Виды самовозгорания. Случаи в истории

Горение - сложный химический процесс, основой которого является окислительная реакция, протекающая в условиях прогрессивного самоускорения, связанного с накоплением в системе тепла.

Отличительные признаки горения - выделение тепла, саморазогрев и свечение веществ при их химическом превращении.

Физическое состояние веществ и физические процессы оказывают большое влияние на скорость и последовательность протекания реакции при окислении веществ, а также на состав продуктов сгорания.

Например: при недостаточном подводе кислорода в зону горения процесс будет протекать медленно, а состав продуктов горения будет отличаться большим содержанием продуктов неполного сгорания, т.е. таких продуктов, которые способны к дальнейшему горению.

При неполном сгорании углеродосодержащих веществ в воздухе образуются двуокись углерода и окись углерода, кроме того в продуктах горения содержатся несгоревшие мелкие частицы углерода, образующие дым.

Газообразный окислитель поступает в зону горения в результате конвекции и диффузии. Исключение составляют случаи, когда окислитель содержится в горючей смеси в количестве, необходимом для реализации процесса горения.

При воздействии внешнего импульса или источника зажигания вещества, содержащие окислитель, практически мгновенно разлагаются и окислитель вступает в реакцию с горючим веществом, которая с большой скоростью распространяется по всему его объему. Реакция сопровождается с выделением большого количества тепла. Горение приобретает форму взрыва.

Окислителем могут служить другие вещества. Например: сера, галогены, сложные кислородосодержащие вещества - перекиси, нитросоединения, азотная кислота, перхлораты.

Однако наиболее часто горение протекает с участием кислорода воздуха (21% О 2 в воздухе) О 2 входит в состав воды и многих минералов. Например, горение твердых веществ в виде аэрозоля может при горении взрываться, а в виде аэрогеля (сплошного массива) может гореть спокойно или тлеть.

Горение различают: тепловое и автокаталитическое.

Тепловое связано с экзотермической реакцией, когда скорость выделения тепла превышает скорость теплопотерь и создаются условия для прогрессивного самоускорения реакции саморазогрева системы и пространственного распространения горения.

Автокаталитический (или цепное) горение происходит при сравнительно низких температурах, например: белый фосфор (горит на воздухе при < 50 С), выделяемая энергия при таком горении расходуется на образование новых реакционно способных промежуточных частиц в еще большем количестве, что способствует ускорению и пространственному распространению реакции.

Наиболее распространено тепловое горение.

Таким образом, чтобы горение возникло, необходима система: горючее вещество, окислитель, источник зажигания или импульс ускоряющий реакцию окисления.

Горючее вещество может быть в газообразном, жидком, твердом состоянии.

Горение газов и паров в воздухе протекает полностью в газовой фазе и носит объемный характер. Горение сопровождается пламенем или взрывом.

Пламя это светящееся пространство, в котором сгорают газы и пары.

Горение в виде взрыва - это горение за короткий промежуток времени.

Горение жидкости - это пламенное горение ее паров и продуктов разложения.

Горение твердых веществ отличается большим разнообразием происходящих процессов. - Это связано с разнообразием химических и физических свойств и состояний (дисперсностью, пористостью, влажностью, однородностью) и состоянием окружающей среды.

Взрыв пыли (торфа, древесины, муки, сахара).

Горение может возникнуть в двух различных формах:

1. Возгорание (воспламенение)

2. Самовозгорание (самовоспламенение)

Возгорание веществ возможно при воздействии теплового импульса от источника зажигания. Величина его должна быть достаточной, чтобы разогреть вещество до температуры, при которой происходит дальнейший саморазогрев и возникает устойчивое горение после удаления источника зажигания.

Температура при возгорании многих органических твердых веществ является температурой воспламенения паро и газообразных продуктов их термического разложения (например у древесины).

