氢、氧低压爆炸反应

　　low pressure explosive reaction of hydrogen and oxygen  低压下氢、氧反应具有分支连锁反应的全部特征，其具体历程可用下列基本步骤表示：

　　分支连锁反应的最大特征是存在所谓爆炸极限。图3—3通常称为燃烧半岛图。图中斜线部分为爆炸区。某一定配比的氢、氧混合气体，当它的总压力(P)和温度(T)位于斜线区时，则发生爆炸。由图可知，在某—定温度和压力下可存在高限和低限两个临界压力，而低限值与温度关系不大，高限值却随温度的升高而迅速增大。

图3—3  燃烧半岛图

　　上述现象可用支链反应理论解释。从反应的具体历程知道，只有当分支速度大于断链速度时，才会发生爆炸。压力很低时，扩散速度很大，引起链的延续和分支反应的二元碰撞的数量很小，此时产生的自由基大都由于向器壁扩散作用而消失，总的反应速度极小。随着压力逐渐增大，器壁断链速度稍为减缓，而链的分支速度的增加与压力成正比，因此到某一临界压力时，分支速度与断链速度彼此相等，此时只要改变数10P的压力反应便以爆炸形式迅速完成，同时发生明亮闪光。这临界压力称为低限。由于这时链的终止是借器壁来实现的，所以低限值与容器的直径、形状及器壁的预处理关系很大。

　　随着压力的增大，爆炸反应将趋强烈，闪光也更为明亮。压力进一步增大，三元碰撞的机会明显增加，结果生成活性小的自由基HO₂，这也就意味着链的消失。到了又一临界压力，断链的速度大于产生新链的速度，反应就不以爆炸的形式进行，此新的临界压力称为高限。显然，参与三元碰撞的分子M对高限值影响极大，因为正是它接受了自由基所释出的能量。因此高限值与第三组分M的性质有关，而容器的形状及器壁的性质对它的影响较小。当压力相当高(P>80kPa)时，又将进入爆炸区，这个临界压力通称第三限。

　　分支速度随温度的升高而加速，同时器壁的断链数目亦由于温度的升高而增加。在低限附近，两者相抵消，且前者的影响稍大，故温度上升时总的结果是低限值略略下降。气相三元碰撞的速度不依赖于温度(活化能接近于零)，所以高限值随温度的升高而增大。当温度高于600℃时，反应(8)开始以显著速度进行，H₂O₂的生成已不再导致链的终止了，因此在温度继续升高时高限一般会消失。相反，当温度足够低(如低于某一临界值TM)时，分支反应速度非常小，无法发生爆炸现象。

　　实际上，气体混合物的爆炸极限还与爆炸混合物两组分的分压有关。图3—4表示在某一温度下爆炸极限与氢、氧两组分分压之间的关系。由图3—4可以看出(1)如果气体混合物的总压保持一定值，则只有当二组分之比例介于某一范围内时，才发生爆炸。如图中AC连线上的GH段。(2)如果一组分的分压维持常值，则只有当另一组分的分压介于某一确定数值之间时才发生爆炸，如AD连线上的IJ段。(3)如果二组分的比例维持恒定，则爆炸只发生在混合物总压介于某一低限值(B)与某一高限值(9)之间时，有时还存在第三限(E)，当总压高于第三限时亦将爆炸。

图3—4  爆炸极限与氢、氧分压关系图

　　从图3—4可知，按OB或OAI的路线可以测求低限；按OCDF或OCDJ路线可以测求高限；按OCDE或CKTDK路线可以测求第三限。实际上，一种新的未知的爆炸混合物，其D点的位置无法预先知道，必须先作初步试探后才能找出。

　　测量爆炸极限的实验方法很多，有毛细管法、吸管法、压缩法、流动法、抽出法和尝试法等。

　　可以以抽出法按OCDF路线测量高限值，以尝试法按OB路线测量低限值。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　《安全工程大辞典》（化学工业出版社）