[Archiv!] Reine Mathematik, Physik, Chemie usw.: Gehirntrainingsprobleme, die in keiner Weise mit dem Handel zusammenhängen - Seite 466
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Ich werde mal googeln, wer Trachtenberg ist.
Alle anderen Bedingungen sind identisch. Luftfeuchtigkeit, Dichte, Sauerstoffgehalt, usw. Und selbst deren Unterschied wirkt sich nicht so sehr auf die Geschwindigkeit der Reaktion aus wie die Wärmeabfuhr aus der Reaktionszone.
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Kurz gesagt gibt es in der Chemie einen berühmten Grundsatz von Le Chatelier: Jeder Einfluss auf die chemische Reaktion verschiebt das chemische Gleichgewicht in einer Weise, die diesen Einfluss verringert. Schreiben wir die Verbrennungsreaktion auf (sie ist exotherm):
Ausgangsbrennstoff + Sauerstoff <-> Verbrennungsprodukte + Wärme Q
Jetzt werden wir die Verbrennungszone abkühlen. Mit anderen Worten: Wir werden die Wärme ableiten. Die Reaktion wird nach dem Prinzip von Le Chatelier das Gleichgewicht so ausrichten, dass der äußere Einfluss (Wärmeentzug) minimiert wird. Er wird dazu 'neigen', mehr Wärme zu erzeugen. Da sich die Wärme auf der rechten Seite der Reaktion befindet, verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts. Das Feuer wird sich verstärken.
Und warum wird ein Feuer mit Kohlendioxid gelöscht? Es ist ganz einfach: Kohlendioxid ist eines der Produkte der Verbrennungsreaktion. Wenn wir seine Konzentration künstlich erhöhen, verschiebt sich das Gleichgewicht der Verbrennungsreaktion nach links (d.h. dorthin, wo noch kein Kohlendioxid vorhanden war), also in die der Verbrennung entgegengesetzte Richtung.
Ein weiteres Beispiel, das letzte zum Thema Feuer: Wenn die Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungszone entfernt werden, wird die Verbrennung intensiver (die Reaktion wehrt sich und versucht, den äußeren Einfluss durch Hinzufügen weiterer Verbrennungsprodukte zu kompensieren). Dies scheint in der Metallurgie verwendet zu werden.
Ich erinnere mich, dass ich von unseren Polarforschern gelesen habe, die es geschafft haben, im Winter ein Feuer auf der Vostok in der Antarktis zu überleben. Der Frost während des Brandes war sehr hart. Die Polarforscher erinnern sich, dass das Aluminium brannte. Das beweist nichts, aber es zeigt, dass kalte Luft ein Feuer nicht daran hindert, sehr stark zu sein.
Theoretisch sieht die Antwort richtig aus, aber ich habe das Gefühl, dass die "Wärmeabgabe" ohne Berücksichtigung der Luftdichte irgendwie nicht richtig aussieht :)
Und wenn das Experiment in einem geschlossenen Gefäß durchgeführt wird, um die Identität aller "anderen Bedingungen" zu erfüllen? Ich halte es für unwahrscheinlich, dass der Kraftstoff bei niedrigeren Temperaturen schneller brennen kann.
Alle anderen Bedingungen sind identisch. Luftfeuchtigkeit, Dichte, Sauerstoffgehalt, usw. Und selbst deren Unterschied wirkt sich nicht so sehr auf die Geschwindigkeit der Reaktion aus wie die Wärmeabfuhr aus der Reaktionszone.
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Kurz gesagt gibt es in der Chemie einen berühmten Grundsatz von Le Chatelier: Jeder Einfluss auf die chemische Reaktion verschiebt das chemische Gleichgewicht in einer Weise, die diesen Einfluss verringert. Schreiben wir die Verbrennungsreaktion auf (sie ist exotherm):
Ausgangsbrennstoff + Sauerstoff <-> Verbrennungsprodukte + Wärme Q
Jetzt werden wir die Verbrennungszone abkühlen. Mit anderen Worten: Wir werden die Wärme ableiten. Die Reaktion wird nach dem Prinzip von Le Chatelier das Gleichgewicht so ausrichten, dass der äußere Einfluss (Wärmeentzug) minimiert wird. Er wird dazu 'neigen', mehr Wärme zu erzeugen. Da sich die Wärme auf der rechten Seite der Reaktion befindet, verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts. Das Feuer wird sich verstärken.
Ich stimme mit der Formulierung nicht überein :) Schließlich wird die Wärme nicht aus der Leere kommen - vielmehr wird sich der Zustrom von Luft/Sauerstoff aufgrund der schnelleren Verdrängung von heißer Luft durch kältere Luft - Dichteunterschied - verstärken. Beschleunigung des Sauerstoffzuflusses -> Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit, statt "Wärmeentzug" -> Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit.
Man kann den Sauerstoff in einem geschlossenen Gefäß nicht beschleunigen - er ist bereits vollständig vorhanden.
