Sadza

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Kłęby sadzy wydobywające się ze źle wyregulowanego silnika Diesla
Obserwacja zaćmienia słońca przez okopcone szkło

Sadza (pot. kopeć) – produkt powstający w trakcie niepełnego spalania paliw i innych materiałów zawierających w swoim składzie chemicznym znaczne ilości węgla. Głównym, choć nie jedynym składnikiem sadzy jest amorficzna postać węgla. Oprócz tego sadza zawiera zwykle drobne struktury grafitopodobne, niewielkie ilości fulerenów i struktur fulerenopodobnych oraz resztki spalanych substancji organicznych, np: tłuszcze i popiół[1].

Mechanizm formowania[edytuj | edytuj kod]

Sadza w istocie powstaje w wyniku nie tyle spalania ile pirolizy paliw, która towarzyszy procesowi spalania. W przypadku spalania z występowaniem płomienia sadza zaczyna formować się w najbardziej gorącej części płomienia (zwykle białej lub niebieskiej), gdzie występuje wysoka temperatura i deficyt tlenu. W takich warunkach paliwa organiczne ulegają rozkładowi do krótkich, prostych lub cyklicznych węglowodorów nienasyconych (np: acetylenu czy cyklobutadienu), odpowiednich karborodników oraz gazowego wodoru. Powstające karborodniki i nienasycone węglowodory rekombinują szybko z sobą na skutek czego powstają struktury quasipolimeryczne, które następnie zbijają się w struktury sferyczne, w których zaokludowany jest wodór.

W kolejnym etapie, po opuszczeniu najbardziej gorącej strefy płomienia, ze struktur sferycznych uwalnia się wodór na skutek procesu dyfuzji i jednocześnie świeżo utworzone struktury sferyczne zbijają się w stałe kłębki i łańcuchy. Proces ten ma miejsce w tej części płomienia, która ma barwę jasnożółtą. Typowa temperatura formowania się sadzy to ok. 1400 °C. Jeśli gorąca strefa płomienia jest wystarczająco duża i zawiera wystarczająco dużo tlenu to wówczas pierwotne struktury sferyczne zamiast ulec zbiciu w sadzę ulegają procesowi utleniania i płomień nie generuje sadzy[2].

Sadza jako zjawisko szkodliwe[edytuj | edytuj kod]

Sadza stanowi poważny problem w instalacjach grzewczych opalanych węglem, osiadając w instalacji kominowej stanowi zagrożenie pożarowe, uniesiona w powietrze stanowi uciążliwe zanieczyszczenie powietrza i powierzchni na którą opada. Ponadto hamuje wypływ spalin z komina, w skrajnych przypadkach grożąc zatruciem spalinami. Sadza generuje się również podczas spalania drewna, gdy ścianki komory spalania są jeszcze dość zimne, a nadmiar powietrza do spalania jest nieznaczny. Sadza, jako niespalona forma węgla jest przyczyną spadku sprawności urządzeń grzewczych i przez to większego zużycia paliwa.

Istnieje wiele badań naukowych sugerujących, że wdychanie powietrza zawierającego sadzę może powodować różnego rodzaju schorzenia układu oddechowego, krwionośnego i powodować zmiany nowotworowe[3].

Zastosowania[edytuj | edytuj kod]

"Sprzedający sadzę" przedstawiony na XVIII wiecznym rysunku Jana Norblina

Sadza jest głównym i najtańszym źródłem amorficznego węgla. Amorficzny węgiel jest stosowany w przemyśle przy produkcji opon samochodowych, smarów, a także jako pigment wyrobu farb oraz do barwienia i fotostabilizacji tworzyw sztucznych, tuszów drukarskich a także jako składnik materiałów wybuchowych. Amorficznego węgla nie należy jednak utożsamiać z sadzą - gdyż jest on zwykle produkowany w kontrolowanych warunkach, a otrzymana sadza zanim zostanie zastosowana w praktyce musi przejść proces oczyszczania z resztek organicznych i popiołu. W Polsce jej produkcją zajmuje się jedynie fabryka w Jaśle (województwo podkarpackie).

Sadza jest również historycznym pigmentem stosowanym w produkcji czarnych lakierów szlachetnych. Zmieszana z szelakiem rozpuszczonym w alkoholu jest używana do wykonywania imitacji laki japońskiej, tzw. japonizacji.

Przypisy

  1. CR Shaddix, et al., Soot graphitic order in laminar diffusion flames and a large-scale JP-8 pool fire, International Journal of Heat and Mass Transfer, 48, 2005, 3604-3614.
  2. Soot: Giver and Taker of Light, American Scientist, May-June 2007, pp.252-239
  3. D. W. Dockery and P. H. Stone, Cardiovascular Risks from Fine Particulate Air Pollution, The New England Journal of Medicine, 356(5), 2007, 511-512.