Номер 5, страница 159 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

5. Почему пламя горящего полиэтилена имеет едва заметную окраску, а пламя горящего полистирола сильно коптит?

Различие в характере горения полиэтилена и полистирола объясняется фундаментальной разницей в их химическом строении и, как следствие, в массовой доле углерода в их молекулах.

Полиэтилен является полимером этилена и имеет общую формулу $(-CH_2-CH_2-)_n$. Его структура представляет собой длинные цепи из атомов углерода и водорода. Массовая доля углерода в полиэтилене составляет приблизительно 85,7%. При горении на воздухе полиэтилен относительно легко и полно сгорает, так как его состав не требует избыточного количества кислорода. Реакция полного сгорания выглядит так:

$2(-CH_2-CH_2-)_n + 6n O_2 \rightarrow 4n CO_2 + 4n H_2O$

Продукты этой реакции — диоксид углерода ($CO_2$) и водяной пар ($H_2O$) — являются бесцветными газами. В результате пламя горящего полиэтилена практически не содержит твердых раскаленных частиц, оно прозрачное, имеет голубоватый или светло-желтый оттенок и не производит копоти.

Полистирол, в свою очередь, является полимером стирола с формулой $(-CH(C_6H_5)-CH_2-)_n$. Ключевое отличие его структуры — наличие массивного бензольного кольца ($C_6H_5$) в каждом мономерном звене. Это приводит к тому, что массовая доля углерода в полистироле значительно выше и составляет около 92,3%. Для полного сгорания такого углеродо-насыщенного вещества требуется гораздо больше кислорода. В условиях обычного горения на воздухе (особенно при недостаточной вентиляции) кислорода не хватает для полного окисления всего углерода до $CO_2$. Вследствие этого происходит неполное сгорание, в ходе которого значительная часть углерода выделяется в виде элементарного углерода — сажи ($C$).

Эти твердые микрочастицы сажи, попадая в зону высоких температур пламени, раскаляются и начинают ярко светиться, что придает пламени насыщенный желто-оранжевый цвет. Покидая пламя, они образуют густой черный дым, то есть копоть.

Ответ: Разница в горении обусловлена разным содержанием углерода. В полиэтилене массовая доля углерода ниже (≈86%), поэтому он сгорает более полно с образованием бесцветных газов ($CO_2$ и $H_2O$), и его пламя почти бесцветно и не коптит. В полистироле, из-за наличия бензольных колец, массовая доля углерода очень высокая (≈92%). При горении ему не хватает кислорода, что ведет к неполному сгоранию и образованию большого количества частиц сажи, которые раскаляются в пламени, делая его ярким и сильно коптящим.