(1)燃烧的必要条件
燃烧分为有焰燃烧和无焰燃烧。通常看到的明火都是有焰燃烧;有些固体发生表面燃烧时,有发光发热的现象,但是没有火焰产生,这种燃烧方式则是无焰燃烧,例如木炭的燃烧。
燃烧的发生和发展,必须具备3个必要条件,即可燃物、氧化剂(助燃物)和温度(点火源)。只有在上述3个条件同时具备的情况下,才能发生燃烧,缺少其中任何一个条件,燃烧都不会发生或者停止发生。着火三角形如图11.1所示。
图11.1 着火三角形
进一步研究表明,有焰燃烧的发生和发展除了具备上述3个条件以外,其燃烧过程中存在未受抑制的游离基(自由基)作为中间体,因此,有焰燃烧的发生和发展需要4个必要条件,即可燃物、氧化剂、温度和链式反应。
1)可燃物
凡是能与空气中的氧或其他氧化剂发生化学反应的物质,称可燃物,如棉织物、煤炭、木材、天然气、原油、纸张等。按其物理状态,分为固体可燃物、液体可燃物和气体可燃物三大类;按其化学组成,分可为无机可燃物和有机可燃物两大类。
2)氧化剂(助燃物)
凡是与可燃物结合并能帮助和支持可燃物燃烧的物质,即能与可燃物发生氧化反应的物质,称为氧化剂,如广泛存在于空气中的氧气。普通意义上讲的燃烧,均指在空气中以游离的氧作为氧化剂发生的燃烧。
3)温度(引火源)
凡是能引起可燃物与助燃剂发生燃烧反应的点燃能源,称为引火源。一般分直接火源和间接火源两大类。直接火源指明火、电弧、电火花、雷击等能直接点燃处于空气中的可燃物的高能量火源;间接火源指通过高温加热、摩擦发热、物质本身化学反应发热等能引起燃烧的能量。
4)链式反应
大多数有焰燃烧不是直接进行的,而是通过游离基团和原子等中间产物在瞬间进行的循环链式反应。游离基的链式反应是燃烧反应的实质,光和热是燃烧过程中的物理现象。
(2)燃烧的充分条件(www.xing528.com)
可燃物、氧化剂和引火源是燃烧的3个必要条件,但具备了3个必要条件,并不等于燃烧就必然发生,燃烧的发生需要3个条件达到一定的量,并且相互作用,这是燃烧的充分条件。对于有焰燃烧,还包括未受抑制的链式反应。
1)一定的可燃物浓度
可燃气体或可燃液体的蒸气与空气混合只有达到一定浓度,才会发生燃烧或爆炸。例如:汽油在-38℃以下、煤油在40℃以下、甲醇在7℃以下时,其表面的蒸汽量均不能达到燃烧所需的浓度。虽有足够的空气和火源,仍不能发生燃烧。
2)一定的助燃物浓度
各种不同的可燃物发生燃烧,均有自身固定的最低氧含量要求。低于这一浓度,即使其他燃烧的必要条件已经具备,燃烧仍不会发生。例如:汽油的最低氧含量要求为14.4%,煤油为15%,乙醚为12%。
3)一定的点火能量
各种不同可燃物发生燃烧,均有自身固定的最小点火能量要求。达到这一能量才能引起燃烧反应,否则燃烧便不会发生。例如:汽油的最小点火能量为0.2 mJ,乙醚(5.1%)为0.19 mJ,甲醇(2.24%)为0.215 mJ。
4)燃烧条件的相互作用
燃烧要发生,必须使以上3个条件相互作用。每种条件都要达到一定的量,而且其中一个量的变化又会影响燃烧时对其他条件量的要求。比如,氧浓度的变化会改变可燃气体、液体和部分可燃固体的燃点;相同质量的固态可燃物与空气接触的表面积越大,燃烧所需的点火能量越小。另外,压力和温度对液态和气态可燃物燃烧的影响也较大。
5)未受抑制的链式反应
对无焰燃烧,以上条件1)～条件3)3个条件同时存在,相互作用,燃烧即会发生。而对有焰燃烧,除以这3个条件外,因燃烧过程中存在未受抑制的游离基(自由基)作中间体,考虑游离基参加燃烧反应的附加维,从而形成着火四面体,如图11.2所示。自由基是一种高度活泼的化学基团,能与其他的自由基和分子起反应,从而使燃烧以链式反应的形式扩展。因此,有焰燃烧的发生需要未受抑制的链式反应。
图11.2 着火四面体
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