Выпаривание применяют, когда нужно выделить растворённое вещество из раствора. В фарфоровую чашку наливают раствор так, чтобы он занимал не более 1/3 объёма чашки. Устанавливают чашку на кольце штатива и нагревают на открытом пламени при постоянном помешивании, чтобы выпаривание шло равномерно.

Рис. 123.
Прибор для получения газов

Для получения газов используют простейший прибор, который состоит из колбы или пробирки и плотно входящих в них пробок с газоотводными трубками (рис. 123), или аппарат Кирюшкина (рис. 124).

Рис. 124.
Аппарат Кирюшкина

Прибор, собранный для получения газов, всегда вначале проверяют на герметичность (рис. 125). Для этого кончик газоотводной трубки опускают в стакан с водой, а колбу или пробирку плотно обхватывают ладонью.

Рис. 125.
Проверка на герметичность прибора для получения газов

От тёплой ладони воздух в сосуде для получения газа расширяется, и, если прибор собран герметично, из газоотводной трубки выходят пузырьки воздуха.

Пока же ограничимся спиртовкой (на фото выше расположена на переднем плане). Говорят, можно купить фондюшницы или готовые туристические спиртовки от Татонки, но зачем тратить деньги, если можно сделать все своими руками? Тем более, что самодельный вариант, судя по отзывам на специализированных форумах вроде ганзы, работает лучше и вообще по многим параметрам уделывает шведа.

Для изготовления понадобятся:
Алюминиевая банка 0.33л - 2 шт.
Вата - средних размеров клок.
Наждак 200 грит или мельче.
Резак или маркер для разметки.
Шибко умная книга достаточной толщины.
Кнопка или тонкое шило.
Ножницы.

Приступаем.
Для начала необходимо избавиться от краски на банках. Шаг этот совсем не обязательный ибо она все равно в итоге выгорит, и больше влияет на внешний вид готового изделия. Для осуществления необходимо ПОЛНУЮ банку потереть наждаком по стенкам в районе днища. Краска слезет, обнажив шлифованный алюминий. Эстеты могут попробовать смыть краску растворителем (646 легко смыл дату розлива с донышка) - должна получиться блестящая зеркальная поверхность.

Теперь самое время вылить содержимое банки в сортир и приступить к разметке. Способ нанесения отметки для реза не нов и подсмотрен у хитрожопых американцев (казалось бы, люди при деньгах, могли бы пойти и купить готовое - ан нет, делают сами), но немного изменен:

1. Отмеряем желаемую высоту. В подсмотренном пендостанском рецепте - 1 (один) канонический дюйм. Фиксируем лезвие или маркер на подходящей подставке, в данном случае - в книге.

2. Наносим линию реза, вращая прижатую к лезвию банку. Вот тут случился отход от канона, ибо в пендостанском варианте лезвие должно отрезать донце, а в нашем только царапает. По этой причине с лезвием можно не загоняться и нанести разметку маркером.

3. По линии разметки отрезаем донце. Стенки имеют неравномерную толщину, но даже в самом толстом месте легко режутся обычными канцелярскими ножницами. Края полученной детали обрабатываем наждаком во избежание порезов.

В процессе изготовления два полученных таким образом донца необходимо будет вставить одно в другое. Ясно и понятно, что имея одинаковый диаметр они будут всячески этому препятствовать и могут помяться, посему сразу после изготовления первого донца его следует развальцевать нетронутой пока второй банкой. Полную банку необходимо с силой пропихнуть в отрезанное донце, не допуская, однако, разрыва или деформации стенок оного.

Вынимаем шило из задницы и прокалываем узкое (неразвальцованное) донце по центру, а затем и в четырех местах неподалеку. Конфигурация и число отверстий - по вкусу.

Закладываем вату...

И вставляем донца одно в другое как можно глубже. Стенки внешнего донца будут немного возвышаться над внутренним - для герметичности конструкции и дабы не порезаться завалите их деревянным бруском или ножом.

От души натыкайте сопел на конусе донца. Меня хватило на шестнадцать, т.е. где-то через каждый сантиметр.

Спиртовка готова!

