Selbstentzündung

Mein Lehrer stellte diese Frage im Unterricht und sie verblüffte mich, hauptsächlich aufgrund meines Mangels an Grundlagen der Thermodynamik: Peter Griffin saß herum, als er sich plötzlich spontan entzündete (basierend auf einer Episode). Ist dies möglich und wenn nicht, unter welchen Umständen ist dies möglich?

Meine Begründung ist

P e T e R + Ö 2 → H 2 Ö + C Ö 2

Es gibt mehr Gasteilchen, also muss die Entropie zunehmen, Δ H ist negativ, da es sich um eine Verbrennungsreaktion handelt und so gem

Δ G = Δ H − T Δ S

Das heißt, die freie Energie nimmt ab ... Was keinen Sinn zu machen scheint, da es höchst unwahrscheinlich ist, dass Menschen spontan verbrennen. Das ließ mich denken, dass die Reaktion selbst spontan ist . Es läuft einfach nicht ab, weil es die Reaktion aufgrund unzureichender Aktivierungsenergie nicht starten kann (Partikel reisen nicht schnell genug).

Sagte mein Lehrer Δ H ist positiv , was für mich keinen Sinn ergibt ... Bei einer Verbrennungsreaktion wird Energie freigesetzt. Er sagte, es tritt nur bei sehr hohen Temperaturen auf, weil T Δ S groß genug ist, um dem Positiven entgegenzuwirken Δ H .

Hat mein Lehrer Recht oder ist meine Argumentation richtiger?

Antworten (3)

Die meisten Reaktionen haben eine Aktivierungsenergie . Das heißt, obwohl die Reaktion insgesamt Energie erzeugt, muss zunächst etwas Energie aufgewendet werden, um die Reaktion in Gang zu bringen.

Nehmen wir zum Beispiel die Verbrennung von Wasserstoff in Sauerstoff:

2 H 2 + Ö 2 → 2 H 2 Ö

Dies ist eine exotherme Reaktion und hat auch eine positive Entropieänderung, sodass Sie eine negative Änderung der freien Energie erwarten würden. Und das tut es tatsächlich. Aber Sie können Wasserstoff und Sauerstoff bei Raumtemperatur mischen und sie werden nicht reagieren. Um sie zum Reagieren zu bringen, muss etwas Energie zugeführt werden, zB als Funke, und die Reaktion geht dann mit einem Knall los!

Denn um die Moleküle zur Reaktion zu bringen, müssen sie sich zunächst in ihre Atome aufspalten, was viel Energie kostet. Sobald die Reaktion in Gang kommt, reicht die freigesetzte Wärme aus, um diese Aktivierungsenergie bereitzustellen, aber bei Raumtemperatur haben die Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle einfach nicht genug Energie für ihre Kollisionen, um sie in separate Atome zu spalten.

Im speziellen Fall von brennenden Festkörpern (wie Peter!) gibt es einen weiteren Grund, warum eine Aktivierungsenergie benötigt wird. In der Regel ist die Aktivierungsenergie, die benötigt wird, um ein Atom aus einem Festkörper herauszuziehen, damit es mit gasförmigem Sauerstoff reagieren kann, sehr hoch. Verbrennung ist eigentlich eine Gasphasenreaktion. Wenn Sie zB Holz verbrennen, entstehen durch die Hitze der Flamme flüchtige Gase aus dem Holz. diese Gase verbrennen und die entstehende Wärme erzeugt weitere Gase und so weiter. Um Holz zum Verbrennen zu bringen, müssen Sie daher zuerst Wärme bereitstellen.

Übrigens gibt es einen anderen Grund, warum Peter nicht brennt. Er ist voller Wasser (es sei denn, Sie haben ihn vorher mumifiziert) und Wasser absorbiert Wärme, indem es sich in Dampf verwandelt. Das bedeutet, dass es dazu neigt, Reaktionen abzukühlen und ihnen die Aktivierungsenergie zu entziehen, die sie benötigen, um weiterzumachen.

Zufälligerweise brennen menschliche Körper, besonders wenn sie viel Körperfett enthalten, aber es braucht eine Wärmequelle, um sie in Gang zu setzen. Typischerweise schmilzt Hitze das Körperfett, das Fett wird auf die Kleidung gesaugt und verdampft und verbrennt dann, genau wie das Wachs in einer Kerze. Die freigesetzte Wärme reicht dann aus, um auch die weniger flüchtigen Gewebe zum Brennen zu bringen.

Guter Versuch!

Wir können einen analogen Fall für "spontan" machen. Angenommen, es gibt einen Hügel, wenn Sie einen Ball auf den Hügel legen, rollt er spontan den Hügel hinunter. Im Gegenteil, wenn Sie den Ball an den Fuß des Hügels legen, rollt er nicht spontan den Hügel hinauf. Hier spielt potentielle Energie eine Rolle.

