2.7 Расчёт температуры самовоспламенения
Стандартная температура самовоспламенения Тсвп, приведенная в справочниках, получена экспериментально по стандартной методике для горючей смеси стехиометрического состава. Установлено, что в пределах гомологического ряда величина Тсвп является функцией длины углеродной цепи в молекуле. Чем длиннее цепь, тем ниже температура самовоспламенения. Метод расчета Тсвп основан на эмпирической зависимости Тсвп от длины углеродной цепи.
Метод пригоден для расчета Тсвп алифатических углеводородов, алифатических спиртов и ароматических углеводородов.
Задача состоит в том, чтобы по структурной формуле химического соединения найти для него среднюю длину углеродных цепей.
Углеродная цепь - это цепочка атомов углерода от одного конца молекулы до дрyгoгo. Длина цепи - это число атомов углерода в такой цепи.
Например, в нормальном гептане
' 1 2 3 4 5 6 7
СН3 – СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СН3
одна углеродная цепь и ее длина равна 7.
1 2 3
В изобутане СН3 – СН2 – СН3
4
СН3
три цепи с одинаковой длиной (цепь 1-2-3, 1-2-4 и 3-2-4), длина каждой цепи равна 3. Средняя длина углеродных цепей в этом соединении тоже равна 3.
Определив среднюю длину цепи, далее по таблицам XII -ХIV приложения находят Тсвп.
Например, для н-гептана Тсвп = 496 К, а для изобутана Тсвп = 743 К (таблица XII для предельных углеводородов).
В молекуле химического соединения со сложной структурой иногда бывает трудно сразу найти все углеродные цепи. Поэтому для определения числа цепей используют формулу:
(52)
где Мр - число концевых функциональных групп, таких, как: -СН3,-ОН и бензольных колец.
Например, в н-гептане 2 группы СН3, т.е. Мр=2, из формулы (52) следует, что число цепей равно 1. В изобутане Мр=3, подставляя это значение в формулу (52), получим m = 3.
2.7.1 Расчёт Тсвп предельных углеводородов
Пример: Вычислить температуру самовоспламенения 3-этил-4-изопропилгексана
Решение:
1. Записываем структурную формулу соединения, нумеруем все атомы углерода:
1 2 3 4 5 6
СН3 – СН2 - СН2 - СН2 - СН2 – СН3
7 9 11
СН2 СН – СН3
8 10 11
СН3 СН3
2. В молекуле соединения пять концевых метильных групп (СН3), т.е. Мр=5. Определяем число цепей:
3. Найдем эти цепи и установим их длину. Для удобства составим следующую таблицу:
Углеродная цепь m1 |
1 - 6 |
1 - 8 |
1 - 10 |
1 - 11 |
6 - 8 |
6 - 10 |
6 - 11 |
8 - 10 |
8 - 11 |
10 - 11 |
Длина цепи l1 |
6 |
5 |
6 |
6 |
6 |
5 |
5 |
6 |
6 |
3 |
4. Определим среднее арифметическое значение длины углеродных цепей:
5. По таблице XIY приложения находим температуру самовоспламенения 3-этил-4-изопропилгексана, отыскивая её по значению средней длины цепи в молекуле соединения:
Тсвп = 522 К или 249 оС.