Однако приключения ваши только начинаются ибо приобрести спирт (да-да, спиртовка работает на спирту) в этой стране представляется совсем не тривиальной задачей. Если коротко, то в России его можно купить или по рецепту в аптеке, или на местном ЛВЗ. Посему придется колхозить и здесь выполнить план святоча нашего Дмитрия Анатольевича и перейти на альтернативные источники энергии.

Пошерстив интернеты, было установлено, что в аптеку сгонять смысл все же есть - там можно разжиться спиртовой настойкой чего-нибудь. Ламинарии, например, или корня солодки, или левзеи, или перца. Чем лучше - можно уточнить у местных алкоголиков.

Вариант номер два - жидкость для омывания стекол из автомагазина. Пресловутая "Максимка" и иже с ней синего цвета. Но лично меня жаба душит отдавать две с половиной сотни, хоть и за пять литров.

Третье - совсем не спиртовые жидкости. В принципе, в спиртовку такого типа бензин залить можно, но рисковать все же не стоит - пары оного, да в закрытом пространстве, да под давлением... Керосин - без проблем, но вонь будет стоять несусветная. Слышал про опыт использования ДТ - вроде успешно. Всякие изопропиловые и прочие метиловые спирты использовать можно, но тут нужно помнить, что это все сильные яды и приготовление пищи на такой спиртовке опасно. Тем более, что в том же ШАКе горючее хранится в бутыли в котелке, что может обернуться глобальным pizdets при проливе.

Автор в лице меня опробовал то, что было под рукой, а именно 646 растворитель и посоветованный ацетон. 646 можно сразу отбросить - воняет и коптит очень сильно. Ацетон горит без запаха, но с легкой копотью (обещали, что коптить не будет совсем) и, в принципе, пригоден для использования в спиртовке-ацетонке, но придется поискать подходящую бутыль ибо ацетон с пластиками вроде как не дружит.

На десерт - самосожжение ацетона в спиртовке:

Рецепт: залить кубиков двадцать В спиртовку через центральные отверстия и кубика два-три ВОКРУГ спиртовки или на нее. Поджигаем ацетон снаружи и через пару секунд ацетон в спиртовке закипает, начинает интенсивное парообразование и спиртовка выходит на рабочий режим. Когда ацетон снаружи выгорит, спиртовка будет греть сама себя и процесс кипения не прервется. Ставим сверху котелок и готовим. Все.

Себестоимость поделки-подделки крайне низка (в худшем случае полтинник, в среднем вообще бесплатно), трудоемкость операций находится где-то на уровне дошкольной подготовки (и то картон ножницами тяжелее резать чем банку), времени отнимает около пятнадцати минут. Вообще, сделать такую спиртовку можно просто из интереса, не преследуя никаких утилитарных целей. При этом изделие получается еще и легче, меньше и удобнее фабричных образцов, а это жирный плюс.

Инструкция по пользованию спиртовой горелкой.
1. Перед тем как приступить к заправке и розжигу, необходимо позаботится о мерах предосторожности:
- Горелка устанавливается на ровную горизонтальную поверхность и должна иметь надежное устойчивое положение, исключающее опрокидывание или падение;
- Для установки горелки выбрать безопасное место. С учетом последующего нагрева корпуса самой горелки, она устанавливается только на поверхность способную выдерживать такое тепловое воздействие.
- В полевых условиях горелка устанавливается на подготовленном месте, расчищенном от сухой травы листьев и находящемся на достаточном расстоянии от других легко воспламеняющихся предметов.
2. Залить в основную емкость горелки требуемое количество топлива.
- Никогда не заполняйте емкость горелки более чем на 2/3.
- НЕ НАЛИВАЙТЕ ГОРЮЧЕЕ В ГОРЯЧУЮ ИЛИ ГОРЯЩУЮ ГОРЕЛКУ, ПОСКОЛЬКУ ЭТО МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К ВЗРЫВУ.
3. Поджечь топливо при помощи спички.
4. Дождаться прогрева горелки и самостоятельного выхода ее на основной рабочий режим. О выходе на основной рабочий режим свидетельствует погасание пламени в центральной части горелки и его вспыхивание по отверстиям форсуночного венчика. Далее устанавливается ровное горение в виде цветка, которое и является нормальным режимом работы горелки.
5. При использовании горелки в полевых условиях, для повышения устойчивости пламени, а также эффективности использования выделяемого тепла при горении, необходимо применять ветрозащитный экран. Повысить КПД горелки можно установив ее на кусок листового металла, который сыграет роль отражателя тепла (рефлектора).
6. Погасить пламя горелки экстренно, можно перекрыв подачу кислорода к пламени, путем плотного кратковременного накрывания горелки. Например, перевернутой чашкой.
7. Перед снятием с места и транспортировкой в походном положении, дай пламени горелки догореть самостоятельно до полного выгорания топлива.
8. Во избежание получения термических ожогов, проверь сначала, остыла ли горелка. Не завинчивай крышку, пока горелка не остыла - резиновая прокладка может расплавиться (относится к горелкам заводского изготовления, которые имеют завинчивающиеся крышки).

