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燃燒的本質(zhì)及要點

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一、燃燒的本質(zhì)
根據(jù)國家標準《消防基本術(shù)語·第一部分》(GB5907-86)定義,燃燒是可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng),通常伴有火焰、發(fā)光和(或)發(fā)煙現(xiàn)象,其核心特征是化學(xué)反應(yīng)、放熱、發(fā)光三者并存。而近代連鎖反應(yīng)理論進一步揭示了燃燒的實質(zhì):燃燒是一種游離基(又稱自由基)主導(dǎo)的鏈式反應(yīng),即由游離基在瞬間進行的循環(huán)連續(xù)反應(yīng),這一過程大致分為三個階段。
(一)鏈式反應(yīng)三階段
鏈引發(fā)階段:在外界因素(如點燃、光照、加熱、催化等)作用下,可燃物分子的共價鍵斷裂,產(chǎn)生含有不成對電子的游離基(活化中心)。少數(shù)物質(zhì)可自發(fā)引發(fā)此過程,例如氟氣與氫氣在冷暗處就能通過化合產(chǎn)生游離基,觸發(fā)劇烈燃燒。
鏈傳遞階段:生成的游離基具有極強的化學(xué)活性,與其他分子反應(yīng)時會消耗自身但同時產(chǎn)生更多新的游離基,使反應(yīng)持續(xù)放大,形成連鎖循環(huán),這是燃燒能夠維持并加劇的關(guān)鍵。
鏈終止階段:當(dāng)游離基失去能量相互結(jié)合形成穩(wěn)定分子,或反應(yīng)物耗盡無法產(chǎn)生新游離基時,反應(yīng)鏈斷裂,燃燒隨之終止。
需明確:氧化反應(yīng)不一定是燃燒,燃燒是氧化反應(yīng)的特殊形式,僅發(fā)生在可燃物質(zhì)與氧化劑之間,且需通過游離基鏈式反應(yīng)實現(xiàn)能量的快速釋放。
二、燃燒的要點
(一)燃燒的必要條件(燃燒三要素與四要素)
燃燒的發(fā)生需滿足基礎(chǔ)要素,傳統(tǒng)“燃燒三角形”模型包含可燃物、助燃物(氧化劑)、引火源三大必要條件;現(xiàn)代“燃燒四面體”模型補充了鏈式反應(yīng),形成更完整的四要素體系,缺一不可。
1. 可燃物:燃燒的物質(zhì)基礎(chǔ)
指能與空氣中的氧或其他氧化劑發(fā)生燃燒反應(yīng)的物質(zhì),按物理狀態(tài)可分為三類,其燃燒特性差異顯著:
固體可燃物:如木材、紙張、塑料、鎂粉等,多數(shù)需先受熱分解產(chǎn)生可燃氣體(如紙張分解產(chǎn)生一氧化碳、氫氣),再與氧化劑反應(yīng)燃燒;少數(shù)以表面氧化形式無焰燃燒(如煤炭)。表面積越大,燃燒速度越快(如碎紙比整紙燃燒更劇烈)。
液體可燃物:如汽油、酒精、食用油等,依賴揮發(fā)產(chǎn)生的可燃蒸氣燃燒,閃點(揮發(fā)出的蒸氣遇火源閃燃的最低溫度)是其危險等級核心指標(汽油閃點-50℃,常溫下易揮發(fā),危險性極高)。泄漏后會隨地面流淌,擴大燃燒范圍。
氣體可燃物:如天然氣、氫氣、乙炔等,無需分解或揮發(fā),可直接與氧氣混合燃燒,火災(zāi)危險性最高。需達到特定爆炸極限(如天然氣5%-15%體積濃度),遇火源即可能引發(fā)爆炸燃燒。
除常見有機物外,部分無機物(如鉀、鈉、一氧化碳)及爆炸性物質(zhì)(如黑火藥、硝化甘油)也屬于可燃物,部分含氧可燃物可自行釋放氧氣,無需外部助燃物即可燃燒。

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