VIII группа (подгруппа VIII а) Инертные газы

Элемент	Название	Кем открыт	Год открытия
Не	Гелий ("солнце")	Локьер, Жансен Рамзай	1893 - 1898
Ne	Неон ("новый")
Ar	Аргон ("ленивый")
Kr	Криптон ("скрытый")
Xe	Ксенон ("незнакомец")
Rn	Радон ("луч")

Первый из инертных газов – гелий – был впервые открыт на Солнце, и лишь позже – на Земле. А затем в течение нескольких лет лорд Рамзай открыл всю подгруппу инертных (благородных) газов. За это открытие ему была присуждена Нобелевская премия 1904 года.

1. Инертные газы не вступают в какие-либо химические реакции. Однако сравнительно недавно все-таки были получены соединения криптона и ксенона с фтором и кислородом.

2. Использование инертных газов началось с 1915 года, когда в Германии гелий впервые применили для наполнения дирижаблей.

В настоящее время инертные газы активно используются в технологических процессах

а) для создания защитных сред (как газы – флегматизаторы);

б) как средства для передавливания из одной емкости в другую легковоспламеняющихся жидкостей и порошков в ракетах и управляемых снарядах;

в) для хранения и перевозки элементов ядерных реакторов;

г) при получении щелочных металлов, а также вольфрама, ванадия, урана, тория, ниобия, тантала, циркония, гафния и бериллия;

д) при изготовлении ламп;

е) гелий используют как заменитель азота в аквалангах для предотвращения кессонной болезни.

Водород

Водород – единственный элемент периодической системы, не имеющий аналогов. Открыт был в 1766 году Генри Кавендишем.

В свободном состоянии на Земле встречается очень редко (в небольших количествах – в вулканических газах и продуктах разложения органических остатков). Водород – самый распространенный элемент Вселенной; в виде плазмы он составляет около половины массы Солнца и большинства звезд, основную часть газа межзвездной среды и газовых туманностей.

Из промышленных способов получения водорода наиболее распространенными являются:

а) конверсия метана

Н₂О

СН₄ + О₂  СО₂ + 2Н₂

б) крекинг нефти;

в) коксовый газ, образующийся при коксовании угля;

г) крекинг метана

СН₄  С + 2Н₂

д) электролиз воды;

е) железопаровой способ

Fe + H₂O  FeO + H₂.

Все процессы получения водорода представляют большую пожарную опасность.

1. При обычных условиях водород малоактивен. Бурно реагирует только с фтором.

При нагревании взаимодействует с кислородом с образованием воды. При определенных условиях реакция может носить характер взрыва.

Н₂ + 0,5О₂  Н₂О

2. При высоком давлении водород вступает в реакцию с азотом с образованием аммиака.

3Н₂ + N₂  2NН₃

3. Пожарную опасность представляют гидриды металлов I-II групп. При взаимодействии этих веществ с водой выделяется водород.

NaH + H₂O  NaOH + H₂

4. Водород используют для получения чистых металлов (железа, вольфрама и др.)

3H₂ + WO₃  W + 3H₂O

5. Водород в больших объемах используют для охлаждения турбогенераторов.

(Определения, формулы, графики и уравнения реакций даются под запись.)

Вопрос № 2. Характеристика огнезащитных покрытий (10 мин)

Вопрос № 2. Огнезащитные покрытия (10 мин.)

Вопросы защиты деревянных строительных конструкций, а также повышения огнестойкости металлических конструкций являются основополагающими в строительном деле, в электроэнергетике, на транспорте и в других отраслях народного хозяйства.

После пожара 1812 года на государственном уровне стали запрещать строить дома из древесины, особенно в центре Москвы. А те дома, которые имели бревенчатые стены, должны были оштукатуриваться глиной. Другим способом снижения пожарной опасности деревянных конструкций явилось нанесение на поверхность древесины известкового раствора.

На научную основу дело огнезащиты строительных материалов и конструкций было поставлено только в послереволюционное время. Научными изысканиями в этой области стал заниматься химический отдел Центральной научно-исследовательской лаборатории (1929 г.), а затем Центральный научно-исследовательский институт противопожарной обороны (1937 г.)

Исследования позволили разработать ряд огнезащитных составов на основе простейших связующих, таких как суперфосфат, глина, известь, отходы по производству хлорированных продуктов. Эти составы широко использовались в Ленинграде и Москве для защиты чердачных помещений в жилых и общественных зданиях.

Огнезащитную обработку проводили методом глубокой пропитки древесины огнезащитными составами под давлением (в автоклавах) или поверхностными средствами огнезащиты.

Состав для глубокой пропитки: 77,5 % фторида натрия NaF, 14 % сульфата аммония (NH₄)₂SO₄, 6 % фосфата аммония (NH₄)₃РO₄ и 2,5 % хлорида натрия NaCl. В условиях, исключающих вымывание, огнезащитный состав обеспечивал огнезащиту древесины до и более 30 лет при введении на 1 м³ 80 – 100 кг солей.

В качестве поверхностных средств огнезащиты по убывающей степени эффективности рекомендовались к применению:

а) штукатурка слоем 20 мм или облицовки несгораемыми и трудносгораемыми материалами, равными по огнезащитным свойствам штукатурке;

б) сухая гипсовая (CaSO₄) штукатурка толщиной 8-10 мм;

в) поверхностная пропитка и огнезащитные малярные покрытия.

Вещества, которые используются в огнезащитных составах, носят название антипирены.