В процессе горения образуется пламя, строение которого обусловлено реагирующими веществами. Его структура поделена на области в зависимости от температурных показателей.

Определение

Пламенем называют газы в раскаленном виде, в которых присутствуют составляющие плазмы или вещества в твердой дисперсной форме. В них осуществляются преобразования физического и химического типа, сопровождающиеся свечением, выделением тепловой энергии и разогревом.

Наличие же в газообразной среде ионных и радикальных частичек характеризует его электрическую проводимость и особое поведение в электромагнитном поле.

Что такое языки пламени

Обычно так называют процессы, связанные с горением. По сравнению с воздухом, газовая плотность меньше, но высокие температурные показатели обуславливают поднятие газа. Так и образуются языки пламени, которые бывают длинными и короткими. Часто происходит и плавный переход одних форм в другие.

Пламя: строение и структура

Для определения внешнего вида описываемого явления достаточно зажечь Появившееся несветящееся пламя нельзя назвать однородным. Визуально можно выделить три его основные области. Кстати, изучение строения пламени показывает, что различные вещества горят с образованием различного типа факела.

При горении смеси из газа и воздуха вначале происходит формирование короткого факела, цвет которого имеет голубые и фиолетовые оттенки. В нем просматривается ядро - зелено-голубое, напоминающее конус. Рассмотрим это пламя. Строение его разделяется на три зоны:

1. Выделяют подготовительную область, в которой происходит нагревание смеси из газа и воздуха при выходе из отверстия горелки.
2. За ней следует зона, в которой происходит горение. Она занимает верхушку конуса.
3. Когда имеется недостаток воздушного потока, газ сгорает не полностью. Выделяется углерода двухвалентный оксид и водородные остатки. Их догорание протекает в третьей области, где есть кислородный доступ.

Теперь отдельно рассмотрим разные процессы горения.

Горение свечи

Горение свечи подобно горению спички или зажигалки. А строение пламени свечи напоминает раскаленный газовый поток, который вытягивается вверх за счет выталкивающих сил. Процесс начинается с нагревания фитиля, за которым следует испарение парафина.

Самую нижнюю зону, находящуюся внутри и прилегающую к нити, называют первой областью. Она обладает небольшим свечением из-за большого количества топлива, но малого объема кислородной смеси. Здесь осуществляется процесс неполного сгорания веществ с выделением который в дальнейшем окисляется.

Первую зону окружает светящаяся вторая оболочка, характеризующая строение пламени свечи. В нее поступает больший кислородный объем, что обуславливает продолжение окислительной реакции с участием топливных молекул. Температурные показатели здесь будут выше, чем в темной зоне, но недостаточные для конечного разложения. Именно в первых двух областях при сильном нагревании капелек несгоревшего топлива и угольных частичек появляется светящийся эффект.

Вторая зона окружена слабозаметной оболочкой с высокими температурными значениями. В нее заходит много кислородных молекул, что способствует полному догоранию топливных частичек. После окисления веществ, в третьей зоне светящийся эффект не наблюдается.

