Какие вещества могут гореть на воздухе

Какие вещества могут гореть на воздухе

Г орение веществ на воздухе

Горение  — это химическая реакция, протекающая с выделением теплоты и света. Часто горение сопровождается пламенем.

Яркость пламени зависит от наличия в нём мельчайших твёрдых частиц или паров, образующихся при взаимодействии вещества с кислородом. Если среди продуктов горения есть твёрдые вещества, то получается светящееся пламя. Так, железо и фосфор сгорают в кислороде ярким пламенем. При горении водорода образуется лишь водяной пар, поэтому пламя практически бесцветно. Горение природного газа метана также сопровождается образованием едва заметного голубого пламени. Это связано с тем, что весь углерод, входящий в состав метана, окисляется до углекислого газа.

При горении веществ, более богатых углеродом по сравнению с метаном, например бензина, керосина, парафина, угля, углерод сгорает не полностью, а частично переходит в сажу. Раскалённые до высокой температуры мельчайшие частички сажи и делают пламя ярким. Однако если обеспечить дополнительный приток воздуха или кислорода к топливу, как, например, при топке камина (рис. 37), то частички сажи сгорают, и пламя становится почти несветящимся. Такое пламя имеет более высокую температуру и оставляет мало копоти (налёта из сажи).

Горение может протекать не только в кислороде и на воздухе, но и в других газах, например во фторе F₂, хлоре Cl₂, оксиде азота(I) N₂O.

Рис. 37. Топка камина. При устройстве печей и каминов всегда стремятся создать тягу

На воздухе горение протекает менее интенсивно, чем в чистом кислороде, так как содержащийся в воздухе азот не поддерживает горение. Мы наблюдали, как быстро сгорает в кислороде железная проволока. На воздухе её не удаётся зажечь.

Первым учёным, правильно объяснившим процесс горения взаимодействием вещества с кислородом воздуха, был французский химик Антуан Лоран Лавуазье. Опыты по сжиганию веществ учёный проводил на открытом воздухе, используя в качестве нагревательного прибора систему из двух больших линз (рис. 38). Каждая линза имела диаметр более метра и состояла из двух тонких вогнуто-выпуклых стёкол, пространство между которыми было заполнено этиловым спиртом. В солнечный день такие линзы позволяли нагревать тела до температуры выше 1500  ° С. С их помощью можно было расплавить золото и железо. Лавуазье даже удалось сжечь несколько алмазов.

Рис. 38. Опыт Лавуазье по сжиганию веществ при помощи линз

Вы, наверное, замечали, что одни вещества загораются на воздухе легче, а другие — труднее. Внесём в пламя горелки одновременно магниевую ленту и кусок картона. Первым загорится картон, а магний вспыхнет лишь через несколько секунд — для того чтобы началась реакция магния с кислородом, требуется более высокая температура. Следовательно, вещество загорается только при нагревании выше определённой температуры. Её называют температурой воспламенения . Бумага вспыхивает на воздухе примерно при 230  ° С, а магний — при 600  ° С. Температура воспламенения бензина около 300  ° С, а медицинского эфира — 150  ° С. Загоревшееся вещество продолжает гореть и вне пламени, так как выделяющаяся в процессе горения теплота постепенно нагревает всё новые и новые участки вещества до температуры воспламенения.

Взаимодействие веществ с кислородом воздуха может протекать и медленно. В этом случае горения не наблюдается. Такие процессы называют медленным окислением. К ним относится, например, ржавление железа. При медленном окислении выделяется значительно меньше теплоты, чем при горении.

Иногда теплоты, выделяющейся при медленном окислении веществ, оказывается достаточно для возгорания. Известны случаи воспламенения промасленных тряпок, используемых для обтирки станков на заводах и в мастерских. Причиной многих пожаров является неисправная электропроводка. При прохождении электрического тока провода медленно нагреваются.

