Условие задачи
Что представляет собой дым, образующийся при горении древесины?
Решение
Данная задача относится к области химии (а именно – к химии горения и физико-химии аэрозолей). Рассмотрим подробно, что происходит при горении древесины и как формируется дым.
1. При нагревании древесины сначала происходит пиролиз – термическое разложение сложных органических полимеров (целлюлозы, лигнина) без участия кислорода. В результате выделяются летучие органические соединения, летучая фракция и твердое вещество – древесный уголь.
2. При последующем горении летучих веществ и древесного угля кислородом происходит экзотермическая реакция. Если кислорода достаточно, происходит полное окисление:
Условно: CₓHᵧO + O₂ → x CO₂ + (y⁄2) H₂O.
Однако в реальных условиях горения древесины кислород может подаваться недостаточно, и тогда горение становится неполным.
3. При неполном сгорании образуются промежуточные продукты (например, монооксид углерода CO) и частицы несгоревших органических веществ. Так формируется дым, который представляет собой аэрозоль – множество мелких частиц, взвешенных в газовой фазе.
4. Состав дыма можно условно разделить на две составляющие:
а) Газовая фаза – включает такие газы, как:
• Диоксид углерода CO₂,
• Водяной пар H₂O,
• Монооксид углерода CO,
• Другие примеси (окиси азота, летучие органические соединения).
б) Твердотельная фаза – состоит из очень мелких частиц (сажа, т.е. элементарного углерода, а также частиц пепла и несгоревших органических соединений), которые образуют коллоидную суспензию в газовой среде.
5. Таким образом, дым при горении древесины представляет собой сложную аэрозольную систему, в которой мелкие твердые частицы (сажевые частицы) disperгированы в смеси горячих газов. Он возникает вследствие комбинирования процессов термического разложения, полного и неполного горения, что приводит к образованию разнообразных химических соединений и аэрозольных частиц.
Вывод:
Дым – это аэрозоль, состоящий из газовой фазы (CO₂, H₂O, CO, и др.) и дисперсной твердотельной фазы (сажа и прочие мелкие частицы), образующихся при неполном сгорании древесины.