Knallgas

explosiv blandning av vätgas och syrgas

Knallgas eller oxyhydrogen är en blandning av vätgas och syrgas, som exploderar våldsamt vid antändning. Vätemolekyler reagerar med syremolekyler enligt reaktionerna

Artonhundratals elektrolytisk cell för framställning av knallgas.

Blandningen används för facklor för att bearbeta eldfasta material och var den första[1] gasblandningen som användes för svetsning, då med ett visst överskott av vätgas för att undvika en oxiderande låga.[2][3]

Etymologi redigera

Vissa författare definierar knallgas som en generisk term för blandningen av bränsle med den exakta mängden syre som krävs för fullständig förbränning, så 2:1 oxyhydrogen skulle kallas "väte-knallgas".[4]

"Brown's gas" och HHO är termer för oxyhydrogen som främst förekommer inom marginalvetenskap.

Egenskaper redigera

Oxyhydrogen förbränns när den värms upp till sin självantändningstemperatur. För den stökiometriska blandningen, 2:1 väte:syre, vid normalt atmosfärstryck sker självantändning vid cirka 570 °C.[5] Den minsta energi som krävs för att antända en sådan blandning, vid lägre temperaturer, med en gnista är cirka 20 mikrojoule.[5] Vid standardtemperatur och tryck kan en blandning av vätgas och luft brinna när vätgaskoncentrationen är mellan cirka 4 och 95 volymsprocent väte.[6][5]

När gasblandningen antänds omvandlas den till vattenånga och energi frigörs, vilket upprätthåller reaktionen: 241,8 kJ energi (LHV) för varje mol H2 som förbränns. Mängden värmeenergi som frigörs är oberoende av förbränningssättet, men flammans temperatur varierar.[7] Den maximala temperaturen på cirka 2 800 °C uppnås med en exakt stökiometrisk blandning, cirka 700 °C varmare än en vätelåga i luften.[8][9][10] När någon av gaserna blandas utöver detta förhållande, eller när den blandas med en inert gas som kväve, måste värmen spridas över en större mängd materia och flamtemperaturen blir lägre.[7]

Framställning redigera

En ren stökiometrisk blandning kan erhållas genom vattenelektrolys, som använder en elektrisk ström för att dissociera vattenmolekylerna:

Elektrolys: 2 H2O → 2 H2 + O2
Förbränning: 2 H2 + O2 → 2 H2O

William Nicholson var den första som sönderdelade vatten på detta sätt år 1800. I teorin är ingångsenergin i ett slutet system alltid lika med utgångsenergin, som termodynamikens första lag säger. I praktiken är dock inga system helt stängda, och den energi som krävs för att generera knallgasen överstiger alltid den energi som frigörs genom att förbränna den, även vid maximal praktisk effektivitet, som termodynamikens andra lag innebär.

Användning redigera

Belysning redigera

 
Rampljus använde en knallgasflamma som värmekälla med hög temperatur

Många former av oxyhydrogenlampor har beskrivits, såsom rampljuset, som använde en knallgasflamma för att värma en bit kalk till vit het glödlampa.[11] På grund av knallgasens explosivitet har rampljus ersatts av elektrisk belysning.

Knallgasblåsrör redigera

 
Artonhundratalets bälgdrivna knallgasblåsrör, inklusive två olika typer av flashback-avledare

Grunden för oxy-väteblåsröret lades av Carl Wilhelm Scheele och Joseph Priestley under de sista decennierna av 1700-talet. Själva oxy-väteblåsröret utvecklades av fransmannen Bochard-de-Saron, den engelska mineralogen Edward Daniel Clarke och den amerikanska kemisten Robert Hare i slutet 1700-talet och början av 1800-talet.[12] Det producerade en låga som var tillräckligt varm för att smälta eldfasta material som platina, porslin, eldfast tegel och korund och var ett värdefullt verktyg inom flera vetenskapsområden.[13] Det används i Verneuil-processen för att producera syntetiskt korund.[14]

Knallgasbrännare redigera

En knallgasbrännare (även känd som vätebrännare) är en syrgasbrännare som bränner väte (bränslet) med syre (oxidationsmedlet). Den användes för skärning och svetsning[15] av metaller, glas och termoplaster.[11]

På grund av konkurrens från bågsvetsning och andra oxy-bränslebrännare som den acetylendrivna skärbrännaren används knallgasbrännaren sällan idag, men den är fortfarande det föredragna skärverktyget i vissa nischapplikationer.[3]

Vätgas användes tidigare för att bearbeta platina, då det var enda möjligheten att få en tillräckligt varm låga för att smälta metallen med smältpunkten 1 768,3 °C.[7] Dessa tekniker har senare ersatts av ljusbågsugnen.