Схематическое изображение

Для наглядности представляем вашему вниманию изображение горения свечи. Схема пламени включает:

1. Первую или темную область.
2. Вторую светящуюся зону.
3. Третью прозрачную оболочку.

Нить свечи не подвергается горению, а только происходит обугливание загнутого конца.

Горение спиртовки

Для химических экспериментов часто используют небольшие резервуары со спиртом. Их называют спиртовками. Фитиль горелки пропитывается залитым через отверстие жидким топливом. Этому способствует давление капиллярное. При достижении свободной верхушки фитиля, спирт начинает испаряться. В парообразном состоянии он поджигается и горит при температуре не более 900 °C.

Пламя спиртовки имеет обычную форму, оно практически бесцветное, с небольшим оттенком голубого. Его зоны не так четко видны, как у свечки.

У названной в честь ученого Бартеля, начало огня располагается над калильной сеткой горелки. Такое заглубление пламени приводит к уменьшению внутреннего темного конуса, а из отверстия выходит средний участок, который считается самым горячим.

Цветовая характеристика

Излучения различных вызывается электронными переходами. Их еще называют тепловыми. Так, в результате горения углеводородного компонента в воздушной среде, синее пламя обусловлено выделением соединения H-C. А при излучении частичек C-C, факел окрашивается в оранжево-красный цвет.

Трудно рассмотреть строение пламени, химия которого включает соединения воды, углекислого и угарного газа, связь OH. Его языки практически бесцветны, так как вышеуказанные частички при горении выделяют излучения ультрафиолетового и инфракрасного спектра.

Окраска пламени взаимосвязана с температурными показателями, с наличием в нем ионных частиц, которые относятся к определенному эмиссионному или оптическому спектру. Так, горение некоторых элементов приводит к изменению цвета огня в горелке. Отличия в окрашивании факела связаны с расположением элементов в разных группах системы периодической.

Огонь на наличие излучений, относящихся к видимому спектру, изучают спектроскопом. При этом было установлено, что простые вещества из общей подгруппы оказывают и подобное окрашивание пламени. Для наглядности используют горение натрия в качестве теста на данный металл. При внесении его в пламя, языки становятся ярко-желтыми. На основании цветовых характеристик выделяют натриевую линию в эмиссионном спектре.

Для характерно свойство быстрого возбуждения светового излучения атомарных частиц. При внесении труднолетучих соединений таких элементов в огонь горелки Бунзена происходит его окрашивание.

Спектроскопическое исследование показывает характерные линии в области, видимой для глаза человека. Быстрота возбуждения светового излучения и простое спектральное строение тесно взаимосвязаны с высокой электроположительной характеристикой данных металлов.

Характеристика

В основе классификации пламени лежат следующие характеристики:

• состояние агрегатное сгорающих соединений. Они бывают газообразной, аэродисперсной, твердой и жидкой формы;
• тип излучения, которое может быть бесцветным, светящимся и окрашенным;
• распределительная скорость. Существует быстрое и медленное распространение;
• высота пламени. Строение может быть коротким и длинным;
• характер передвижения реагирующих смесей. Выделяют пульсирующее, ламинарное, турбулентное перемещение;
• визуальное восприятие. Вещества горят с выделением коптящего, цветного или прозрачного пламени;
• температурный показатель. Пламя может быть низкотемпературным, холодным и высокотемпературным.
• состояние фазы топливо - окисляющий реагент.

Возгорание происходит в результате диффузии или при предварительном перемешивании активных компонентов.

Окислительная и восстановительная область

Процесс окисления протекает в слабозаметной зоне. Она самая горячая и располагается вверху. В ней топливные частицы подвергаются полному сгоранию. А наличие в кислородного избытка и горючего недостатка приводит к интенсивному процессу окисления. Этой особенностью следует пользоваться при нагревании предметов над горелкой. Именно поэтому вещество погружают в верхнюю часть пламени. Такое горение протекает намного быстрее.

Восстановительные реакции проходят в центральной и нижней части пламени. Здесь содержится большой запас горючих веществ и малое количество O 2 молекул, осуществляющих горение. При внесении в эти области осуществляется отщепление O элемента.

