CC BY
11
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛ ИТЕХНИЧЕСКОГО
ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1965
Том 139.
О КАИДОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ФОСФОРОВ В ПЛАМЕНАХ ОКИСИ УГЛЕРОДА И МЕТАНА
О. Г. БРИК
(Представлена научным семинаром лаборатории диэлектриков и полупроводников)
Гейдон [1, 2] отмечает, что кандолюмииесценция, т. е. свечение некоторых твердых тел, ©несенных в пламя, характерна для водородного и водородосодержащих пламен.
Соколов и Горбань [3, 4] наблюдали кандолюминесценцию фосфоров в пламени светильного газа и предложили поверхностно-рекомби-национный механизм данного явления [5]. Согласно этому механизму кандолюминесценция возникает в результате рекомбинации свободных атомов и радикалов, возникающих в процессе горения [6], на поверхности фосфора. Энергия, выделяющаяся при рекомбинации, расходуется на возбуждение фосфора.
В работе [7] предположено, что основным радикалом в пламени светительного газа, вызывающим кандолюминесценцию фосфоров, являются свободные атомы водорода.
Так как в состав светильного газа, кроме водорода (51%), входят другие компоненты, в том числе метан (30%) и окись углерода (8%), то представляется интересным вопрос о возможности кандолюминесцен-ции в пламенах этих компонент. В данной работе эта возможность была изучена по отношению к пламенам метана и окиси углерода (при горении в воздухе). Другие составляющие светильного газа (С2Н2, С^Н]. и др.) входят в незначительных количествах и решающего влияния на кандолюминесценцию оказать не могут.
Методика эксперимента
Люминесценция наблюдалась в пламени бунзеновской горелки диаметром Ю мм. Фосфор наносился во взвеси на охлаждаемую поверхность. Концентрацию горючих компонент светильного газа определяли при помощи хроматографа ХТ-2М. В качестве метана использовался природный газ шебелинского месторождения следующего состава:
СН4—93,2%, тяжелые углеводороды—6,3%, С02—0,1%, 0,4%.
Окись углорода получалась по реакции С02 + С->-2С0, примесь водорода составила 6—8%. (Известно [1, 9], что чистая окись углерода без добавок инициирующих примесей воды или водорода плохо воспламеняется) .
Температура пламени и поверхности соприкосновения фосфора с пламенем измерялась хромель-алюмелиевой термопарой диаметром 0,2 мм. Температура фосфора в пламени составляла 60—70°С.
Для измерения интегральной интенсивности излучения применялся фотоумножитель ФЭУ-19М и микроамперметр М-95. Для исследования
спектрального состава поток излучения пропускался через монохроматор УМ-2 и спектрограф ИСП-51 с постоянной щелью на выходе с последующей подачей сигнала на ФЭУ-19 М, проградуированный по спектральной чувствительности (рис. 1).
Рис. 1. Блок-схема установки. для исследований исполь.
1— цилиндр с фосфором, 2—горелка, ^ ,
3 — ИСП-51, 4 — ФЭУ-19М, 5—■ блок зовались промышленные фос-
питания ФЭУ, М-95. форы: ФК>Ю2, К-35.
Результаты эксперимента
В пламени метана и окиси углерода обнаружена кандолюминес-ценция фосфоров. Установлено, что спектр излучения фосфоров в этих пламенах совпадает со спектрами в пламени светильного газа и фотолюминесценции (рис. 2).
О от*.
Рис. 2. Спектр кандолюминесценции фосфора К-35 в пламени: 1—светильного газа, 2— метана, 3—окиси углерода, 4—при фотовозбуждении.
Интегральная интенсивность кандолюминесценции в метановоздуш-ном пламени немногим меньше интенсивности в пламени светильного газа. В пламени же окиси углерода интегральная интенсивность значительно меньше, чем в пламени светильного газа.
Обсуждение результатов
Согласно теории цепных процессов горения [6], в пламени водорода имеется значительная концентрация свободных атомов Н и О и радикалов ОН, причем отношение их концентраций выражается так [8]:
(Н) : (ОН) : (О) =7500: 50: 1.
Механизм горения метана [9] и окиси углерода [10] также предполагает наличие этих же атомов и радикалов. Для пламени СО[11] : (Н) : (ОН) : (0) =25 : 20 :1.
По измерениям Фенимора и Джонса [12] при 1345°К концентрация свободных атомов водорода в метановоздушном пламени при р — \ атм—44-Ю7 моль/л а в водородовоздушном—19-107 моль/л, а отношение (Н) действ./'(Н) равновесн. при тех же условиях соответственно равно 1600 и 720. Концентрация же атомов О и радикалов ОН значительно меньше [13].
Наличке в этих пламенах значительной концентрации свободных атомов водорода указывает на то, что внесенный в эти пламена фосфор кандолюминесцирует за счет рекомбинации на его поверхности водородных атомов. Интенсивность кандолюминесценции должна быть функцией от концентрации свободных атомов водорода, о чем свидетельствует наблюдающееся различие интенсивности фосфора в пламени метана и окиси углерода.
Совпадение спектров кандолюминесценции фосфоров в пламени светильного газа и в пламенах его компонент говорит о единой природе наблюдаемого в этих случаях свечения.
Результаты эксперимента, а также приведенные данные об относительной концентрации атомарного водорода в пламенах метана и окиси углевода говорят за то, что в этих пламенах, а следовательно, и в пламени светильного газа ответственными за кандолюминесценцию являются в основном свободные атомы водорода.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. Гей дон. Спектроскопия и теория горения, ИИЛ, 1950.
2. А. Гей дон. Спектроскопия пламени, ИИЛ, 1959.
3. В. А. Соколов, А. Н. Г о р б а н ь. Изв. АН СССР, сер. физ. 25, 424, 196!.
4. В. А. Соколов, А. И. Горбань. Изв. АН СССР, сер. физ. 26, 514, 1962.
5. А. Н. Горбань, В. А. Соколов. Опт. и спектр., 7, 815, 1959.
6. H. Н. Семенов. Цепные реакции, ОНТИ, 1934.
7. О. Г. Брик. Известия ТПИ. 138, 265, 1965.
8. В. Н. Кондратьев. Спектроскопическое изучение химических газовых реакций. Изд. АН СССР, М., 1944.
9. Б. Льюис, Г. Эльбе. Горение, пламя и взрывы в газах, ИИЛ, 1948.
10. В. В. А з а т я н, В. В. Воеводский, А. В. H а л б а н д я н. Кинетика и ка-- тализ, 2, 340, 1961.
11. Е. И. Кондратьева, В. Н. К о н д р а т ь е в. ЖФХ, 21, 769, 1947.
12. С. Fen i more, G. Jones, J. Phys. Chem., 62, 693, 1958.
13. C. Fenimore, G. Jones, J. Phys. Chem., 62, 178, 1958.