Se även redigera

Referenser redigera

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Oxyhydrogen, 3 januari 2023.

Noter redigera

  1. ^ Howard Monroe Raymond (1916), ”Oxy-Hydrogen Welding”, Modern Shop Practice volume 1, American Technical Society 
  2. ^ Viall, Ethan (1921). Gas Torch and Thermite Welding. McGraw-Hill. Sid. 10. https://archive.org/details/gastorchthermitw00vialrich. 
  3. ^ [a b] Suban, M.; Tušek, J.; Uran, M. (2001-12). ”Use of hydrogen in welding engineering in former times and today” (på engelska). Journal of Materials Processing Technology 119 (1-3): sid. 193–198. doi:10.1016/S0924-0136(01)00956-6. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0924013601009566. Läst 23 september 2023. 
  4. ^ W. Dittmar, "Exercises in quantitative chemical analysis", 1887, p. 189 Arkiverad June 27, 2014
  5. ^ [a b c] O'Connor, Ken. ”Hydrogen”. NASA Glenn Research Center Glenn Safety Manual. 
  6. ^ Moyle, Morton; Morrison, Richard; Churchill, Stuart (March 1960). ”Detonation Characteristics of Hydrogen Oxygen Mixtures”. AIChE Journal 6: sid. 92–96. doi:10.1002/aic.690060118. https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/handle/2027.42/37308/690060118_ftp.pdf?sequence=1&isAllowed=y. 
  7. ^ [a b c] Chisholm, Hugh, red (1911). "Oxyhydrogen Flame". Encyclopædia Britannica. Vol. 20 (11:e upplagan). Cambridge University Press. s. 424.
  8. ^ Calvert, James B. (April 21, 2008). ”Hydrogen”. Hydrogen. University of Denver. http://mysite.du.edu/~jcalvert/phys/hydrogen.htm. ”An air-hydrogen torch flame reaches 2045 °C, while an oxyhydrogen flame reaches 2660 °C.” 
  9. ^ ”Adiabatic Flame Temperature”. The Engineering Toolbox. http://www.engineeringtoolbox.com/adiabatic-flame-temperature-d_996.html.  "Oxygen as Oxidizer: 3473 K, Air as Oxidizer: 2483 K"
  10. ^ ”Temperature of a Blue Flame”. Temperature of a Blue Flame. http://hypertextbook.com/facts/1998/JamesDanyluk.shtml.  "Hydrogen in air: 2,400 K, Hydrogen in Oxygen: 3,080 K"
  11. ^ [a b] Tilden, William Augustus (1926). Chemical Discovery and Invention in the Twentieth Century. Adamant Media Corporation. Sid. 80. ISBN 978-0-543-91646-4. https://books.google.com/books?id=Qu-fYeT8UKoC&q=Oxyhydrogen&pg=PP133. 
  12. ^ Hofmann, A. W. (1875). ”Report on the Development of the Chemical Arts During the Last Ten Years”. Chemical News (Manufacturing chemists). https://books.google.com/books?id=v2sfCwFk28AC&pg=RA1-PA153. 
  13. ^ Griffin, John Joseph (1827). A Practical Treatise on the Use of the Blowpipe in Chemical and Mineral Analysis. Glasgow: R. Griffin & co. https://archive.org/details/apracticaltreat00grifgoog. 
  14. ^ ”Verneuil process” (på engelska). Encyclopaedia Britannica. October 22, 2013. https://www.britannica.com/topic/Verneuil-process. Läst 11 juli 2018. 
  15. ^ P. N. Rao (2001), ”24.4 Oxyhydrogen welding”, Manufacturing technology: foundry, forming and welding (2), Tata McGraw-Hill Education, s. 373–374, ISBN 978-0-07-463180-5 

Externa länkar redigera