Опыт: цепная реакция горения метана - как сделать ?

[VAKT]

Здравствуйте.

В бытность студентом-горняком на кафедре химии на показывали опыт как взрывается метан в замкнутых сосудах (подземных выработках).

На столе стоял тяжёлый стальной пустотелый цилиндр объёмом менее литра с приваренной верхней крышкой в которой было маленькое отверстие по центру. Отверстие открывалось, подносилась тлеющая щепка и ничего не происходило. Через небольшое время ~20..30 секунд появлялся тонкий слабый писк, громкость которого нарастала, а тон понижался и в какой-то момент происходил взрыв и этот стальной цилиндр подкидывало на метр-полтора.

Понятно, что преподаватель запускал разветвлённую цепную реакцию, возможно горения не метана, а водорода.

Как повторить такой опыт в рамках просветительской деятельности об опасности небрежного использования бытовых газовых приборов дома для школьников ?

Изменено 1 Октября, 2025 в 13:59 пользователем VAKT

[PPz]

Едва ли это опыт на цепную реакцию. Скорее на взрывную концентрацию с воздухом и разгон горения до детонации.
Чистый водород, метан и даже пропан, выходя из крохотного отверстия горит маленьким синим огоньком. который вы могли даже не заметить. Его цвет на грани ультрафиолета, при дневном свете едва различим.
По мере того, как горючий газ выходит, а в сосуд подсасывается воздух и смешивается с оставшимся внутри газом, скорость горения на выходе из отверстия нарастает. Когда в сосуде достигается верхний взрывной предел концентрации, пламя уже не требует внешнего воздуха и захватывает весь внутренний объём сосуда. Бабах.

Запускать так металлические цилиндры - в школе окон и люстр не останется. Только если совсем маленький.
Можно использовать пластиковые шприцы на 2-10мл со снятой иглой и заплавленным носиком. Если такой шприц заполнить водородом, зажать пальцем, вынуть из воды, поднести лучину и палец убрать - водород сгорит с лёгким "шшшш".
Если заполнить шприц смесью водорода и воздуха либо кислорода, то "вшшшш" за долю секунды сменяется нарастающим свистом и далее переходит во взрыв, а шприц улетает кому-то в лоб.
Но насколько знаю, в школах запретили опыты с водородом. В принципе ничего опасного, если использовать только пластиковую посуду, а не стеклянную, к которой привыкли химики. И не бабахать более 200мл газовой смеси.

[VAKT]

первые пол-минуты вообще тишина стояла, в аудитории начали шептаться, но препод попросил тишины. И только тогда появился еле слышимый чистый высокий звук, который становился громче и ниже, никакого шипения. И когда стал звук громкий и низкий - бабахнуло.

Объясняли, что обычное горение может идти совсем не так, как привычно, а сперва с образованием разветвлённых цепочек радикалов. Типа такого:

Изменено 1 Октября, 2025 в 14:36 пользователем VAKT

[PPz]

 Ну время зависит от объёма сосуда и скорости выхода газа через отверстие. Звук определяется материалом, толщиной, скоростью вылета пламени.
 
 "Цепная реакция" - это всё же механизм процесса на микромасштабе, а не самостоятельное явление. Наблюдать её в чистом виде отлично от привычного горения и чтоб оно в долю секунды не разогналось в бабах вроде можно лишь при низких давлениях, используя не источник огня, а ультрафиолет для запуска реакции. Чаще судят по косвенным признакам: например, в трубе одного диаметра реакция идёт, а в меньшем не идёт; или в сосуде из одного материала вспышка газовой смеси самопроизвольно возникает, а в сосуде из другого нет.
 Может кто больше в теме ответят.

[grau]

В 01.10.2025 в 18:23, VAKT сказал:

В бытность студентом-горняком на кафедре химии на показывали опыт как взрывается метан в замкнутых сосудах (подземных выработках).

На столе стоял тяжёлый стальной пустотелый цилиндр объёмом менее литра с приваренной верхней крышкой в которой было маленькое отверстие по центру. Отверстие открывалось, подносилась тлеющая щепка и ничего не происходило. Через небольшое время ~20..30 секунд появлялся тонкий слабый писк, громкость которого нарастала, а тон понижался и в какой-то момент происходил взрыв и этот стальной цилиндр подкидывало на метр-полтора.

Понятно, что преподаватель запускал разветвлённую цепную реакцию, возможно горения не метана, а водорода.

Как повторить такой опыт в рамках просветительской деятельности об опасности небрежного использования бытовых газовых приборов дома для школьников?

 

Если этот опыт делать не с толстостенным стальным цилиндром, а с обычной жестянкой из-под сгущёнки, то он относительно безопасен, и его можно показывать школоте.

 

Спойлер

 

Именно этот опыт нам самолично показывал декан химфака проф. Калиниченко И. И., предварительно отсадив подальше от стола слушателей из первых двух рядов. Грохнуло неслабо, жестянка подлетела вертикально над столом метра на полтора.

[Вадим Вергун]

В 01.10.2025 в 20:22, grau сказал:

Если этот опыт делать не с толстостенным стальным цилиндром, а с обычной жестянкой из-под сгущёнки, то он относительно безопасен, и его можно показывать школоте.

Не рекомендую.

В школьные годы так поэкспериментировал с консервной банкой и гремучим газом. Эффект превзошел все ожидания. Банка рикошетом от руки подлетела метров на 15. Рука опухла на неделю. 

[grau]

В 02.10.2025 в 12:26, Вадим Вергун сказал:

Не рекомендую.

В школьные годы так поэкспериментировал с консервной банкой и гремучим газом. Эффект превзошел все ожидания. Банка рикошетом от руки подлетела метров на 15. Рука опухла на неделю.

 

Из вашего поста я понял, что вы подожгли в жестянке готовую гремучую смесь, которая моментально сдетонировала. Неужели вы ожидали, что будет как-то иначе?

 

Либо недотерпели, пока жестянка полностью заполнится водородом.

 

А в описываемом опыте речь идёт о плавном достижении воздушно-водородной смесью верхнего КПВ с последующим её воспламенением от пламени горящего водорода. Таким образом, экспериментатор поджигает не гремучий газ, а чистый водород, и у него остаётся достаточно времени не только для того, чтобы убрать руку, но и чтобы отойти подальше. Так что если делать опыт продуманно, то ничего страшного в нём нет, что, собственно говоря, я и засвидетельствовал в своём предыдущем посте.

 

Для желающих усугубить эффект приведу описание ещё одного опыта из книжки Головнера. Но только делать его надо на открытом воздухе, вдали от жилой застройки и людных мест, да и зрителям лучше держаться подальше от места старта.

 

Спойлер