Лавуазье Антуан Лоран (1743—1794)

Великий французский химик. Родился в состоятельной семье, получил юридическое образование. С ранних лет проявлял интерес к занятиям физикой и химией. Долгое время изучал горение веществ. Согласно господствовавшим тогда представлениям, горение и окисление металлов рассматривали не как реакцию соединения с кислородом, а как разложение металла, считавшегося сложным веществом, на твёрдый остаток — оксид (его считали простым веществом) и флогистон — вымышленный «дух горючести». Примером «почти чистого флогистона» химики считали уголь — ведь при горении он полностью исчезает, не оставляя твёрдого остатка. Проведя многочисленные опыты по сжиганию различных веществ, Лавуазье доказал, что металлы — это простые вещества, а процесс горения состоит в присоединении ими кислорода с образованием сложных веществ — оксидов. Многие химики в то время считали воду простым веществом, так как никому не удавалось её разложить. Это сумел сделать Лавуазье — он выделил из воды водород, пропуская водяной пар через раскалённый пушечный ствол, заполненный листами железа. Позже он провёл и синтез воды из кислорода и водорода. Изучая свойства этих газов, он ввёл в науку их современные названия. В своих исследованиях учёный постоянно обращался к эксперименту, подчёркивая, что «физике и химии никогда не позволительно предполагать то, что можно определить прямыми опытами». Вслед за Ломоносовым он сформулировал закон сохранения массы веществ: «во всякой операции количество материи одинаково до и после операции, качество и количество начал (элементов) остаются теми же самыми, происходят лишь перемены, видоизменения». В 1789 г. Лавуазье опубликовал «Начальный курс химии», выдержавший несколько изданий. В годы Французской революции жизнь учёного трагически оборвалась на гильотине.

Горящий предмет можно потушить либо прекратив доступ к нему воздуха, либо охладив его ниже температуры воспламенения. Часто огонь гасят водой, которая не только охлаждает горящий предмет, но и препятствует его контакту с воздухом. Однако не все вещества можно тушить водой. Некоторые металлы взаимодействуют с ней гораздо активнее, чем с кислородом воздуха. В этом случае использование воды лишь усилит горение. Не рекомендуется гасить водой и загоревшийся бензин: он легче воды и продолжает гореть. Наиболее эффективный способ прекратить горение — изолировать вещество от кислорода. Проделаем простой опыт. Нальём в фарфоровую чашку немного бензина и подожжём его лучинкой. Горящий бензин зальём водой, при этом он продолжает гореть. Накроем чашку куском картона или плотной ткани. Горение прекратится. В домашних условиях загоревшуюся на человеке одежду можно потушить, накинув одеяло, шубу, ковёр, покрывало и плотно завернув пострадавшего, чтобы полностью прекратить доступ воздуха к горящей одежде. В химических лабораториях загоревшийся предмет засыпают песком или используют огнетушители. В них обычно содержится углекислый газ, который не поддерживает горения и изолирует горящий предмет от воздуха.

Легко загорающиеся вещества, такие как спирт, эфир или бензин, называют огнеопасными . С ними нужно обращаться очень аккуратно и ни в коем случае не работать вблизи открытого пламени — их пары от огня вспыхивают, вызывая пожар, а иногда и мощный взрыв. Эфир в открытом сосуде может воспламениться, даже если находится на расстоянии в несколько метров от пламени. Об этом надо помнить.

Вопросы и задания

1. Почему на воздухе горение протекает менее интенсивно, чем в кислороде?

2. Объясните, что означают понятия: а) «горение»; б) «медленное окисление»; в) «температура воспламенения».

3. Чем объяснить тот факт, что пламя природного газа практически бесцветно, а пламя свечи — светящееся?

4. При горении на воздухе спирта C₂H₆O и эфира C₄H₁₀O образуются углекислый газ и вода. Напишите уравнения реакций.

5. Напишите уравнение реакции горения безводной уксусной кислоты C₂H₄O₂, если известно, что продуктами являются вода и углекислый газ.

6. Прелые листья, сено, древесные опилки при длительном хранении на воздухе могут самовозгораться. Как это объяснить?

* 7. При горении магния на воздухе кроме оксида образуется также нитрид — продукт взаимодействия магния с азотом. Напишите формулу нитрида магния и уравнение реакции его образования, помня, что в соединениях с металлами азот трёхвалентен.

Горючие вещества

Горючие вещества (материалы) – вещества (материалы), способные к взаимодействию с окислителем (кислородом воздуха) в режиме горения. По горючести вещества (материалы) подразделяют на 3 группы: негорючие вещества и материалы – не способные к самостоятельному горению на воздухе; трудногорючие вещества и материалы – способные гореть на воздухе при воздействии дополнительной энергии (источника зажигания), но не способные самостоятельно гореть после его удаления; горючие вещества и материалы – способные самостоятельно гореть после воспламенения или самовоспламенения (самовозгорания). Горючие вещества – понятие условное, т.к. в режимах, отличных от стандартной методики, негорючие и трудногорючие вещества и материалы нередко становятся горючими.

