مخلوط هيدروجين وأكسجين

مخلوط الهيدروجين والأكسجين أوأوكسيهيدروجين (بالإنجليزية: Oxyhydrogen) هومخلوط انفجاري من الهيدروجين والأكسجين بنسبة مئوية 2 :1 ، وهي نفس النسبة التي يتكون منها الماء.. يستخدم هذا المخلوط في القوس الهيدروجيني لإنتاج شعلات اللحام وتحضير المواد الشديدة المقاومة للحرارة، وكان أول مخلوط يستخدم للحام. عمليا، تستخدم نسبة من الهيدروجين والأكسجين 1:4 أو1:5 لتفادي حدوث شعلة مؤكسدة.

خواصه

ينفجر مخلوط الهيدروجين والأكسجين بالنسبة 1:2 عندما تصل درجة حرارته 570 درجة مئوية من ذاته عند الضغط الجوي العادي. وأقل طاقة تلزم لاشعال المخلوط ولتكن شرارة صغيرة تبلغ 20 ميكروجول. ويمكن حرق المخلوط إذا كانت نسبة الهيدروجين بين 4% و95 % من حجم المخلوط عند درجة حرارة الغرفة.

يتحول المخلوط إلى بخار الماء بالاشتعال وتنتج عن التفاعل حرارة (تفاعل ناشر للحرارة) ، تعمل على استمرار الاشتعال. وينتج عن تفاعل 1 مول من الهيدروجين 8و241 كيلوجول من الطاقة. ولا يعتمد مقدار الطاقة الناتجة على طريقة الاشتعال ولكن درجة حرارة الشعلة قد تختلف.

تنتج أعلى درجة حرارة من التفاعل (نحو2800 درجة مئوية) عند اشتعال مخلوط نقي بنسبة اتحاد العناصر ، وهي نحو700 درجة مئوية أعلى من احتراق الهيدروجين في الهواء (بسبب وجود النتروجين في الهواء). .

وعندما يخلط المخلوط بنسبة غير النسبة 1:2 أوعندما يخلط غاز خامل مثل النيتروجين فإن درجة حرارة المخلوط تكون أقل بسبب انتشار الحرارة الناتجة في كمية أكبر من المواد. .

تحضيره

جهاز تحليل الماء.

ينتج مخلوط الهيدروجين والأكسجين بالتحليل الكهربائي للماء، وفيه ينفصل غاز الأكسجين عن غاز الهيدروجين. كما يمكن تفكك الماء بالحرارة إلا حتى ذلك يحتاج غلأى درجة حرارةعالية تصل إلى 2500 درجة مئوية.

وينشأ انفصال الهيدروجين عن الأكسجين في الماء بواسطة تيار كهربائي. يغمس القطبان الكهربيان في الماء ويضاف إليه قليل من حمض يساعد على التوصيل ويفضل حمض الكبريتيك أومحلول قلوي. كما يمكن استعمال ملح الطعام ك كهرل ولكن بحسب شدة التيار ونوع القطبان يمكن حتى ينفصل الكلور بدلا من الأكسجين.

التفاعل الانفجاري

يشتعل مخلوط الهيدروجين والأكسجين بالنسبة 1:2 في انفجار شديد لأنه تفاعل ناشر للحرارة exothermic ، وتصل سرعة الانفجار 2820 متر/ثانية. وهوعملية احتراق.

معادلة التفاعل:

{\displaystyle \mathrm {2\ H_{2 +O_{2 \longrightarrow 2\ H_{2 O

مجرد احداث شرارة في هذا المخلوط ينتج عنها تفاعلات تسلسلية تنتشر سريعا في جميع حجم المخلوط المتاح، تتفاعل فيه الهيدروجين والأكسجين وجزيئات هيدروكسيل OH-.

{\displaystyle \mathrm {H_{2 \ {\xrightarrow {Energy \ H{\cdot +{\cdot H\quad (Chain-beginn)

{\displaystyle \mathrm {H{\cdot +O_{2 \longrightarrow {\cdot OH+O{\cdot

{\displaystyle \mathrm {O{\cdot +H_{2 \longrightarrow {\cdot OH+H{\cdot

{\displaystyle \mathrm {{\cdot OH+H_{2 \longrightarrow H_{2 O+H{\cdot

وينتج عن تفاعل الهيدروجين والأكسجين الماء.

يكون إنتاج 1 مول من الماء مصحوبا بحرارة صادرة قدرها 571,6 كيلوجول/مول (Δ_rH⁰ = −571,6 kJ/mol).

ويتغير الإنثالبي H لواحد مول من الماء الناتج بمقدار −286 كيلوجول/مول.

كما يؤدي التفاعل إلى تفاعل جانبي ينتج فوق أكسيد الهيدروجين:

{\displaystyle \mathrm {H_{2 +O_{2 \longrightarrow H_{2 O_{2

{\displaystyle \mathrm {O_{2 +4\ e^{- +4\ H^{+ \longrightarrow 2\ H_{2 O

ويحدث تفاعل الهيدروجين والأكسجين أيضا في خلية الوقود. وطبقا لتصميم تلك الخلايا تُستغل الطاقة الحرة من التفاعل (وهي فرق الإنثالبي للمواد الداخلة في التفاعل والماء الناتج) ، وهي هنا بصفة أدق طاقة جيبس الحرة ΔG لإنتاج التيار الكهربي ويضيع جزء منها كحرارة. ويسري التفاعل في الخلية الوقود بطيئا ومُتحكم فيه.

المراجع

↑ 1911 Encyclopedia. "Oxyhydrogen Flame." (Available here Accessed 2008-01-19.)نسخة محفوظة 23 يناير 2013 على مسقط واي باك مشين.
^ Viall, Ethan (1921). Gas Torch and Thermite Welding. McGraw-Hill. صفحة 4.
↑ O'Connor, Ken. "Hydrogen" (PDF). NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual.
^ Calvert, James B. (2008-04-21). "Hydrogen". جامعة دنفر. مؤرشف من الأصل في 04 يناير 2018. اطلع عليه بتاريخ 23 أبريل 2009. An air-hydrogen torch flame reaches 2045 °C, while an oxyhydrogen flame reaches 2660 °C.
^ "Adiabatic Flame Temperature". The Engineering Toolbox. مؤرشف من الأصل في 06 أكتوبر 2017. اطلع عليه بتاريخ 23 أبريل 2009. "Oxygen as Oxidizer: 3473 K, Air as Oxidizer: 2483 K"
^ "Temperature of a Blue Flame". مؤرشف من الأصل في 01 ديسمبر 2017. اطلع عليه بتاريخ 05 أبريل 2008. "Hydrogen in air: 2,400 K, Hydrogen in Oxygen: 3,080 K"
^ Grundzüge der Anorganischen Chemie I: Hauptgruppenelemente (SS 2003); www.weidenbruch.chemie.uni-oldenburg.de/wac1S.pdf.
^ [1]^{[وصلة مكسورة]}^{[وصلة مكسورة]}نسخة محفوظةستة فبراير 2020 على مسقط واي باك مشين.

انظر أيضا

انثالبي قياسي للتكوين
سخانة
نظرية بنسون
إنتروبيا
تبلور
قياس الحرارة Calorimetry
مثمن
عملية ثابتة الحرارة Isenthalpic process
قواعد بيانات ترموديناميكية للمواد النقية Thermodynamic databases for pure substances
انثالبي التسامي