Фізико-хімічні основи процесу горіння

Під горінням слід розуміти складний фізико-хімічний процес окислення, який супроводжується виділенням теп­лоти і випромінюванням світла.

За звичайних умов процес горіння характеризується як з'єднання горючої речовини з киснем, що перебуває у вільному стані в повітрі чи в хімічно зв'язаному стані у різних хімічних сполуках. Але деякі речовини (ацетилен, хлористий азот, озон і деякі інші) можуть вибухнути і без кисню з утворенням теплоти і полум'я. Отже, горіння може бути результатом не тільки реакції з'єднання, але й реакції розпаду речовин. Найбільш небезпечне горіння, що виникає при окисленні горючої речовини киснем повітря.

Для процесу горіння за звичайних умов потрібні такі ком­поненти: речовина, здатна горіти, джерело вогню з пев­ною здатністю надати необхідну енергію горіння і певна кількість окислювача. Найбільш бурхливо відбувається процес горіння у чистому кисні, але окислювачем можуть бути кисневмісні речовини, такі як марганцевокислий калій, селітра, азотна кислота.

Горючі речовини перебувають у трьох агрегатних станах: рідкому, твердому й газоподібному. Тверді горючі ре­човини залежно від їх складу і будови поводяться при нагріванні по-різному. Деякі з них, наприклад, сірка, стеарин, каучук, плавляться і випаровуються. Інші (дерево, торф, кам'яне вугілля, папір) розкладаються й утворюють горючі газоподібні продукти і твердий залишок.

Рідкі горючі речовини при нагріванні випаровуються, а деякі можуть і окислюватись. Таким чином, більшість горючих речовин при нагріванні переходять у газоподібні продукти, які утворюють із повітрям горючі суміші. Такі суміші утворюються також і в результаті розпилювання твердих і рідких речовин. Такий стан речовин має вели­ку пожежну небезпеку, бо для суміші не потрібне потужне і тривало діюче джерело спалаху.

Найбільш розповсюдженими причинами пожеж є іскри, що з'яв­ляються в несправному електроустаткуванні, при зварюванні, ударі металевих частин, теплота, що виникає в результаті тертя, технологічні нагрівальні пристрої, апарати вогневої дії, теплота адіабатичного стиснення, іскрові розряди статичної електрики, перегрівання електричних контактів, хімічні реакції, що проходять із виділенням теплоти.

При зменшенні концентрації кисню у повітрі інтенсивність горіння різко знижується, а при концентрації його в повітрі мен-ше 14% горіння більшості речовин припиняється.

При надмірній кількості кисню в повітрі горіння буде пов-ним, продуктами горіння при цьому будуть діоксид вуглецю, азот, сірчаний ангідрид. При недостатній кількості кисню горіння буде неповним із виділенням таких продуктів, як оксид вуглецю, альдегіди.

Залежно від швидкості розповсюдження полум'я горіння поділяють на дефлаграційне, яке проходить із дозвуковими швидкостями, і детонаційне – із надзвуковими швидкостями. Швидкість розповсюдження полум'я при вибуху досягає сотень метрів за секунду.

Горючі системи можуть бути хімічно однорідними і неоднорідними, тому горіння їх буває гомогенним і гетерогенним. При гомогенному горінні всі реагуючі речовини перебувають в однаковому агрегатному стані – це суміші горючих газів, пари чи пилу з повітрям, у яких рівномірно перемішані горюча речовина і повітря.

Якщо горюча речовина й окислювач не перемішані між собою, відбувається гетерогенне або дифузійне горіння. У цьому випадку процес горіння лімітується дифузією кис­ню в зону полум'я. Пожежі переважно характеризуються дифузійним горінням.