В качестве примера восстановительного пламени используют процесс расщепления железа двухвалентного сульфата. При попадании FeSO 4 в центральную часть факела горелки, происходит вначале его нагревание, а затем разложение на оксид трехвалентного железа, ангидрид и двуокись серы. В данной реакции наблюдается восстановление S с зарядом от +6 до +4.

Сварочное пламя

Данный вид огня образуется в результате сгорания смеси из газа или пара жидкости с кислородом чистого воздуха.

Примером служит формирование пламени кислородно-ацетиленового. В нем выделяют:

• зону ядра;
• среднюю область восстановления;
• факельную крайнюю зону.

Так горят многие газокислородные смеси. Различия в соотношении ацетилена и окислителя приводят к разному типу пламени. Оно может быть нормального, науглероживающего (ацетиленистого) и окислительного строения.

Теоретически процесс неполного сгорания ацетилена в чистом кислороде можно охарактеризовать следующим уравнением: HCCH + O 2 → H 2 + CO +CO (для реакции необходима одна моль O 2) .

Полученный же молекулярный водород и угарный газ реагируют с воздушным кислородом. Конечными продуктами является вода и оксид четырехвалентного углерода. Уравнение выглядит так: CO + CO + H 2 + 1½O 2 → CO 2 + CO 2 +H 2 O. Для этой реакции необходимо 1,5 моля кислорода. При суммировании O 2 получается, что 2,5 моль затрачивается на 1 моль HCCH. А так как на практике трудно найти идеально чистый кислород (часто он имеет небольшое загрязнение примесями), то соотношение O 2 к HCCH будет 1,10 к 1,20.

Когда значение пропорции кислорода к ацетилену меньше 1,10, возникает науглероживающее пламя. Строение его имеет увеличенное ядро, очертания его становятся расплывчатыми. Из такого огня выделяется копоть, вследствие недостатка кислородных молекул.

Если же соотношение газов больше 1,20, то получается окислительное пламя с кислородным избытком. Лишние его молекулы разрушают атомы железа и другие компоненты стальной горелки. В таком пламени ядерная часть становится короткой и имеет заострения.

Температурные показатели

Каждая зона огня свечи или горелки имеет свои значения, обусловленные поступлением кислородным молекул. Температура открытого пламени в разных его частях колеблется от 300 °C до 1600 °C.

Примером служит пламя диффузионное и ламинарное, которое образовано тремя оболочками. Конус его состоит из темного участка с температурой до 360 °C и недостатком окисляющего вещества. Над ним располагается зона свечения. Ее температурный показатель колеблется от 550 до 850 °C, что способствует разложению термическому горючей смеси и ее горению.

Внешняя область едва заметная. В ней температура пламени доходит до 1560 °C, что обусловлено природными характеристиками топливных молекул и быстротой поступления окисляющего вещества. Здесь горение наиболее энергичное.

Вещества воспламеняются при разных температурных условиях. Так, металлический магний горит только при 2210 °С. Для многих твердых веществ температура пламени около 350 °С. Возгорание спичек и керосина возможно при 800 °С, тогда как древесины - от 850 °С до 950 °С.

Сигарета горит пламенем, температура которого варьируется от 690 до 790 °С, а в пропан-бутановой смеси - от 790 °С до 1960 °С. Бензин воспламеняется при 1350 °С. Пламя горения спирта имеет температуру не более 900 °С.

Для жидкого топлива, содержащая резервуар для спирта, снабжённая крышкой, через которую пропущен фитиль, нижний конец которого размещён в резервуаре, а верхний конец вне его.

Применение

Применяются в туризме для приготовления пищи; в химических и школьных лабораториях для подогрева и плавления материалов, для нагрева небольших лабораторных сосудов (пробирок, колб для химических работ и пр.) и других подобных термических процессов; в медицинских учреждениях для стерилизации в открытом пламени медицинских инструментов; а также везде, где требуется применение открытого пламени небольшой тепловой мощности.

