Догонялки с теплотой - О. Деревенский

Ну, дяденьки, обхохочешься с вами. Вы не догадывались о том, что ионы, при своём движении, повышают температуру среды? А чем же, по-вашему, занимается заряженная частица, движущаяся в веществе? Напомним: такие частицы вы удачно называете «ионизирующими». Правда, ионизируют они лишь часть из тех, кто попадается им на пути, а остальных только возбуждают. Но ионизация и возбуждение – это прямые свидетельства о повышении температуры! Не так ли? А, может, вы не знаете про то, что ионов в пламенах гораздо больше тех количеств, которые могла бы обеспечить температура пламени? Вот же Семёнов привёл кучу фактов о том, что реакции горения происходят не через занюханные «активированные комплексы», а через ряд промежуточных радикалов: «Кондратьев и его сотрудники… показали, что в пламенах водорода при низких давлениях… где температуру пламени по желанию можно варьировать от 600 до 800оС, присутствуют сравнительно очень большие концентрации радикалов ОН… Регистрация радикалов производилась методом спектров поглощения… концентрация ОН в сотни тысяч раз превышает термодинамически равновесные его значения при температурах пламён Кондратьева. Это доказывает, что ОН появляется в результате самой химической реакции, а не термической диссоциации». Нам возражали, что речь шла о нейтральных радикалах ОН. Ишь, чего придумали! Тогда и радикал Н, которого столько же, сколько и ОН, был бы не ионом, а нейтральным атомом водорода. И тогда, через спектр поглощения, было бы проще определять концентрацию именно атомарного водорода: его линии сильны, надёжно идентифицируемы, и, в отличие от молекулярных линий, не подвержены влиянию температуры, давления, и наличия примесей. Но нет, отчего-то исследователи работали именно с линиями ОН. Трудности любили, что ли?

И вообще: пламя – это плазма, или нет?! Если оно плазма, а не только плазмой называется – значит, ионы там непременно есть. А какие ионы доминируют в водородном пламени – если не ионы Н и ОН? Или этот вопрос ещё недостаточно изучен?

Как ни крути, а выходит, что лишь самые первые ионы порождаются высокой температурой – но далее именно ионы поддерживают пламя. Температура воспламенения – это такая температура, при которой становится возможен самоподдерживающийся процесс продуцирования ионов, в условиях действующих механизмов «отвода тепла» и обрывов цепей реакции. И причиной высокой температуры пламени является, конечно, не упрочение энергии химических связей – главной причиной оказывается наличие достаточного количества ионов, движение которых греет среду. Здесь, кстати, и разгадка того, почему не бывает равновесия между реакцией горения и обратной к ней реакции «с поглощением тепла»: промежуточные продукты реакции, ионы, при своём движении могут только нагревать среду, но не могут охлаждать её.

Напрашивается недоумённый вопрос: «А каков же тогда физический смысл у теплоты сгорания топлива?» Если раньше этот смысл был совершенно прозрачен – это, мол, разность энергий соответствующих химических связей – то теперь этот смысл теряется в дыму продуктов горения… Вот не надо – с больной-то головы на здоровую! Этот смысл не был прозрачен, ибо для его прозрачности требовалась, как минимум, однозначность энергий химических связей. Но выше уже говорилось, почему об этой однозначности не может быть и речи. А смысл теплоты сгорания топлива очень прост: одно и то же топливо можно сжигать очень по-разному, и чем эффективнее ионы будут работать как нагреватели, тем больше будет выход тепла. Вот почему теплота сгорания является принципиально «плавающей», зависящей от условий горения. На это теоретики пустили в оборот фальшивку, отвлекающую внимание на «неполное сгорание топлива». Теплота сгорания – она, мол, в справочниках даётся для полного сгорания. Если у вас тепловыход получается меньше – значит, у вас неполное сгорание. Диагноз окончательный и обжалованию не подлежит! Да, но иногда тепловыход получается и больше! Это, стало быть, как – сверхсгорание, что ли? О, нет, всё проще! Это значит, что в справочниках была величина всё-таки для неполного сгорания – сейчас всё быстренько подкорректируют. Жгите дальше!