Среди горючих имеются вещества (материалы) в различном агрегатном состоянии: газы, пары, жидкости, твёрдые вещества (материалы), аэрозоли. Практически все органические химические вещества относятся к горючим веществам. Среди неорганических химических веществ также имеются горючие вещества (водород, аммиак, гидриды, сульфиды, азиды, фосфиды, аммиакаты различных элементов).

Горючие вещества характеризуются показателями пожарной опасности. Введением в состав этих веществ (материалов) различных добавок (промоторов, антипиренов, ингибиторов) можно изменять в ту или иную сторону показатели их пожарной опасности.

Литература: ГОСТ 12.1.044-89. ССБТ. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения;

Горючие вещества и материалы: виды, группы, требования, порядок хранения

По возможности возгорания окружающую человека среду (предметы) подразделяют на две группы. Негорючие материалы, вещества широко применяющиеся в строительстве, при устройстве инженерных, транспортных коммуникаций; горючие – как топливо, смазки, сырье для предприятий органического синтеза, а также во многих других целях.

Что это такое

Сразу стоит определиться с тем, какие природные или искусственные материалы, простые или сложные вещества относятся к горючим… Это те, что по определению, данном в «Техническом регламенте о требованиях ПБ», способны к самовозгоранию, а также могут воспламеняться при контакте с источником возгорания, самостоятельно горя после его удаления.

Виды (типы)

Твердые горючие материалы как природного, так и искусственного происхождения в большинстве своём относятся к органическим веществам, что состоят в основном из углерода, азота, водорода, кислорода, с небольшим включением атомом кремния, хлора, фтора, причем большая часть элементов относятся к горючим.

Значительно меньшая часть – это неорганические соединения: щелочные, щелочноземельные металлы, негорючие неметаллы и их кислотные соединения.

Многие мелкоизмельченные твердые горючие материалы становятся взрывоопасными, что учитывается при проектировании систем вентиляции, установок пожаротушения тех промышленных объектов, где их образование является неизбежной частью технологического процесса производства.

Горючие, как и другие материалы, вещества, различаются прежде всего по агрегатному состоянию.

Горючие вещества (топливо)

Среди твердых сгораемых материалов стоит отметить:

• Древесину различных пород деревьев – от невесомой бальзы до твердых, плотных сортов граба, дуба в лесных природных массивах, лесопарках, а также заготовленную в виде балансовой древесины, технологической щепы, дров.
• Искусственные твердые материалы, полученные на деревообрабатывающих, целлюлозно-бумажных комбинатах, фабриках по производству отделочных материалов, мебели из древесины. Это листовые ДСП, ДВП, фанера; картон, бумага различной жесткости, технологическая целлюлоза.
• Отходы лесной, деревообрабатывающей промышленности – обзол, кора, щепа, сучья, опилки, древесная пыль.
• Зерновые культуры.
• Хвоя, листья, сено, солома, сухая трава, являющиеся сырьем для низовых пожаров.
• Шерсть, хлопок, вата, лен; текстильные материалы из них, а также изготовленные из горючих полимеров.
• Уголь, торф, горючие сланцы.
• Растительные смолы, канифоль.
• Различные виды пластмасс, пластиков, получаемых путем органического синтеза из углеводородного сырья.
• Битумы, парафин, плавящиеся при нагревании.
• Каучук, резина и изделия из них.
• Кожа.
• Активные металлы – калий, литий, алюминий, натрий, а также их соединения.
• Неметаллические неорганические вещества – селен, теллур, фосфор, мышьяк, кремний, бор, сера, их соединения – карбиды, сульфиды, гидриды.
• Горючие пыли: органические – мучная, угольная, сахарная; неорганические – алюминиевая, серная, железная, кремниевая.