Конструкция

Ёмкость для спирта является основной несущей частью лабораторной спиртовки, а важнейшей и главной её частью является фитиль, который переносит жидкое топливо (спирт) из ёмкости на конец фитиля, где это топливо горит и используется для нагревания. Ёмкость для спирта изготовлена в виде резервуара, в который опущен нижний конец фитиля. Резервуар имеет горловину, которая снабжена крышкой. Крышка необходима, чтобы отделить зону горения спирта от внутреннего объёма резервуара, где находится жидкое топливо. Крышка резервуара может быть размещена как внутри горловины, так и вне её, охватывая последнюю с наружной стороны. В отверстии крышки, через которую проходит фитиль, обычно устанавливают направляющую трубку. Фитиль должен размешаться в трубке таким образом, чтобы, с одной стороны, иметь возможность плавно и легко перемещаться в трубке, а с другой стороны, контакт трубки с фитилём должен быть достаточно плотным, чтобы фитиль не выпал из трубки. Крышка спиртовки может иметь устройство для регулировки выступающей длины фитиля, рекомендуемая величина которой составляет не более 15 мм.

Обычно топливо для спиртовки заливается через верхнее отверстие резервуара после снятия крышки. Однако имеются спиртовки, резервуар которых имеет боковую заправочную горловину с притёртой пробкой. Количество заливаемого топлива определяется внутренним объёмом резервуара. Спирт из резервуара поднимается по фитилю за счёт капиллярного давления и испаряется, когда достигнет верхнего конца выступающей части фитиля. Пары спирта поджигаются и спиртовка горит с температурой пламени не выше 900 °C . Большинство спиртовок имеют металлический, либо стеклянный колпачок, который используется как для тушения пламени спиртовки, так и для предотвращения испарения топлива.

По конструктивным элементам лабораторные спиртовки отличаются друг от друга по следующим параметрам:

• материал резервуара (металл или стекло);
• форма резервуара (круглая или гранёная);
• внутренний объём резервуара;
• материал и толщина фитиля;
• наличие или отсутствие устройства для регулирования выступающей части фитиля.

Материал резервуара следует выбирать исходя из условий работы спиртовки. Если спиртовка эксплуатируется в условиях, при которых возможно случайное падение спиртовки на каменный или металлический пол, то с точки зрения техники безопасности предпочтительно использовать спиртовку с металлическим резервуаром. Спиртовки со стеклянным корпусом значительно дешевле металлических. Кроме того при работе спиртовки всегда можно наблюдать за уровнем спирта в резервуаре. Однако стекло - хрупкий материал, имеющий малое сопротивление при ударе, и поэтому всегда имеется возможность разрушения резервуара спиртовки при падении на твёрдый пол, что может вызвать разлив горящего спирта. Поэтому в помещениях с повышенными требованиями по пожарной безопасности применение стеклянных спиртовок, особенно изготовленных из тонкого лабораторного стекла, не рекомендуется.

Круглая форма резервуара получила наиболее широкое распространение. Гранёные спиртовки дороже круглых и их следует применять только при выполнении ряда специфических работ, например, связанных с нагревом легкоплавких материалов типа восков , чтобы исключить попадание капель разогретого материала на фитиль спиртовки.

Внутренний объём резервуара спиртовки надо выбирать таким, чтобы при её эксплуатации, как минимум, не требовалось бы вновь заправлять спиртовку в течение одного часа её непрерывной работы.

Материал и толщина фитиля важные элементы для работы спиртовки. Используются фитили из хлопчатобумажной ткани и асбестового шнура. Наибольшее распространение получили фитили из хлопчатобумажной ткани, так как они дают более стабильное и ровное пламя по сравнению с асбестовыми фитилями. Что касается толщины фитилей, то надо исходить из того, что чем толще фитиль, тем больше топлива он подаёт в зону его сгорания. Более толстые фитили дают и более объёмное пламя с большей высотой последнего. В результате тепловая мощность у спиртовок с более толстым фитилём несколько выше, однако при этом выше и расход спирта. Для большинства лабораторных работ, выполняемых при помощи спиртовок, достаточна толщина фитиля не менее 4,8 мм и не более 6,4 мм. Более толстые фитили необходимы для выполнения некоторых профессиональных работ, где требуется высокое и объёмное пламя. Желательно в наборе иметь спиртовки с разной толщиной фитиля и использовать их в зависимости технологических требований, предъявляемых к выполняемой работе.

