FUNCTIONAL MODELING OF THE FIRE-RISK AND EXPLOSIVE PROPERTIES OF STRAINED HYDROCARBONS
Abstract
This paper presents a modeling of fire and explosive properties of strained cyclic hydrocarbons - cyclopropene, cyclopropane, tetrahedrane, bicyclo[[1.1.0]butane, cyclobutane, propellan, bicyclopentane, spiro[2.2]pentane, prismane, cubane, 3-rotan and perspirocyclopropane[3]rotan. Calculations of concentration flammability limits (CFL) are made in two models - interpolation and molecular. It is shown, that the calculations of CFL made by interpolation model are unacceptable for the strained molecular structures. Substances of strained molecular structure with the enthalpy of formation greater than zero have wide concentration flammability limits. In detonation regime collapse of compounds of cyclopropene, tetrahedrane, propellan, prismane and cubane with the formation of graphite and hydrogen specific energy decay characteristics (decay enthalpy and velocity of the detonation wave) exceed specific energy characteristics of trinitrotoluene (TNT). We propose a parameter that characterizes the explosive properties of strained compounds - the minimum pressure at which the substance can decay in the absence of an oxidizing agent in the system.
Keywords
концентрационные пределы распространения пламени,
напряженные молекулярные структуры,
циклические углеводороды,
энтальпия образования,
скорость детонации,
давление детонации,
concentration flammability limits,
strained molecular structures,
cyclic hydrocarbons,
enthalpy decay,
detonation velocity,
detonation pressure wave front
About the Authors
A. N. Lopanov
Belgorod Shukhov State Technology University
Russian Federation
Russian Federation
E. A. Fanina
Belgorod Shukhov State Technology University
Russian Federation
Russian Federation
K. V. Tikhomirova
Belgorod Shukhov State Technology University
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Общая органическая химия / Под общ. ред. Д. Бартона, У. Д. Оллиса. Т. 1. Стереохимия, углеводороды, галогенсодержащие соединения / Под ред. Дж. Ф. Стоддарта. Пер. с англ. под ред. Н. К. Кочеткова. - М. : Химия, 1981. - 736 с.
2. Garwood R. F. Rodd's Chemistry of Carbon Compounds. -2nd ed. / S. Coffey (ed.). -Amsterdam : Elsevier, 1964. - Vol. 1A. - P. 7-69.
3. Bracket H. Von, Bahr V. Methoden der Organischen Chemie. (Houben-Weyl). - Stuttgart: Thieme, 1970.-Vol. 5.-P. 590.
4. Hall H. K., Smith C. D., Baldt J. H. Enthalpies of formation of nortricyclene, norbornene, norborna-diene, and quadricyclane // J. Am. Chem. Soc. - 1973. - Vol. 95, No. 10. - P. 3197-3201. doi: 10.1021/ja00791a022.
5. Sletten E. M., Bertozzi C. R. A bioorthogonal quadricyclane ligation // J. Am. Chem. Soc. - 2011. - Vol. 133, No. 44. -P. 17570-17573. doi: 10.1021/ja2072934.
6. Eaton P. E., Cole T. W. The cubane system // J. Am. Chem. Soc. - 1964. - Vol. 86, No. 5 - P. 962-964. doi: 10.1021/ja01059a072.
7. Eaton P. E., Cole T. W. Cubane // J. Am. Chem. Soc. - 1964. - Vol. 86, No. 15. - P. 3157-3158. doi: 10.1021/ja01069a041.
8. Eaton P. E. Cubanes: starting materials for the chemistry of the 1990s and the new century // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. - 1992. -Vol. 31,No. 11. -P. 1421-1436. doi: 10.1002/anie.199214211.
9. Лопанов A. Н., Фанина Е. А. Энтальпия переходных форм углерода // Химия твердого топлива. - 2015.-№2.- С. 41-50.
10. Nelson Н. Н. The effect of pipe diameter on the termal decomposition of acetylenes // 6th Sympos. of Combust.- 1957.-P. 823.
11. Иванов В. А., Когарко С. МЭнергия зажигания чистого ацетилена и его смесей с воздухом при повышенных начальных давлениях // Научно-технические проблемы. - 1965. - №2. - С. 105-108.
12. Лопанов А. Н., Фанина Е. А., Тихомирова К. В. Молекулярное моделирование термической устойчивости углеводородов на основе теории активированного комплекса // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы : сб. ст. V Междунар. науч.-практ. конф., 18-19 сентября 2014 г. - В2ч. - Воронеж: Воронежский институт ГПС МЧС России, 2014.- 4.1. - С. 47-52.
13. Lopanov A. N. The molecular modeling of detonating and explosive processes based on the activated complex theory // International Research Journal of Pure and Applied Chemistry. - 2012. - Vol. 2, No. 4. - P. 221-229. doi: 10.9734/IRJPAC/2012/1924.
14. Покровский Г. И. Взрыв. - 4-е изд., перераб. и доп. - М. : Недра, 1980. - 120 с.
15. Монахов В. Т. Методы исследования пожарной опасности веществ. - М. :Химия, 1972. - 416 с.
16. Лопанов А. Н., Фанина Е. А., Нестерова Н. В. Феноменологическая модель расчета концентрационных пределов распространения пламени в адиабатических условиях // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы : материалы III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. -В2ч.-Воронеж : Воронежский институт ГПС МЧС России, 2012. -4. 1. - С. 25-27.
17. Иванов Б. А. Физика взрыва ацетилена. - М. : Химия, 1969. - 180 с.
18. Баратов А. Н., Корольченко А. Я., Кравчук Г. Н. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения : справочник.-В2кн.-М.: Химия, 1990. - Кн. 2. - 384 с.
Review
For citations:
Lopanov A.N., Fanina E.A., Tikhomirova K.V. FUNCTIONAL MODELING OF THE FIRE-RISK AND EXPLOSIVE PROPERTIES OF STRAINED HYDROCARBONS. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety. 2015;24(5):36-43. (In Russ.)
Views:
291
Email this article 