苯的化学性质(为什么甲苯比苯毒性低)

摘要:盐城化工厂苯爆炸事件牵动人心，目前已造成不可挽回的巨大损失。本文从苯的物理性质出发，介绍了爆炸的原因及其压力估算，并试图给出苯爆炸威力的一种度量。根据分析结果，对降低爆炸损失甚至防止爆炸进行了探讨。

关键词:苯，爆炸，力学，科学，盐城，响水天嘉宜，化工厂

1、引言

3月21日，盐城的一声巨响，搅动了全国人民的心。响水天嘉宜化工厂爆炸已造成多人死亡失踪，有毒物质也对周边环境造成了不可挽回的影响。

盐城化工厂的爆炸盐城化工厂爆炸

消息称，爆炸发生在工厂的一个生产装置中，含有剧毒物质苯。苯是六角化合物，如下图。

苯的结构苯的结构

据说自从1825年迈克尔·法拉第发现苯以来，人们对它的结构一直不是很清楚。后来，弗里德里希·凯库勒在梦中梦见一条黑鱼想要它的尾巴，于是他受到启发，提出了六边形的构型。

苯的环形结构提出者——弗里德里希·凯库勒弗里德里希·凯库勒，苯的环状结构的提出者

2.苯的性质为了分析苯的爆炸威力，必须了解苯的一些物理性质。通过查阅资料，苯的爆炸相关性质如下:苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃。最低爆炸极限1.2%(空气体体积百分比)，最高爆炸极限7.8%，闪点-11℃，最小点火能量0.2mJ(4.7%)，自然温度560℃。

所谓最小和最大爆炸极限是指空气体中物质的百分比。低于最低爆炸极限，说明物质含量低空气体高，不能提供足够的燃料。高于最大爆炸极限，说明物质空太多，气体太少，无法提供足够的氧气。闪点是指挥发性气体与氧气接触产生火花的最低温度。最小点火能是指点燃一种物质所需的能量，与空气体的体积百分比有关。

苯的燃烧化学式苯的燃烧化学式

与苯和氧气发生化学反应，生成二氧化碳和水。1mol苯，其焓值下降约3260.4KJ，全部转化为热量释放到环境中。

3、苯的爆炸

3.1容积为3.1升的苯爆炸容器

根据苯的爆炸极限，当空气体的体积百分比在1.2%-7.8%之间时，就会发生爆炸。这说明爆炸的前提是苯在密闭容器中。事实上，大多数爆炸都是在密闭容器中发生的。

所以爆炸的威力除了与苯燃烧释放的热量有关外，还与容器的结构和材质有关。如果容器足够坚固，能够承受爆炸的冲击波，那么爆炸的危险就会小一些。反之，容器碎片随爆炸冲击波散落，伤亡面积扩大。

假设在一个球形容器中，1mol苯燃烧爆炸，放出3260.4KJ的热量。热量的增加使容器内的温度升高，高温也使苯、水等液体汽化，从而使容器内的压力大大增加。

我们以空气体积分4%为例。如果有1摩尔苯，总体积约为0.56m^3，球形容器的半径约为0.51米

3.2 1摩尔苯爆炸压力

实际的爆炸过程非常复杂，压力的准确值不容易计算。本文假设混合气体是理想气体，在容器破裂之前，气体会经历一个等容过程。

等容过程等容过程

假设初始室温为25℃，爆炸后，容器内几乎仍有空气体，其比热容为0.718 kj/(kg·k)，体积为0.56m^3的空气体质量约为0.724kg，爆炸释放的热量全部吸收后，温度变为6297℃。这是理想情况，实际热量无法完全吸收，完全吸收也来不及。用这种方法估计压力显然太大了。

根据压缩气体爆炸的能量模型，有以下公式，由此得出爆炸压力约为1.6MPa，承受该值的容器，压力容器大概归类为中低压容器。苯在常温下是液体，其容器属于低压容器。因此，当发生爆炸时，产生的压力很容易超过容器的承受极限。

压缩气体爆破能量模型压缩气体爆炸的能量模型

4.预防爆炸——一个显而易见的方法从力学的角度来看，增加容器的厚度可以显著提高容器的承载能力。通常，压力容器被视为薄壁。在内压作用下，可以得到容器的应力，如下图所示。

球壳应力分析球壳应力分析

其应力计算如下:

应力计算公式应力计算公式

其中P是内压，D是内径，T是厚度。在内压不变的情况下，增加厚度可以降低内应力，从而避免容器破裂，降低爆炸危险。

5、总结

根据苯的物理性质，讨论了1mol苯爆炸的体积和压力。估计爆炸压力在1.6MPa左右，达到中低压容器的界限，很容易损坏低压容器。通过增加容器的壁厚，可以显著降低容器的内应力，从而避免容器破裂，降低爆炸危险。