Устройство для регулировки размеров выступающей части фитиля обеспечивает большое удобство при работе со спиртовками, так как не требуется каждый раз гасить пламя спиртовки, чтобы отрегулировать параметры пламени (высоту и объём) путём изменения размеров выступающей части фитиля. Спиртовки с устройствами регулировки выступающей части фитиля дороже, чем спиртовки без этих устройств. Однако несколько более высокая цена с лихвой покрывается удобствами для профессиональной работы, которые это устройство обеспечивает.

Топливо

Все спиртовки в качестве топлива преимущественно используют этиловый спирт . В продаже имеются три вида этилового спирта: спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья, гидролизный спирт технический из древесного сырья и спирт синтетический, полученный химическим способом. Спирт технический и спирт синтетический иногда окрашивают в сине-фиолетовый цвет с добавлением некоторых веществ с резким запахом. Такой спирт называется денатурат . Все эти виды спиртов можно использовать в качестве жидкого топлива для спиртовок.

Другие виды топлива, например изопропиловый или метиловый спирт, для лабораторных спиртовок применять не рекомендуется, так как эти спирты имеют ПДК (предельно допустимая концентрация в воздухе) на два и более порядка ниже, чем у этилового спирта, и поэтому опасны для здоровья.

Техника безопасности

При работе с лабораторными спиртовками правила техники безопасности сводятся к следующему. Необходимо использовать спиртовку только по назначению, указанному в её техническом паспорте. Запрещается заправлять спиртовку вблизи устройств с открытым пламенем. Не заполнять спиртовку топливом более чем наполовину объёма резервуара. Нельзя перемещать или переносить спиртовку с горящим фитилем. Категорически запрещается зажигать фитиль спиртовки посредством другой спиртовки. Заправлять спиртовку только этиловым спиртом. Гасить пламя спиртовки только посредством колпачка. Не держать на рабочем столе, где используется спиртовка, легковоспламеняющиеся вещества и материалы, способные воспламеняться от кратковременного воздействия источника зажигания с низкой тепловой энергией (пламя спички, спиртовки). Помещение в котором производится работа со спиртовкой (спиртовками) должно быть оснащено первичными средствами пожаротушения, например, порошковым огнетушителем.

Преимущества

• Малый вес - не более 220 г.
• Простота использования - необходимо только добавлять спирт в резервуар спиртовки, а далее спирт самостоятельно подаётся в область горения.
• Надёжность - все элементы конструкции практически безотказны в работе.
• Бесшумность работы.
• Отсутствие резких запахов - запах этилового спирта перед тем, как он поджигается, ничтожен по сравнению с запахом газообразного топлива в аналогичных случаях.
• Не требуется техническое обслуживание - нет необходимости в проведении регламентных, а также и ремонтных работ по регулировке и очистке элементов конструкции.
• Безопасность в работе - этиловый спирт в малых количествах не взрывоопасен, а разлитый горящий спирт легко можно потушить, применяя стандартные средства пожаротушения (порошковые огнетушители).
• Простота хранения топлива - допускается хранение этилового спирта в обычной пластиковой бутыли или пластиковой канистре.
• Малая механическая прочность - детали спиртовок имеют невысокую прочность и могут деформироваться или разрушаться даже при небольших механических воздействиях.

Немного истории

Оригинальной конструкции данной спиртовой горелки уже более 100 лет. Конструкция спиртовой горелки была запатентована в 1904 году, а в массовое производство пошла в 1925 году. Выпуском занималась американская компания Trangia.

Рисунок 1 - Спиртовая горелка фирмы Trangia

Однако популярность к данному типу спиртовой горелки пришла именно потому, что её легко можно было изготовить самостоятельно. В качестве исходного материала может быть использована практически любая алюминиевая или жестяная банка, а сам процесс изготовления занимает не более получаса.