Горючие жидкости:

• Углеводородное сырье – нефть, газовый конденсат,
• Горюче-смазочные материалы – от авиационного керосина до флотского мазута, различные виды масел для смазки механизмов машин, агрегатов.
• Лакокрасочная продукция на основе органических растворителей.
• Этиловый, метиловый спирты.
• Гексан, пентан.
• Легковоспламеняющиеся растворители – различные эфиры, уайт-спирит, бензол, керосин, дихлорэтан, толуол, ацетон, диоксан, этилацетат. Большинство из них способны создавать взрывоопасные смеси с воздухом в закрытых объемах.
• Растительные масла.
• Продукция лесохимической промышленности – скипидар, талловое масло.

Горючие, взрывопожароопасные газы:

• Природные газы – сланцевый, болотный, рудничный.
• Метан, водород, сероводород.
• Пропан, бутан, ацетилен, бутадиен, изобутан.
• Бытовая газовая смесь.

Не только легкосгораемые пыли, образовывающиеся при получении, переработке твердых материалов, но и пары горючих жидкостей, аэрозоли, газы образуют взрывоопасные смеси с воздухом, для взрывного воспламенения которых достаточно буквально одной искры; а производственные, складские помещения, где они обращаются, относят к категории А по взрывопожарной опасности.

Группы горючести

Группой горючести называют классификационную характеристику любых по происхождению, химическому составу материалов, веществ к горению.

Статья 12 ФЗ-123 классифицирует вещества по опасности пожара, исключая строительные, текстильные и кожевенные материалы , по их физико-химическим свойствам, склонности к созданию взрывопожароопасных факторов, разделяя на три группы:

• Негорючие материалы, вещества, что не могут гореть в воздушной среде.
• Трудногорючие, что горят только под воздействием внешних условий – сильного нагрева, наличия вблизи источника открытого огня.
• Горючие.

Кроме того, горючие жидкости имеют две подгруппы – ЛВЖ и особо опасные ЛВЖ.

Для определения горючести материалов, веществ существуют строго регламентированные методики испытаний, устанавливаемые противопожарными нормами.

Классификация веществ и материалов по пожарной безопасности

Статья 13 Федерального закона РФ № 123-ФЗ классифицирует строительные и текстильные материалы таким образом:

(Их опасность возгорания характеризуется горючестью, способностями воспламеняться, распространять пламя; дымообразованием, ядовитостью дымовых газов).

• НГ – негорючие.
• Г1 – это слабогорючие материалы, с температурой образовывающихся в процессе горения дымовых газов не больше 135 ℃; линейной степенью повреждения – не больше 65 %; уменьшением массы образца, взятого для испытаний, не больше 20 %; с нулевой продолжительностью состоятельного пламенного горения.
• Г2 – умеренногорючие с температурой газов до 235 ℃, повреждением образца – не больше 85 %, снижением массы – не больше 50 %, самостоятельно горящие до 30 с.
• Г3 – нормальногорючие с температурой дыма не больше 450 ℃, повреждениями – до 85 %, уменьшением массы – до 50 %, что способны самостоятельно гореть до 300 с.
• Г4 – сильногорючие, с температурой отходящих дымовых газов больше 450 ℃, с повреждениями по длине поверхности, массе образца – больше 85 % и 50 % соответственно, самостоятельно горящие больше 300 с.

При этом недопустимо расплавление строительных, отделочных материалов, относящихся к группам Г1, Г2, до образования капель, а также горящих капель расплавленных материалов групп Г1–Г3.

В технической литературе нередко вместо термина горючих веществ и материалов используют термины:

• горючесмазочные материалы (ГСМ);
• горючие газы (ГГ);
• легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ);
• легковоспламеняющиеся твердые вещества (ЛВТ);
• горючие жидкости (ГЖ).

Требования норм

Учитывая, что горючие материалы, вещества используются во многих отраслях промышленности, включая добычу, хранение, переработку углеводородного сырья, древесины на объектах нефтехимии, лесного, лесохимического комплексов; а также в массовом строительстве, существует много норм, регламентирующих их применение, устанавливающих противопожарные характеристики:

• Федеральный закон РФ № 116-ФЗ, актуальный для проектировщиков, руководителей особо опасных производственных объектов, в том числе тех, где обращаются взрывопожароопасные газы, ЛВЖ, так как в этом законе установлены требования промышленной безопасности к ним. – о требованиях ПБ к обустройству нефтегазовых месторождений от площадок добычи до врезок в магистральные трубопроводы. – то же для складов нефти, нефтепродуктов. – то же для автозаправочных станций.
• Лесной кодекс РФ, в редакции 2019 года, обязывающий граждан соблюдать правила ПБ в лесных массивах, а также указывающий на возможность ограничения их пребывания там в пожароопасные периоды. – об объектах обустройства лесов против пожаров, включая создание противопожарных минерализованных полос, разрывов, просек, пожарных водоемов и подъездов к ним. – о противопожарных нормах для складов лесных материалов, пиломатериалов и отходов их заготовки, переработки. – о ПБ зданий, сооружений в части ограничения использования горючих строительных, отделочных материалов при проектировании, создании объектов I–III степеней стойкости к огню. – о методиках установления перечня характеристик взрывопожарной опасности материалов. , регламентирующий испытания материалов на горючесть, устанавливающий классификацию по группам горючести; ГОСТ Р 51032-97 – по группам распространения пламени; ГОСТ 30247.1-94 – об испытаниях на огнестойкость несущих, ограждающих конструкций объектов, в том числе горючих строительных материалов, применяемых при обустройстве кровель, полов.
• «ППБ на морских судах», «ППБ на судах водного транспорта РФ», в части соблюдения противопожарных требований при загрузке, транспортировке, выгрузке горючих сыпучих материалов, нефтепродуктов.
• РД 34.03.307-87 – о правилах ПБ при проведении огневых работ на объектах энергетического комплекса, насыщенных горючим сырьем, материалами во всех трех агрегатных состояниях, используемыми как топливо.

Общие требования ПБ при обращении с ЛВЖ, ГЖ, нормы хранения, использования других горючих материалов на защищаемых объектах подробно указаны в «Правилах противопожарного режима в РФ».

Хранение

Оно в зависимости от основного вида горючих материалов, веществ, обращающихся на объекте хранения, будь то автозаправочная станция, элеватор, нефтебаза или склад лесных материалов, регламентируется противопожарными нормами для данного типа складских, производственных объектов.

Общие противопожарные требования при хранении твердых, жидких горючих, в том числе строительных материалов, сыпучих, газообразных веществ, используемых в качестве сырья, топлива:

• Запрет на хранение, обращение вне специально спроектированных складских, производственных объектов; отведенных площадок на территориях предприятий заготовки, переработки.
• Ограничение предельных объемов хранения как на объектах в целом, так и в рамках одного штабеля круглого леса, пиломатериалов; резервуара с газом, емкости с сырой нефтью, ГСМ.
• Создание противопожарных разрывов между единицами объектов хранения, обеспечение их наружным, внутренним противопожарным водоснабжением, включая подземные гидранты, пожарные вышки со стационарными лафетными стволами, водоемы, резервуары с объемом, расходом воды, достаточным для ликвидации огня.
• Обеспечение объектов хранения огнетушителями, установками обнаружения, тушения пожара.

Учитывая, что горючие материалы, вещества – это неотъемлемая часть треугольника огня, пожарного тетраэдра, то к обращению с ними, правилам хранения, погрузки-разгрузки следует относиться крайне внимательно и осторожно, чтобы не допустить пожар на объекте защиты.

Классификация материалов по пожарной опасности

Вещества и материалы (за исключением строительных, текстильных и кожевенных материалов) классифицируются по пожарной опасности:

1. Классификация веществ и материалов по пожарной опасности основывается на их свойствах и способности к образованию опасных факторов пожара или взрыва.
2. По горючести вещества и материалы подразделяются на следующие группы:
   • негорючие — вещества и материалы, неспособные гореть в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);
   • трудногорючие — вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но неспособные самостоятельно гореть после его удаления;
   • горючие — вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться под воздействием источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.
3. Методы испытаний на горючесть веществ и материалов устанавливаются нормативными документами по пожарной безопасности.
4. Из горючих жидкостей выделяют группы легковоспламеняющихся и особо опасных легковоспламеняющихся жидкостей, воспламенение паров которых происходит при низких температурах, определенных нормативными документами по пожарной безопасности.

Классификация строительных, текстильных и кожевенных материалов по пожарной опасности

В соответствии со ст. 13 Федерального закона от 22.07.2008 №123-ФЗ (с изменениями на 14 июля 2022 года) «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» определяется класс пожарной опасности строительных материалов.