Victor, ich habe eine Ausbildung im Bereich der Mikroelektronik absolviert, ich habe an der Abteilung für Physik und Chemie des MIET (in Zelenograd) studiert. Sie haben uns viel Chemie, Thermodynamik, physikalische Chemie, Oberflächenphysik usw. beigebracht. Heute ist vieles in Vergessenheit geraten, aber damals waren unsere Köpfe aufgeblasen von all diesen umfangreichen/intensiven Parametern und partiellen Ableitungen in der Physik.
Auf einer qualitativen Ebene funktioniert das Le Chatelier-Prinzip gut - wenn man die Logik kontrolliert und die Vernunft beim Argumentieren nicht überschreitet. Natürlich erklärt sie nicht alles (weil sie qualitativ ist), aber sie gibt einem Schüler im Alter von 1-2 Jahren eine qualitative Erklärung, in welche Richtung die Reaktion gehen wird, wenn eine bestimmte Aktion durchgeführt wird.
Auf der quantitativen Ebene wird sie durch die physikalische Chemie beschrieben. Dies ist die gleiche Thermodynamik, nur unter Berücksichtigung des chemischen Potenzials. Aber das war nicht das 2. Jahr...
P.S. Ihre Argumentation weist logische Fehler auf. Ja, Wärme entsteht nicht aus der Leere; sie entsteht aus der chemischen Reaktion selbst. Wenn man Natrium und Wasser mischt, woher kommt dann die Wärme? Und gerade der Entzug von Wärme ist in diesem Beispiel der Hauptgrund für die Verschlimmerung des Brandes. Das Schöne an diesem Prinzip ist, dass man nicht ins Detail gehen muss und die Richtung des Prozesses sofort vorhersagen kann.
P.P.S. Ich mag mich irren, aber bei exothermen Reaktionen in der Metallurgie wird der kalte Sauerstoff in die Verbrennungszone geleitet. Nicht weil es einfacher ist, sondern weil das Prinzip von Le Chatelier funktioniert: Die Reaktion wird aus zwei Gründen gleichzeitig beschleunigt - sowohl durch die Zufuhr von externem Sauerstoff als auch durch die Tatsache, dass es kalt ist!
P.P.S. Ich mag mich irren, aber bei exothermen Reaktionen in der Metallurgie ist der Sauerstoff in der Verbrennungszone kalt. Nicht weil es einfacher ist, sondern weil das Le Chatelier-Prinzip funktioniert: Die Reaktion wird aus zwei Gründen gleichzeitig beschleunigt - zum einen durch die externe Sauerstoffzufuhr, zum anderen durch die Kälte!
Victor, ich habe eine Ausbildung im Bereich der Mikroelektronik absolviert und an der Abteilung für Physik und Chemie des Moskauer Instituts für elektronische Technologie (in Zelenograd) studiert. Wir haben viel Chemie, Thermodynamik, physikalische Chemie, Oberflächenphysik usw. gelernt. Heute ist vieles in Vergessenheit geraten, aber damals waren unsere Köpfe aufgeblasen von all diesen umfangreichen/intensiven Parametern und partiellen Ableitungen in der Physik.
Auf einer qualitativen Ebene funktioniert das Le Chatelier-Prinzip gut - wenn man die Logik kontrolliert und die Vernunft nicht überstrapaziert. Natürlich erklärt sie nicht alles (sie ist qualitativ), aber sie gibt einem Schüler im Alter von 1-2 Jahren eine qualitative Erklärung, in welche Richtung eine Reaktion gehen wird, wenn eine bestimmte Aktion durchgeführt wird.
Auf quantitativer Ebene wird dies durch die Physikochemie beschrieben. Es ist dasselbe wie in der Thermodynamik, nur mit Berücksichtigung des chemischen Potenzials. Aber das war nicht das 2. Jahr...
P.S. Ihre Argumentation weist logische Mängel auf. Ja, Wärme entsteht nicht im luftleeren Raum, sondern durch die chemische Reaktion selbst. Wenn man Natrium und Wasser mischt, woher kommt dann die Wärme? Und gerade der Wärmeentzug ist in diesem Beispiel der Hauptgrund für die Verschlimmerung des Brandes. Das Schöne an diesem Prinzip ist, dass man nicht ins Detail gehen muss und die Richtung des Prozesses sofort vorhersagen kann.
P.P.S. Ich mag mich irren, aber bei exothermen Reaktionen in der Metallurgie wird der kalte Sauerstoff in die Verbrennungszone geleitet. Nicht weil es einfacher ist, sondern weil das Prinzip von Le Chatelier funktioniert: Die Reaktion wird aus zwei Gründen gleichzeitig beschleunigt - sowohl durch die Zufuhr von externem Sauerstoff als auch durch die Tatsache, dass es kalt ist!
Ich widerspreche nicht dem Prinzip von Le Chatelier, aber ich mag die Details der Lösung des Problems nicht :) D.h. es scheint, dass die Aufgabenstellung so formuliert ist, dass nur das Prinzip von Le Chatelier in Erinnerung bleibt, ohne unnötige Details.
Nein, Alexey, komm nicht auf dumme Gedanken. Die Reaktion ist bereits in vollem Gange, das Feuer lodert. Und im Moment Ch kühlen wir die Außentemperatur stark ab - sagen wir, auf -150 (lassen wir den Sauerstoff ein Gas bleiben). Der Laie wird natürlich denken, dass das Feuer erlöschen wird. Aber wir sind mit dem Le Chatelier Prinzip bewaffnet...
Dafür spricht auch, dass der Sauerstoff, wie Sie richtig sagten, kalt in den Ofen geleitet wird - aber nicht speziell gekühlt, zum Beispiel auf -50 Grad (oder irre ich mich?).
Warum sollte man das nicht absichtlich tun?
VictorArt: D.h. offenbar ist die Aufgabenstellung so formuliert, dass nur das Le Chatelier-Prinzip in Erinnerung gerufen wird, ohne zusätzliche Details.
Genau, Victor! Ich habe keine zusätzlichen, spezifischen Daten gemeldet. Nun, die Mittel zur Lösung des Problems sollten entsprechend gewählt werden...
Ich werde langsamer, gib mir eine Formel.
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Es gibt eine Reihe von Zeichen. Die Anzahl der Zeichen ist 2 * N, d.h. gerade.
Die Zeichen werden in 2 Teilmengen von je N Zeichen unterteilt. Bestimmen Sie die Anzahl der Möglichkeiten, die Symbole in Teilmengen zu unterteilen. Die Position des Symbols in der Teilmenge ist nicht wichtig.
Das heißt:
1) Für die Menge {A,B} (d.h. mit N=1) gibt es eine einzige Teilungsmöglichkeit: {A} + {B}
2) Für die Menge {A,B,C,D} (d.h. für N=2) gibt es 3 Varianten:
{AB} + {CD}
{AC} + {BD}
{AD} + {BC}
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Wie lässt sich die Anzahl der Wahlmöglichkeiten für einen beliebigen Wert von N bestimmen?
Zunächst zum Sauerstoff. Sauerstoff wird durch Destillation von Luft gewonnen. Es gibt zwar modernere Technologien - zum Beispiel die Membrantechnologie -, aber nicht im industriellen Maßstab. Es gibt keinen Grund, sie zu erhitzen. Er wird von selbst in einem Autogen erhitzt.
Nun zu Na. Wer hat gesagt, dass Natrium nicht mit Wasser gemischt werden kann, ohne dass es zu einer Reaktion kommt? Das geht, wenn das Wasser und das Natrium in fester Form vorliegen. In fester Form reagieren sie nicht miteinander. Denken Sie an Aspirin-Brausetabletten, bei denen Acetylsalicylsäure und Zitronensäure mit Natriumbicarbonat gemischt sind. Einmal in Wasser - Reaktion, in trockener Form - keine Reaktion.
Nun zur Reaktionsgeschwindigkeit. Natürlich hängt die Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur ab. Je höher sie ist, desto höher ist sie. Aber erinnern wir uns an die physikalische Chemie. Wovon hängt es noch ab? Konzentration. Und wovon hängt die Konzentration ab? Dichte, zum Beispiel. Ich spreche von Gasen. Die Dichte ist übrigens umgekehrt proportional zur Temperatur. Wenn die Temperatur unter diesem Gesichtspunkt steigt, nimmt die Konzentration der Ausgangsstoffe ab.
Ein weiterer Punkt. Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt von der Konzentration der Verbrennungsprodukte ab. Je höher die Konzentration der Verbrennungsprodukte ist, desto geringer ist die Reaktionsgeschwindigkeit.
Die Frage ist also nicht sehr "linear". Und es wird "Geschwafel" in diesem Forum sein und es wird keine konkrete Antwort geben.
Was mich betrifft, so kann auch ich keine eindeutige Antwort geben. Einerseits weiß ich, dass die Reaktionsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur zunimmt, andererseits nimmt sie ab (und es gibt Beispiele für ihre Anwendung in der Technik, insbesondere im Weltraum). Der Verbrennungsprozess ist "automatisch ausgeglichen". Deshalb sind wir alle hier und noch nicht am Ziel .....
Noch eine Sache. Was brennt denn da? Holz, zum Beispiel? Vergessen Sie nicht, dass sich Holz bei der Verbrennung zersetzt: Kohle, Methan, Methanol, Essigsäure, Wasser, Asche, usw. Manchmal braucht es Energie, um sich zu zersetzen, und manchmal "zersetzt" es sich selbst - je nachdem, was verbrannt wird. Es gibt noch mehr interessante Dinge - ein Stoff kann gleichzeitig oxidiert und reduziert werden. Wie? So. Die Produkte der "Verbrennung" werden auch mehr, aber das ist eine Illusion :)