Основные виды спиртовых горелок

Бесчисленные множества конструкций данной горелки можно свести к 2-м основным видам:

• Спиртовые горелки открытого типа;
• Спиртовые горелки закрытого типа;

​

Рисунок 2 - Спиртовые горелки открытого и закрытого типов

Каждая из приведённых выше конструкций имеет свои плюсы и минусы. Спиртовые горелки открытого типа менее экономичны, так как горение протекает на большей площади, что способствует более обильному испарению топлива. В тоже время в горелках закрытого типа нет возможности контролировать количество оставшегося внутри топлива. Кроме этого горелки закрытого типа нуждаются во внешнем поджиге, что увеличивает их пожароопасность.

Тем не менее каждую из представленных выше спиртовых горелок можно легко изготовить самостоятельно, а тип горелки можно выбрать исходя из поставленных перед ней задач.

Принцип работы

Несмотря на различия в конструкции, принцип работы этих горелок остаётся неизменным: вначале происходит разогревание топливной смеси внутри горелки. После того как интенсивность испарения топлива достигает максимума, пары топлива выходящие через сопла горелки, самовоспламеняются.

Рисунок 3 - Принцип работы спиртовой горелки открытого типа

Рисунок 4 - Принцип работы спиртовой горелки закрытого типа

Обратите внимание: принцип работы спиртовых горелок основан на сгорании паров топливной смеси. В связи с этим категорически запрещается использовать в качестве топлива ацетоносодержащие вещества и бензин.

Экспериментальная часть. Чем заправлять спиртовую горелку?

В ходе проведения эксперимента, из алюминиевых банок было изготовлено 3 образца спиртовых горелок.

Характеристики спиртовых горелок:

• Вместимость резервуара - 70 мл;
• Количество сопел - 16 шт. (на расстоянии 1 см друг от друга);
• Ориентировочное время горения на 1 заправке - 25 минут;

В аптеке были приобретены: септоцид Р плюс (содержит 63-64% этанола), салициловая кислота (содержит до 58-60% этанола), спирт медицинский (содержит 96,4% этанола).

Рисунок 5 - Спиртовые горелки и «топливо» для их заправки

В каждую из горелок было залито по 25 мл. топливной смеси, после чего был одновременно осуществлен поджиг. Секундомер начал отсчёт в момент нормализации пламени во всех 3-х горелках.

Рисунок 6 - Происходит нормализация пламени, сенкундомер ещё не запущен. В горелках на рисунке (слева направо) спирт, салициловая кислота, септоцид Р плюс.

Рисунок 7 - Пламя нормализовалось, секундомер запущен

Рисунок 8 - Первой погасла горелка, заправленная медицинским спиртом (длительность горения - 7 минут)

Рисунок 9 - Погасла горелка, заправленная септоцидом (длительность горения - 9 минут 53 секунды)

Рисунок 10 -Погасла горелка, заправленная салициловой кислотой (длительность горения - 11 минут 20 секунд)

Эксперимент показал, что интенсивность и длительность горения спиртовых горелок напрямую зависят от вида топлива.

Интенсивнее всего происходит горение паров медицинского спирта. Пары салициловой кислоты и септоцида горят гораздо менее интенсивно. При этом наблюдается противоположная ситуация с временем горения: дольше всего «продержалась» горелка, заправленная салициловой кислотой. Горелка с медицинским спиртом показала наименьшее время горения (примечание: во всех горелках топливо выгорало полностью, в ходе горения не было замечено выделений посторонней гари или копоти).

Как и следовало предположить интенсивность горения прямо пропорционально зависит от процентного содержания спирта в топливной смеси. При этом наблюдается обратная зависимость содержания спирта в топливной смеси и времени горения (см. диаграммы ниже).

Диаграмма 1 - Зависимость времени горения от вида топлива

Диаграмма 2 - Зависимость интенсивности горения от вида топлива

В ходе применения спиртовых горелок рекомендуется использовать спиртовые растворы содержащие 50-70 % этанола (например Септоцид Р плюс). Это позволит продлить время работы горелки, хоть и несколько понизит интенсивность пламени. Данную горелку будет целесообразно использовать для подогревания пищи в туристических походах и на пикниках.

Смотреть видео об изготовлении спиртовой горелки: