原題 石墨為什麼點不著


2019-10-16

石墨是碳,為什麼不能像煤一樣燃燒?首先,燃燒是化學特性,是可燃物與助燃物發生的一種發光發熱的化學反應,所以必須從分子層面來看這個問題。簡單地說,石墨在空氣中會不會燃燒,即使已經達到燃點了,關鍵在於有無助燃性氣體,絕氧加熱自然不會燃燒。

石墨層狀結構側視圖。

石墨真的不能燃燒嗎?不,石墨是可以燃燒的,只是比起煤炭的燃燒條件更苛刻一些。煤的燃點根據不同種類的煤可以是 300-700℃;而石墨的分子結構更穩定在純氧中燃點為 720-800℃200~300 目左右石墨細粉的燃點可降到 600℃ 以下,接近煤粉燃點),在空氣中為 850~1,000℃。另外考慮到石墨有非常優秀的導熱性,即使用 1,000℃ 的火源局部加熱,熱量也會被迅速的傳導擴散出去,使石墨的局部一直達不到燃燒點。所以石墨並不是不燃燒,只是不好點燃

煤炭化學結構。

而煤炭是各種化學物質的混合物,其主要成分是帶「脂肪側鏈」的大芳環和稠環所組成的有機高分子,這些稠環的主要骨架是由碳元素構成的,大致化學式是兩個以上的碳環,環外面再掛一些其他元素,類似上圖這樣之結構。可見煤和石墨並不是同一種分子,雖然主要成分都是碳元素,但石墨是否能燃燒和煤可是沒有半點關係呀。

層狀石墨形成過程。

註:石墨的熔點為 3,850±50℃,沸點為 4,250℃

分類:科普 &>&>材料 &>&>特性


切爾諾貝利核事故的大火就是高溫石墨遇見空氣中氧氣而產生的,順便還引發了第二次爆炸。

所以,哪來的點不著


昨天剛好點了篝火玩。

燃燒只會發生在可燃物與氧氣(或其他氧化劑)接觸的表面。

如果可燃物是氣態,則可以與氧氣充分在空間接觸,形成火焰。

如果可燃物是固態,則燃燒只發生在可燃固體的表面,不會形成火焰。

假設一個可燃立方體邊長為a,如果它是一塊無定形碳(密度通常0.5 g/cm3),那它的表面積可以數十倍於6a2。

無定形碳會有許多孔狀結構,方便維持接觸表面的氧氣濃度。

而石墨,密度2.25g/cm3,極其緻密,表面氧化後產生二氧化碳,單純加熱的情況下二氧化碳的擴散緩慢,表面的氧氣濃度降低,反應遠不如無定形碳在空氣中燃燒劇烈,同時,石墨也是熱的良導體,當石墨表面緩慢的燃燒加熱不足以抵消熱量通過各種途徑散失時,石墨便很容易自熄。

其實不鼓風的情況下,炭也很容易自熄,原理略有不同,炭燃燒後產生灰燼遮罩表面阻燃。


點不著,問問切爾諾貝利的反應堆去。


石墨的二維結構非常穩定,很難被活化發生自由基反應,所以石墨是常見的碳單質中最難被點燃的

還有,煤炭容易被點燃的是裡面的揮發分,無煙煤也很難被點燃,電廠處理無煙煤需要重油甚至柴油來助燃。

但是用本生燈或者氧炔焰可以點燃。


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