在前端弯曲的铁丝上放置一截蜡烛,当将其放入装有空气的瓶子(牛奶瓶等)时,蜡烛会在瓶子中继续燃烧。那么,如果将其放入装满二氧化碳气体的瓶子,又会是什么结果呢?蜡烛的火焰只要低于瓶口一点点,就会立刻熄灭。
于是我们得出,在二氧化碳气体中,蜡烛是无法燃烧的。
接下来,我们尝试在瓶中装入烧饭用的煤气或者打火机里的气体,将蜡烛放入装有这些可燃性气体的瓶中后,又会发生什么呢?要做这个实验,除了蜡烛与铁丝外,还需要准备水盆、牛奶瓶、打火机的充气瓶以及浸湿的纸巾。
先在水盆中装入水,然后将牛奶瓶装满水,并用手掌压住瓶口倒置放入水中。
然后用打火机的充气瓶向瓶中充气(主要成分为丁烷),当水都被排挤出去后,瓶口处会有水泡出现,这说明瓶中已经充满了丁烷气体,接着继续用手掌压住瓶口,将瓶子从水中取出,用浸湿的纸巾盖在瓶口上。
现在,我们尝试将蜡烛放入牛奶瓶。
当蜡烛的火焰接近时,瓶口处会有火焰出现(因为丁烷是可燃性气体)。而随着蜡烛一点点地在瓶中下降,蜡烛的火焰会发生什么变化呢?
将蜡烛放入可燃性气体
瓶中的蜡烛会熄灭。虽然丁烷是可燃性气体,但蜡烛在其中也会熄灭。(注意:如果瓶中的气体为丁烷和空气的混合气体,将蜡烛放入其中可能会引起爆炸。所以必须在水中用丁烷将瓶中的空气全部置换出来。)
这是因为空气中有氧气,而丁烷气体中不含氧气。
将蜡烛放入氢气
请看上面的示意图。将装满氢气的瓶子倒置,从下往上将点燃的蜡烛从瓶口处伸入,然后会发生什么呢?有的人会说“氢气会爆炸。因为瓶中装的是100%的氢气,所以会产生剧烈的爆炸”。但是通过实验会发现,放入瓶中的蜡烛熄灭了。
由于只有氢气而没有氧气,蜡烛无法继续燃烧。仔细观察瓶口,可以发现其附近有氢气在燃烧(无色的火焰)。总之,并没有发生爆炸。
点燃可燃性气体与空气的混合物时,是否会发生爆炸最终要取决于该气体在空气中所占的比重,即体积分数。氢气需达到4.0%~75%,甲烷需达到5.3%~14%,乙醇(气体)需达到3.5%~19%。
这种所占比重的范围就叫作“爆炸临界值”,也称“燃烧临界值”。
爆炸的临界值
从上页表中可以看出,氢气与甲烷相比,其爆炸临界值更广(这意味着氢气更容易爆炸)。
城市里用的煤气主要是天然气,其主要成分为甲烷。由于其具备一定的爆炸临界值,所以即使发生了煤气泄漏,遇到明火的话,也不会立即发生爆炸。原本这种气体是没有臭味的,但是为了能让人们很快感知到煤气的泄漏,所以在其中人为地添加了微量带有臭味的硫醇物质。但即使是这样,每周还是会有小规模的煤气爆炸事故发生。
在购买了新的煤气灶时,我们一定要仔细了解其使用方法。大部分煤气爆炸事故都发生在煤气灶购买后的一年内。另外,埋在道路下负责向家中输送煤气的总管道,也可能由于自身老化引起煤气泄漏。因此,对于新的煤气灶以及煤气老旧管道一定要及时做安全检查。
东京电力福岛第一核电站,就发生过氢气爆炸的事故。爆炸是由于核反应堆的冷却过程失败引起的。
核燃料是被一种叫作“锆”的金属制成的合金覆盖的。之所以使用“锆”,是因为其很难吸收中子。鉴于要灵活地使用中子来引起核裂变的连锁反应,所以在保管核燃料时,就不能采用会吸收中子的材料。
但是,一旦“锆”的温度超过85℃,其就会与水反应变成“氢氧化锆”,并产生氢气。氢气会从核反应堆中向收纳容器、整个建筑物蔓延。该起爆炸事故,据推断就是由大量的氢气聚集引起的。
氢气在建筑物内与空气混合并超过了4.0%的爆炸临界值,一遇到明火就会发生爆炸(氢气与氧气发生激烈的反应)。