Взаимосвязь температуры вспышки алифатических аминов со строением молекул

Федерации. - 2011. - № 19. - Ст. 2717.

2. Сметанкина Г.И. Профилактика пожаров как стратегия развития МЧС России. Матер. Междунар. науч.-практ. конф. «Пожарная безопасность: проблемы и перспективы». - Воронеж: ВИ ГПС МЧС России, 2015.

3. Сметанкина Г.И. Взаимодействие органов ГПН с органами государственной власти, органами местного самоуправления, другими организациями по вопросам обеспечения пожарной безопасности. Российский научный журнал. - 2015. - № 1 (44). - С. 279-281.

4. Сметанкина Г.И., Шуткина С.А. Правовое регулирование деятельности добровольной пожарной охраны. Вестник Воронежского института ГПС МЧС России - Воронеж: ВИ ГПС МЧС России, 2015. - С. 7-10.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ТЕМПЕРАТУРЫ ВСПЫШКИ АЛИФАТИЧЕСКИХ АМИНОВ СО СТРОЕНИЕМ МОЛЕКУЛ

Ю.Н. Сорокина, доцент, к.т.н., доцент, А.В. Кравцов, курсант, Т.В. Черникова, доцент, к.х.н., Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

Для проведения анализа пожарного риска промышленных предприятий, зданий и сооружений необходимы данные по показателям пожароопасности веществ и материалов. Экспериментальное определение пожароопасных свойств часто связано с рядом сложностей, возникающих в связи с нестойкостью и токсичностью многих веществ, присутствием примесей, дефицитом времени и т.д. При этом к настоящему времени сформированы обширные базы данных по важнейшим показателям пожароопасности, в частности, по температурам вспышки веществ [1, 2]. В связи с этим разработка расчетных методов оценки пожароопасных свойств, не требующих применения экспериментальных данных, является актуальной задачей.

Температура вспышки - это физический параметр вещества, связанный с другими физическими свойствами: температурой кипения, плотностью, давлением насыщенного пара и т.п. Температура вспышки также зависит от строения молекул веществ, например, от молекулярной массы. В связи с этим современные направления разработки расчетных методов прогнозирования пожароопасных свойств веществ базируются на установлении корреляций «структура молекулы - свойство» [3-5].

Цель настоящей работы - выявление закономерностей изменения температуры вспышки веществ в зависимости от строения их молекул. Объектами исследования являлись алифатические амины, которые являются горючими пожароопасными веществами и широко применяются в синтезе лекарственных препаратов, красителей, пестицидов, в производстве полимеров, топлива, моторных масел и т.д.

В таблице приведены литературные данные [1, 2] по температурам вспышки (Твсп) некоторых аминов. Анализируя данные, можно сделать заключение, что Твсп существенно зависит как от количественного состава, так и от химического строения молекул аминов. Температура вспышки повышается при увеличении числа атомов углерода в молекуле. Разветвление углеродной цепи за счет изменения положения аминогруппы или появления заместителей приводит к снижению Твсп.

Для описания строения веществ применяются дескрипторы - показатели, определяемые из структурной формулы молекулы. К ним относят топологические индексы, структурные фрагменты, геометрические дескрипторы и др., а также физико-химические свойства. Простейшим дескриптором является молекулярная масса вещества.

Таблица

Температуры вспышки некоторых предельных аминов

№ п/п Название соединения (ШРАС) Молекулярная формула Твсп, К

1 Пропанамин-1 СзН9К 253,15

2 К,К-диметилэтанамин С4НПК 237,15

3 К-Метилпропанамин-1 С4НПК 241,15

4 К-Этилэтанамин С4НПК 250,16

5 Бутанамин-2 С4НПК 254,15

6 2-Метилпропанамин-1 С4НПК 264,15

7 Бутанамин-1 С4НПК 266,16

8 К,К-диметилпропанамин-2 С5Н13К 246,15

9 К-метил-К-этилэтанамин С5Н13К 249,15

10 К-метилбутанамин-1 С5Н13К 272,15

11 Пентанамин-3 С5Н13К 275,15

12 Пентанамин-1 С5Н13К 280,15

Для установления характера зависимости Твсп алифатических аминов от молекулярной массы были рассмотрены гомологические ряды первичных, вторичных и третичных аминов нормального (неразветвленного) строения.

В ряд первичных аминов вошли соединения: этанамин, пропанамин-1, бутанамин-1, пентанамин-1, гексанамин-1, гептанамин-1, октанамин-1, нонанамин-1, деканамин-1, ундеканамин-1, додеканамин-1, тридеканамин-1. Ряд вторичных аминов представлен метилалкиламинами: №метилпропанамин-1, N метилбутанамин-1, К-метилпентанамин-1, К-метилгексанамин-1, N метилгептанамин-1, К-метилоктанамин-1, К-метилдодеканамин-1. В ряд третичных аминов включили диметилалкил-амины: N,N-диметилэтанамин, диметилбутанамин-1, К,К-диметил-гексанамин-1, К,К-диметилоктанамин-1, К,К-диметилнонанамин-1, К,К-диметилдеканамин-1, К,К-диметилдодеканамин-1, К,К-диметил-тетрадеканамин-1. Зависимость Твсп перечисленных соединений от молекулярной массы представлена на рисунке.