Этот на редкость диалектический подход кажется совершенно непотопляемым. Одного лишь боятся теоретики: чтобы кто-нибудь не догадался, что этот их подход совершенно бессилен объяснить, отчего одно и то же вещество может либо гореть, либо взрываться, либо детонировать. Ну, положим, взрыв – это тоже горение, только при особо благоприятных условиях: взрыв – это цепная реакция горения, когда большинство цепей реакции не обрывается, а развивается. При взрыве, как показывают эксперименты, по гремучей смеси проходит ударная волна, которую гонит перед собой зона химической реакции. Детонация же внешне проявляется как гораздо более быстрый взрыв – но полагают, что качественных отличий между ними нет. Детонационную волну рассматривают как «комплекс, состоящий из ударной волны и зоны химической реакции, тепловыделение в которой поддерживает ударный фронт». Просто дух захватывает: в конденсированном взрывчатом веществе, при скорости ударного фронта в 2 км/с, скорость детонационного фронта может составлять 9 км/с и более – причём, в одном и том же образце регистрируется динамика сразу обоих этих фронтов, чем наглядно демонстрируется их различная природа. А нам до сих пор втюривают, что при горении, взрыве и детонации происходит одна и та же химическая реакция. Дяденьки, возьмите в левую руку маленький брикетик тротила. Пламенем спички его можно поджечь – и он будет безобидно гореть. А от малейшей искры он сдетонирует – мало не покажется. И это – одна и та же химическая реакция? А разница в их протекании чем обусловлена? Тем, что, в случае детонации, условия для реакции ещё благоприятнее, чем при взрыве – т.е. эти условия не просто благоприятные, а охренительно благоприятные? Но, ведь, ёлы-палы, брикетик-то один и тот же! В чём конкретно разница по благоприятности, дающая либо горение, либо детонацию? Да вот в чём эта разница: в грамотно подобранных коэффициентах в уравнениях – чтобы скорость фронта реакции составляла в первом случае миллиметры в секунду, а во втором – в миллион раз больше. Главное – чтобы теория согласовывалась с опытом!

Говорит эта теория: детонационная волна быстрее ударной, потому что в зоне химической реакции, соответственно, температура и давление выше. Ужас… Контуженые эти теоретики, что ли: какая там может быть температура вообще? Температура имеет смысл для равновесных состояний – а взрывные процессы протекают так быстро, что о тепловом равновесии не может быть и речи. Речь может быть вот о чём: при увеличении температуры и давления в приготовленном образце взрывчатого вещества, скорость ударного фронта в нём заметно увеличивается. Но скорость детонационного фронта остаётся постоянной, будучи характеристической величиной для того или иного взрывчатого вещества! Но и эти факты не помогли бравым Зельдовичам-Станюковичам сообразить, что ударный и детонационный фронты – это принципиально разные феномены. Кстати, что они называют детонационным фронтом? Это же шутка: детонация вовсе не проходит последовательно по всему объёму образца взрывчатого вещества, начиная от места инициирования. Детонация может начинаться на некотором расстоянии от места инициирования, и может развиваться не только в прямом направлении, но и в обратном. Скоростная киносъёмка показывает, что очаги детонации «появляются совершенно произвольно во времени и в пространстве»!

Но нашим бравым теоретикам – хоть кол на голове теши! Зациклились они на «химической реакции и выделяющемся при ней тепле» - без этой мантры они уже шагу ступить не могут. А ведь проводились изящные опыты со специально синтезированным взрывчатым веществом – в молекулы которого, помимо нитрогрупп, входили группы СО и СО2 с углеродными и кислородными изотопными метками. Эти группы СО и СО2 являлись готовыми продуктами «реакции самоокисления» - в результате которой, изотопные метки так и остались бы в них. Но для всех продуктов детонации, содержавших углерод и кислород, процентные содержания изотопных меток оказались одинаковы и равны их процентным содержаниям в исходном взрывчатом веществе. Был сделан логичный вывод о том, что «все связи в исходной молекуле оказываются разорваны при детонации», и что продукты детонации должны получаться в результате произвольной рекомбинации свободных атомов. Вон оно как бабахает-то! Полный развал на атомы и последующая свободная рекомбинация – это, мягко говоря, не совсем химическая реакция, правда? Вот нам подсказывают: детонация – это цепной процесс развала специфических молекул, причём новые развалы вызываются резонансными электронами, вылетевшими при предыдущих развалах. Сразу многое становится на свои места. Сразу возникло подозрение, что «детонационный фронт» должен сопровождаться импульсом отрицательного электричества – и это подтвердилось на опыте! Другое подозрение – что на детонацию должны влиять электрические и магнитные поля – ещё ждёт своих исследователей.