Антипирены (от анти... и греч. рýr — огонь), вещества или смеси, предохраняющие древесину, ткани и другие материалы органического происхождения от воспламенения и самостоятельного горения (ингибиторы горения).

Предохраняющее действие антипиренов определяется:

а) низкой температурой их плавления с образованием плотной плёнки, преграждающей доступ кислорода к материалу;

б) разложением антипиренов при нагревании с выделением негорючих газов или паров, затрудняющих воспламенение газообразных продуктов разложения предохраняемого материала;

в) поглощением большого количества теплоты на плавление, испарение и диссоциацию антипиренов, что предохраняет пропитанные материалы от нагревания до температуры их разложения;

г) повышенным углеобразованием пропитанных материалов при их термическом разложении за счёт образующихся кислот (образование на поверхности материала защитного слоя пенококса;

д) изменением направления реакций в предпламенной области в сторону образования сажеподобных продуктов.

Антипирены могут быть разделены на инертные и активные; последние вступают с материалом в химическую реакцию. Антипирены должны удовлетворять следующим требованиям: совмещаться с материалом и не мигрировать на его поверхность; не ухудшать механических и других физических характеристик материала; не разлагаться при переработке материала и эксплуатации изделия; быть нетоксичными, не выделять при горении токсичных продуктов и уменьшать дымообразование. Желательно также, чтобы антипирены были бесцветны, атмосферостойки, обладали высокими диэлектрическими показателями.

Наиболее распространеные антипирены

1. Соли аммония

фосфаты аммония (диаммонийфосфат (NH₄)₂HPO₄, моноаммонийфосфат NH₄H₂PO₄, их смесь; аммония сульфат (NH₄)₂SO₄. Реже для этих целей применяют хлористый аммоний NH₄Cl.

Фосфаты аммония разлагаются при нагревании на аммиак и фосфорные кислоты. Выделяющийся при разложении аммиак образует над поверхностью древесины газовую оболочку, затрудняющую поступление к ней кислорода, а образующиеся легкоплавкие негорючие фосфорные кислоты покрывают древесину защитной пленкой. Диаммонийфосфат хорошо защищает древесину от возгорания и в особенности от тления после прекращения пламенного горения.

Реакции разложения солей аммония:

По своей эффективности как антипирены соли аммония располагаются в следующем ряду:

(NH₄)₂HPO₄ > (NH₄)₂SO₄ > NH₄I > NH₄Br > NH₄HSO₄> NH₄Cl > NH₄H₂PO₄ > (NH₄)₂CO_3.

2. Соединения бора

Бура (Na₂B₄0₇10Н₂О) представляет собой тетраборат натрия, кристаллизирующийся с 10 молекулами воды. Имеет вид бесцветных прозрачных кристаллов, легко выветривающихся с поверхности в сухом воздухе. При нагревании бура теряет кристаллизационную воду и при температуре свыше 700° С плавится, образуя прозрачную стекловидную массу. Бура вызывает незначительную коррозию металлов и несколько повышает гигроскопичность древесины. Может употребляться в чистом виде или в смеси с другими веществами.

Борная кислота (Н₃В0₃) - белое кристаллическое вещество, блестящие чешуйки которого довольно легко растворяются в горячей воде. При нагревании расплавляется в стекловидную массу. Она слабо корродирует металлы, почти не повышает гигроскопичности древесины. Обладает антипиренными и антисептическими свойствами.

3.Другими распространенными антипиренами являются гидроксид алюминия А1(ОН)₃, бромпроизводные ароматических углеводородов (например, гексабромбензол), смеси солей неорганических кислот с меламино- или мочевино-формальдными смолами, амины Ni, Zn, Co, карбонаты и сульфаты аммония, соли Мо, V, Се, алюмокалиевые квасцы KAl(SO₄)₂12H₂O.

Есть упоминание о том, что римский полководец Архелай во время войны с персами приказал обмазать деревянные башни концентрированным раствором квасцов, что защитило их от огня.

В конце 60-начале 70-х годов стали применять огнезащитные вспучивающиеся краски для защиты как древесины, так и металлических конструкций. В состав вспучивающихся красок входили: мочевиноформальдегидная смола, фосфат аммония(NH₄)₃РO₄, дициандиамид, а также вещества, содержащие элементы кремния, титана с примесями железа и алюминия. Основой для их приготовления являлись карбамидные смолы.

За последнее время вспучивающиеся огнезащитные покрытия получили широкое применение во многих странах. Это объясняется их низкой теплопроводностью в условиях пожара вследствие образования мелкоячеистого угольного слоя покрытия, который затрудняет прогрев древесины, удлиняя фазу ее подготовки к активному участию в процессе горения (термическому разложению). При вспучивании происходит размягчение связующего с одновременным термическим разложением антипиренов и газообразователей, что обуславливает огнезащитные свойства вспучивающегося покрытия.

Интересно применение вспучивающегося графита в составе огнезащитных покрытий (начиная с 1986 года). Вспучивающийся графит образуется при обработке природного графита сильными кислотами. После отмывки и просушки он представляет собой продукт, мало отличающийся от графита. Однако в процессе нагрева происходит его бурное увеличение в объеме, сопровождающееся отщеплением присоединившихся кислотных групп, раскрывающих слоистую структуру кристаллов, при этом образуется устойчивый к воздействию высокой температуры остаток.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ (2 мин.)

Преподаватель отвечает на вопросы обучаемых, приводит список литературы, рекомендуемый для самостоятельного углубленного изучения темы.

<[Введите текст]>

Стр. 33 из 33