450 г т тс

400

350 -

300

250 -

200 -0,00

Рис. Зависимость температуры вспышки предельных аминов от молекулярной массы в гомологических рядах: 1 - первичные амины; 2 - вторичные амины; 3 - третичные амины

Как видно из рисунка, зависимость температуры вспышки алифатических аминов подобного строения от молекулярной массы имеет линейный характер, при этом коэффициент корреляции составляет R « 0,99. Из рисунка следует, что для аминов с одинаковой молекулярной массой температуры вспышки убывают в ряду: первичные < вторичные < третичные.

Таким образом, на примере алифатических аминов установлено, что температуры вспышки гомологов с подобным строением углеродного скелета линейно зависят от молекулярной массы веществ. Выявленные закономерности могут быть использованы при разработке расчетных методов прогнозирования температуры вспышки аминов [6], а также для выявления ошибочных экспериментальных данных.

Список использованной литературы

1. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ. в 2-х ч. - М.: Пожнаука, 2004. Ч. I. -713 с.; Ч. II. - 774 с.

2. Сайт компании Sigma-Aldrich. URL: http://www.sigmaaldrich.com/catalog (дата обращения 18.04.2016).

3. Батов Д.В., Мочалова Т.А., Петров А.В. Описание и прогнозирование температур вспышки сложных эфиров в рамках аддитивно-группового метода // Пожаровзрывобезопасность. - 2010. - Т. 21, № 5. - С. 15-18.

4. Васин А.Я., Райкова В.М. О влиянии химического строения органических веществ на взрывоопасность пылей // Пожаровзрывобезопасность. -2007. - Т. 16. - № 1. - С. 14-18.

5. Смирнов В.В., Алексеев С.Г., Барбин Н.М. Связь показателей пожарной опасности с химическим строением. XIV Алкиламины // Пожаровзрывобезопасность. - 2014. - Т. 23. - № 11. - С. 27-37.

6. Калач А.В., Сорокина Ю.Н., Черникова Т.В., Чуйков А.М.

Дескрипторный метод в прогнозировании пожароопасности органических веществ // Пожаровзрывобезопасность. - 2014. - Т. 23. - № 9. - С. 38-44.

НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ХИМИЗМА САМОВОЗГОРАНИЯ И САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ

А.А. Троценко, доцент, к.б.н., Мурманский филиал Санкт-Петербургского университета

ГПС МЧС России, г. Мурманск

Самовоспламенение - процесс возникновения горения в результате нагрева газопаровоздушной смеси до такой температуры, выше которой она загорается самостоятельно, без дополнительного внешнего источника зажигания (температура самовоспламенения). Но существуют вещества и смеси способные самовоспламенятся и при комнатной (и даже ниже) температуре без воздействия видимого источника тепла. Такие реакции выглядят довольно эффектно [1].

Механизм работы таких смесей - самоускоряющаяся экзотермическая реакция протекающая с воспламенением смеси. Вследствие этого время воспламенения таких смесей зависит от внешней температуры: чем она выше, тем время воспламенения меньше. По понятным причинам хранение готовых смесей не рекомендуется. При очень высокой скорости развития процесса самовозгорания могут быть получены и самодетонирующие смеси (например, смесь алюминиевой пыли, угля и перекиси водорода или смесь нитрата аммония с перманганатом калия), но из-за их непредсказуемого поведения показывать опыты с их применением или даже готовить такие смеси не рекомендуется. Следует иметь ввиду, что самовоспламеняющаяся смесь может образоваться и тогда, когда этого не ожидает и сам экспериментатор. Для их возникновения подходит практически любая экзотермическая реакция проходящая в отсутствии или при минимальном количестве растворителя, например, самовоспламенение смеси сульфата меди с порошком железа и опилками.

По скорости воспламенения вещества и смеси можно разделить на: воспламеняющиеся немедленно (1 -2 секунды после смешивания реагентов), воспламеняющиеся через непродолжительное время (0,1-5 минут после смешивания реагентов) и воспламеняющиеся через продолжительное время (более 5 минут после смешивания реагентов). Следует заметить, что эта классификация очень условна, вследствие сильной зависимости времени воспламенения от внешних условий (состав смеси, температура воздуха, влажность воздуха и реагентов, концентрация реагентов). Большинство смесей и веществ воспламеняются немедленно после смешивания или попадания на воздух.

По условиям воспламенения вещества и смеси можно разделить на несколько групп:

1. Вещества и смеси воспламеняющиеся в парах или газах отличных от