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关于体积具体变化,煤油等混合燃料中,主要的化学成分是烷烃、不饱和烃(包括芳香烃类),并含有少量的醇类等其他有机物杂质。
在燃烧反应中,理论上无论充分燃烧与否,碳元素对应的最终产物不是一氧化碳就是二氧化碳,而像煤油这种液态燃料由于含氢量高,热值也高,且燃烧时实际伴随燃料本身的汽化过程,使得燃烧更易充分,产物中的碳元素主要以二氧化碳的形式存在。在25℃时,标准大气压下二氧化碳的溶解度为(体积比,水:二氧化碳)1:0.759(氧气则只有1:0.03左右)。相信大家中学化学课堂上不少老师都演示过二氧化碳溶于水生成碳酸使矿泉水瓶变瘪的实验。所以该事件中,即使打量二氧化碳生成,也会由于溶于大量的水中而产生负压。
至于煤油中氢元素对应生成的水蒸气,诚然论体积,这部分的体积比之二氧化碳少不了多少。但是众所周知水的正常沸点是100℃,即使产生再大量的水蒸汽(燃烧时由于高热确实是气态形式存在),在事件中那么个暴雨的天气,也几乎就会全部冷凝成不占气体空间的水。这个在高中课堂上老师演示甲烷的燃烧反应或氢气的燃烧反应时,不就是用倒置的集气瓶避上产生的冷凝水来证明产物生成水的么?要水蒸气,就算生成了,你也是看不见的啦。
最后,还是那个核心的问题——到底前后气体体积差异如何(其实主要是气压的问题才对)。
我们从二氧化碳的分子式可以看到,生成一分子二氧化碳必定消耗一分子氧气。即使二氧化碳没有溶于水中燃烧前后由于碳元素的燃烧体系气体分子总数也是不会增加的(前面我已经说明过生成一氧化碳极少了)。而作为有机物中的另一主要元素——氢元素燃烧时却必然会消耗氧气,鉴于回复常温(这个过程在暴雨中要不了多长时间的,不停被冷水冲着)后水蒸气都冷凝了(当然肯定有部分为冷凝,但这部分和当初空气中原本就有的蒸汽含量是一直的,因而不会造成气压变化,这一点可以从饱和蒸汽压的角度解释,这里就不多说了),气体分子总数必然大量减小。
综上所述,结论就是:由于水蒸气的冷凝和二氧化碳在水中良好的溶解性,该事件中的煤油燃烧过程几乎可以看做是气体分子数净减少的过程,所以利用此负压,体系中大约能充入1/5体积的水。若厕所空间高度假设为2.5米,则将充入略低于0.5米高的水,用这些水要淹死一个已经昏迷的人(只要头部朝下,漫画中不是话了个头朝下的方式嘛,虽然是JC猜想被人提着orz)足以。
小贴士:为什么在常见的一氧化碳中毒或自杀案例中闯祸的通常是炭炉呢?
其实主要还是与炭炉中以木炭或煤炭作为原料有关。所谓炭其主要成分自然是单质碳了,碳元素本身的热值是不如氢元素的(这也是常见燃料中甲烷的热值最高的主要原因,因为它是所有有机物中含氢量最高的),单靠碳元素的燃烧所产生的热量远远不如含氢量多的有机物燃烧时所放出的热量,这使得炭炉火焰的温度实际上在有机物的燃烧中是不算高的,这就导致了单质碳的燃烧极易不充分。加之煤炭等的加工工艺和单质碳本身的性质,炭炉中燃烧物以块状固体形式存在。这使得燃料内部空间无法充分接触空气,燃烧时往往处于缺氧环境,所以使用炭炉时极易燃烧不充分产生一氧化碳,甚至有些碳粉末没怎么被燃烧就被焰弧带出而形成炭黑。这里人们往往存在一个误区,一氧化碳中毒事件总是在密闭空间中发生,可能会让人产生,由于空间密闭氧气消耗致使燃烧不充分这才产生一氧化碳的假象。其实不然,就炭炉本身而言,就算空间敞开,若是不用风机大量鼓风,燃烧也很难充分,依然会有大量一氧化碳产生。而相比之下,汽油、煤油等液态燃料和甲烷等气态燃料,只要刚开始氧气含量不过分稀缺,最终产生的一氧化碳量是少之又少的。
2013年06月02日 05点06分