爆炸的機理及影響因素

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1、天馬行空官方博客：http://t.qq.com/tmxk_docin；QQ:1318241189；QQ群：175569632爆炸基本概念【大綱考試內(nèi)容要求】：1.了解爆炸的機理及其分類；2.熟悉各種爆炸的反應歷程。3.了解爆炸極限的影響因素；【教材內(nèi)容】：第二節(jié)爆炸基本概念一、爆炸的概念(一)爆炸的機理及其分類在自然界中存在各種爆炸現(xiàn)象。廣義地講，爆炸是物質(zhì)系統(tǒng)的一種極為迅速的物理的或化學的能量釋放或轉(zhuǎn)化過程，是系統(tǒng)蘊藏的或瞬間形成的大量能量在有限的體積和極短的時間內(nèi)，驟然釋放或轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。在這

2、種釋放和轉(zhuǎn)化的過程中，系統(tǒng)的能量將轉(zhuǎn)化為機械功以及光和熱的輻射等。爆炸可以由不同的原因引起，但不管是何種原因引起的爆炸，歸根結(jié)底必須有一定的能源。按照能量的來源，爆炸可以分為三類，即物理爆炸、化學爆炸和核爆炸。(1)物理爆炸。物理爆炸是由系統(tǒng)釋放物理能引起的爆炸。例如，高壓蒸汽鍋爐當過熱蒸汽壓力超過鍋爐能承受的程度時，鍋爐破裂，高壓蒸汽驟然釋放出來，形成爆炸；隕石落地、高速彈丸對目標的撞擊等物體高速碰撞時，物體高速運動產(chǎn)生的功能，在碰撞點的局部區(qū)域內(nèi)迅速轉(zhuǎn)化為熱能，使受碰撞部位的壓力和溫度急劇升高

3、，并在碰撞部位材料發(fā)生急劇變形，伴隨巨大響聲，形成爆炸現(xiàn)象；自然界中的雷電也屬于物理爆炸，它是由帶有不同電荷的云塊間發(fā)生強烈的放電現(xiàn)象，使能量在10-6～10-7s內(nèi)釋放出來，放電區(qū)達到極大的能量密度和高溫，導致放電區(qū)空氣壓力急劇升高并迅速膨脹，對周圍空氣產(chǎn)生強烈擾動，從而形成閃電雷鳴般的爆炸現(xiàn)象；高壓電流通過細金屬絲時，溫度可達到2×104℃，使金屬絲瞬間化為氣態(tài)而引起爆炸現(xiàn)象；此外，地震和火山爆發(fā)等現(xiàn)象也能屬于物理爆炸。總之，物理爆炸是機械能或電能的釋放和轉(zhuǎn)化過程，參與爆炸的物質(zhì)只是發(fā)生物理狀

4、態(tài)或壓力的變化，其性質(zhì)和化學成分不發(fā)生改變。(2)化學爆炸?；瘜W爆炸是由于物質(zhì)的化學變化引起的爆炸，如炸藥爆炸，可燃氣體(甲烷、乙炔等)爆炸。懸浮于空氣中的粉塵(煤粉、面粉等)以一定的比例與空氣混合時，在一定的條件下所產(chǎn)生的爆炸也屬于化學爆炸?；瘜W爆炸是通過化學反應，將物質(zhì)內(nèi)潛在的化學能，在極短的時間內(nèi)釋放出來，使其化學反應產(chǎn)物處于高溫、高壓狀態(tài)的結(jié)果。一般氣體爆炸和粉塵爆炸的壓力可以達到2×106Pa，高能炸藥爆炸時的爆轟壓可達2×1010Pa以上，二者爆炸時產(chǎn)物的溫度均可達到3×103~5×1

5、03K，因而使爆炸產(chǎn)物急劇向周圍膨脹，產(chǎn)生強沖擊波，造成對周圍介質(zhì)的破壞。化學爆炸時，參與爆炸的物質(zhì)在瞬間發(fā)生分解或化合，變成新的爆炸產(chǎn)物。(3)核爆炸。核爆炸是核裂變(如原子彈是用鈾235、钚239裂變)、核聚變(如氫彈是用氘、氚或鋰核的聚變)反應所釋放出的巨大核能引起的。核爆炸反應釋放的能量比炸藥爆炸時放出的化學能大的多，核爆炸中心溫度可達數(shù)107K，壓力爆炸反應歷程(二)爆炸反應歷程爆炸性物質(zhì)或混合物發(fā)生爆炸有熱反應和鏈式反應兩種不同的歷程。按照鏈式反應理論，爆炸性混合物(如可燃性氣體和氧氣

6、)與火源接觸后，活化分子就會吸收能量而離解為游離基，并與其他分子相互作用形成一系列的鏈式反應，釋放燃燒熱。鏈式反應有直鏈式反應和支鏈式反應兩種。直鏈反應是指每一個游離基都進行自己的連鎖反應，如氯和氫屬于這一類反應。即氯分子在光的作用下被活化成兩個氯的游離基，每一個氯的游離基都進行自己的連鎖反應，而且每次反應只引出一個新的游離基，即：??Cl2+hv(光量子)=Cl·+Cl·??Cl·+H2=HCl+H·??H·+Cl2=HCl+Cl·??Cl·+H2=HCl+H·??H+Cl2=HCl+Cl·依此

7、類推??Cl·+Cl·=Cl2??H·+H·=H2支鏈反應是指在反應中一個游離基能生成一個以上的新的游離基，如氫和氧的連鎖反應屬于此類反應，其反應歷程為：I??????????????????H2+O2=2OH·??Ⅱ?????????????????OH·+H2=H2O+H·???Ⅲ?????????????????H·+O2=OH+O·??Ⅳ??????????????????O·+H2=OH·+H·鏈式反應歷程大致分為3個階段：(1)鏈引發(fā)，游離基生成。(2)鏈傳遞，游離基作用于其他參與反應

8、的化合物，產(chǎn)生新的游離基。(3)鏈終止，即游離基的消耗，使連鎖反應終止。鏈式反應速度可用下式表示：???????????????F(c)?????????v=——————————???????????????(2—1)???????????????fs+fc+A(1-a)式中F(c)——反應物濃度函數(shù)；????fs——鏈在器壁上銷毀因數(shù)；????fc——鏈在氣相上銷毀因數(shù)；???A——與反應物濃度有關(guān)的函數(shù)；??a——鏈的分支數(shù)，在直鏈反應中n=l，支鏈反應中n>1。熱反應歷程是指