Bei einer chemischen Reaktion ist es dasselbe, wenn die freie Gibbs-Änderung zwischen einem Anfangszustand und einem Endzustand negativ ist, wird das Gemisch spontan reagieren, indem es sich vom Anfangszustand ändert (Peter + Ö 2 ) in den Endzustand ( H 2 Ö + C Ö 2 ).

Δ H ist eine andere Sache. Wenn sie negativ ist, wie Sie sicher sein können, ist die freie Gibbs-Energie negativ. Es ist also ein spontaner Vorgang. Wenn es positiv ist, was in der praktischen Anwendung nützlicher ist, kann es spontan sein, wenn es kleiner als ist T Δ S . Sonst ist es nicht spontan.

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob ich das verstehe. Wenn wir in diesem Szenario die von Ihnen angegebene Analogie verwenden,
P e T e R + Ö 2
ist nicht oben auf dem Hügel, sondern unten. Wir wollen, dass es auf die Spitze des Hügels rollt, und auf der anderen Seite bedeutet dies nicht, dass jede Reaktion einen anfänglichen Schub (dh die Aktivierungsenergie) erfordert und bewirkt, dass die Reaktion von da an spontan ist?
Wenn der Ball am Fuß des Hügels liegt, würde er sich nicht spontan nach oben bewegen. Es ist eine äußere Kraft (Wärme) erforderlich, um es den Hügel hinauf zu bewegen, dh um die Aktivierungsenergie zu überwinden. Dies geschieht im Zündvorgang. Beim Dieselmotor wird zunächst Diesel in den Zylinder eingespritzt. Es würde sich nicht selbst entzünden und es braucht den Kolben, um das Gas zu komprimieren und die Temperatur zu erhöhen, um die Aktivierungsenergie zu überwinden. Danach entzündet es sich und die erzeugte Wärme treibt die Verbrennung an, weiterzumachen.
Um es klar zu sagen, spontane Reaktionen benötigen eine gewisse Menge an Aktivierungsenergie, aber sobald diese erfüllt ist, läuft die Reaktion von selbst ab, ohne dass kontinuierlich Energie zugeführt werden muss?
Was Sie gesagt haben, ist kein spontaner Prozess.
Können Sie bitte erklären, warum es kein spontaner Prozess ist?
Der spontane Prozess ist in seiner Bedeutung ein Prozess, der ohne die Hilfe einer äußeren Kraft beginnt.
Ich bin nicht einverstanden. Ich glaube, eine spontane Reaktion erfordert einfach keinen längeren Energieeinsatz. Diese Quelle scheint meine Behauptung zu stützen: „Es sollte beachtet werden, dass eine spontane Reaktion nicht unbedingt von selbst ablaufen wird. Dies liegt daran, dass eine anfängliche Aktivierungsenergie benötigt wird, um die Reaktion zu starten, und daher kann sogar eine spontane Reaktion eine Form benötigen des Energieeintrags. Ein gutes Beispiel dafür ist die sehr exergonische Verbrennung von Oktan, die noch eine Flamme benötigt, um in Gang zu kommen.“ en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Enzyme/…
Haben Sie sich das angesehen: en.wikipedia.org/wiki/Spontaneous_process

Hier gibt es mehrere Ideen, die sich voneinander trennen lassen.

Erstens, kann ein Körper brennen? Sicherlich können große Teile; Fett ist brennbar und Peter Griffin hat welche.

Aber wird es zünden? Brennbare Materialien haben eine „selbstzündende“ Temperatur, bei der sie sich entzünden. Unterschiedliche Materialien tun dies bei höherer oder niedrigerer Temperatur. Wenn Sie etwas mit einem Streichholz anzünden, erhitzen Sie einen kleinen Teil, der heiß genug ist, um sich zu entzünden, diese Verbrennung erwärmt sich weiter auf eine ausreichend hohe Temperatur, und sie geht weiter. Wenn es andererseits durch etwas gekühlt wird, erreicht möglicherweise nicht genügend neues Material die Selbstentzündungstemperatur und das Feuer erlischt.

Schließlich bedeutet „Selbstentzündung“ normalerweise einen Prozess, bei dem eine langsame Oxidationsreaktion (z. B. in einem Heuballen oder Komposthaufen) Wärme erzeugt, die sich aufbaut und die Temperatur erhöht, was die Reaktion beschleunigt, mehr Wärme, höhere Temperatur, schnellere Reaktion, bis schließlich wird die Selbstzündtemperatur erreicht und die Verbrennung beginnt.

Kann das bei einem Menschen passieren? Keine Ahnung. Einige glauben das, andere glauben, dass der menschliche Körper wirklich gut darin ist, Wärme zu bewegen, um die Homöostase aufrechtzuerhalten.

Selbstentzündung
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