Фізико – хімічні основи процесу горіння і пожежна небезпека речовин та матеріалів

Суспільні екологічні проблеми.

См. Вопрос 7,9

Фізико – хімічні основи процесу горіння і пожежна небезпека речовин та матеріалів

Під горінням слід розуміти складний фізико-хімічний процес окислення, який супроводжується виділенням тепла та випромінювання світла. За звичайних умов процес горіння характеризується з’єднанням горючої речовини з киснем. Тому для горіння необхідно три компоненти:

1. Речовина, яка здатна горіти;

2. Окислювач (кисень, кисневмісні речовини, хлор, фтор, окиси азоту);
3. Джерело запалювання.
В залежності від стану горючих систем горіння буває гомогенне і гетерогенне. При гомогенному горінні всі горючі речовини перебувають в однакових агрегатних станах, в іншому випадку це гетерогенне горіння.
В залежності від швидкості розповсюдження полум’я горіння поділяють на:
- детонаційне (тис м/с);
- вибухове (сотні м/с);
- дефлеграційне (десятки м/с).
Пожежо-вибухонебезпчність виробництв визначається агрегатним станом речовин та матеріалів, та їх показниками пожежовибухонебезпечності. Показники: група спалимості, температура займання, температура спалаху, температура самозаймання та ін.
Горючість – це здатність речовини або матеріалу до горіння.
Займання – це початок горіння під дією джерела запалювання.
За спалимістю речовини та матеріали поділяються на три групи:
1. Горючі
2. Негорючі
3. Важкогорючі.

Наука про горіння у своєму розвитку подолала довгий шлях: флогістонну теорію горіння замінила гіпотеза М.В. Ломоносова про те, що горіння - це взаємодія горючої речовини з повітрям; нарешті, Лавуазьє винайшов, що горіння - взаємодія горючої речовини з киснем повітря, тобто реакція окислення.

А. Бах та К. Енглер у 1898 р. незалежно один від одного запропонували перекисну теорію окислення, відповідно до якої під час нагрівання горючої системи відбувається активізація кисню шляхом розриву одного зв'язку між його атомами, причому активна молекула вступає у сполучення з горючою речовиною, не розпадаючись на атоми, а утворюючи перекисні сполуки типу R1-О-О-R2, або R-О-О-ОН, які є нестійкими і розкладаються з утворенням атомарного кисню та (або) радикалів, що мають надлишок енергії для проведення окислення.

Однак перекисна теорія не може пояснити деякі характерні особливості процесу окислення, наприклад, різку дію іноді незначних слідів сторонніх домішок та ін. Пояснення цих фактів виявилося можливим у результаті розвитку ланцюгової теорії окислення, розробленої академіком М.М. Семеновим.

За теорією ланцюгових реакцій, процес окислення починається з активації горючої речовини, внаслідок чого речовини розкладаються на молекули та радикали, які стають центрами ланцюгових реакцій.

Таким чином, горінням називається складний фізико-хімічний процес взаємодії горючої речовини та окислювача, який супроводжується виділенням тепла та випромінюванням світла.

Умовами для виникнення і перебігу горіння є наявність горючої речовини, окислювача і джерела запалювання.

Горючі речовини - це тверді, рідкі, газо- або пилоподібні речовини, що здатні горіти, тобто окислюватися з виділенням тепла і світла.

Окислювачами у процесі горіння можуть бути кисень, хлор, бром та деякі інші речовини, у тому числі складні: азотна кислота, бертолетова сіль, калійна і натрієва селітри й інші речовини, які при нагріванні або ударі можуть розкладатися з виділенням кисню. Однак звичайно окислювачем у процесах горіння є кисень, що міститься у повітрі.

Джерела запалювання бувають відкриті - полум'я, іскри, розжарені об'єкти, світлове випромінювання тощо - та приховані - тепло хімічних реакцій, адсорбції, мікробіологічних процесів, адіабатичного стиснення, удару, тертя та ін.

Горюча речовина та кисень є реагуючими речовинами і разом складають горючу систему, а джерело запалювання викликає у ній реакцію горіння. При сталому горінні джерелом запалювання є зона реакції.

Горючі системи можуть бути гомогенними (однорідними) та гетерогенними (неоднорідними). До гомогенних (однорідних) належать системи, в яких горюча речовина і повітря рівномірно перемішані одне з одним (наприклад, суміші горючих газів, парів або пилу з повітрям).

До гетерогенних (неоднорідних) належать системи, в яких горюча речовина і повітря не перемішані одне з одним і мають поверхню розділу (наприклад, тверді горючі матеріали або рідини, що містяться в повітрі, струмені горючих газів і парів, що надходять у повітря тощо).

У результаті сполучення горючої речовини з киснем утворюються продукти згорання, склад і агрегатний стан яких залежать від складу речовини, що горить, та умов її горіння. Дим, що утворюється при горінні, - це дисперсна система, яка складається з най дрібніших твердих часточок (діаметром 10 у -4 ступені … 10 у -6 ступені см), завислих у суміші продуктів згорання з повітрям. При горінні органічних речовин найчастіше дим - це вуглець (сажа), який утворюється внаслідок неповного згорання. У диму можуть також бути продукти розкладу речовин, що горять, та їх часткового окислення (продукти неповного згорання). До них, крім сажі, належать оксид вуглецю, сірководень, хлористий водень, окисли азоту, спирти, альдегіди, кетони, кислоти (у тому числі синильна) й інші речовини.

Продукти повного та неповного згорання в певних концентраціях є небезпечними для життя людини. Так, концентрація в повітрі С02 на рівні 3-4,5% стає небезпечною при вдиханні такого повітря протягом півгодини, а концентрація 8-10% викликає швидку втрату свідомості і смерть. Оксид вуглецю СО є отруйним газом. Вдихання повітря, що містить 0,4% СО - смертельне.

Окрім токсичних продуктів згорання, небезпечними факторами пожежі є відкрите полум'я та іскри, підвищена температура повітря й оточуючих предметів, знижена концентрація кисню, обвали конструкцій, вибух.