Самовозгорание (самовоспламенение) - процесс возникновения горения при отсутствии источника зажигания. Оно наблюдается при резком увеличении скорости экзотермической реакции в объеме вещества, когда скорость выделения тепла больше скорости рассеивания.

Виды самовозгорания:

1). Тепловое (масла, жиры). Масла машин, трансформаторов. Окисление происходит при температуре на воздухе и самовозгореться не способны.

Отработанные минеральные масла подвергавшие нагреву до температур склонных к самовозгоранию (т.к. предельные углеводороды переходят в непредельные).

Склонны к самовозгоранию растительные масла.

2). Микробиологическое:

самовозгорание торфа из-за жизнедеятельности микроорганизмов.

Сено, клевер, листва - сульфиды железа.

3). Химическое: щелочные металлы натрий, калий, при определенных условиях хлор, фтор, бром, йод.

Источники зажигания.

Источники зажигания могут быть для различных веществ разные:

открытый огонь;

тепловое проявление (химическое, микробиологическое происхождение, силы трения);

механические (искры от ударов искрообразующих металлов);

электрические (большие переходные сопротивления, короткое замыкание, электросварка);

природные (молния, грозовые разряды);

носить химическую природу (химические свойства веществ).

Производственные источники зажигания характеризуются воспламеняющей способностью.

В условиях производства существует значительное количество различных источников зажигания, как постоянно действующие (они предусмотрены технологическим регламентом) и потенциально возможные при нарушении технологического процесса.

Условиями необходимыми для предотвращения пожара являются:

1. Исключение окислителя в горючем веществе.

2. Исключение источника зажигания.

3. Исключение горючего вещества.

САМОВОЗГОРАНИЕ , возникновение горения в результате самонагревания горючих твердых материалов, вызванного самоускорением в них экзотермич. р-ций. Самовозгорание происходит из-за того, что тепловыделение в ходе р-ций больше тепло-отвода в окружающую среду .

Начало самовозгорания характеризуется т-рой самонагревания (T сн), представляющей собой минимальную в условиях опыта т-ру, при к-рой обнаруживается тепловыделение.

При достижении в процессе самонагревания определенной т-ры, наз. т-рой самовозгорания (T своз), возникает горение материала, проявляющееся либо тлением, либо пламенным горением . В последнем случае T своз адекватна т-ре самовоспламенения (T св), под к-рым в пожарном деле понимают возникновение горения газов и жидкостей при нагр. до нек-рой критич. т-ры. (см. Воспламенение в пожарном деле). В принципе самовозгорание и самовоспламенение по физ. сущности сходны и различаются лишь видом горения , самовоспламенение возникает только в виде пламенного горения .

В случае самовоспламенения самонагревание (предвзрыв-ной разогрев; см. Воспламенение) развивается в пределах всего неск. градусов и поэтому не учитывается при оценке пожаровзрывоопасности газов и жидкостей . При самовозгорании область самонагревания может достигать неск. сотен градусов (напр., для торфа от 70 до 225 °С). Вследствие этого явление самонагревания всегда учитывается при определении склонности твердых в-в к самовозгоранию.

С амовозгорание изучают путем термостатирования исследуемого материала при заданной т-ре и установления зависимости между т-рой, при к-рой возникает горение , размерами образца и временем его нагрева в термостате .

Процессы, происходящие при самовозгорании образцов горючего материала, изображены на рисунке. При т-рах до T сн (напр., T 1) материал нагревается без изменений (тепловыделение отсутствует). При достижении T сн в материале происходят экзотермич. р-ции. Последние в зависимости от условий накопления теплоты (масса материала, плотность упаковки его атомов и молекул , продолжительность процесса и т. д.) могут после периода небольшого самонагревания по исчерпании способных саморазогреваться компонентов материала завершиться охлаждением образца до начальной т-ры термостата (кривая 1) либо продолжать самонагреваться вплоть до T своз (кривая 2). Область между Т сн и T своз потенциально пожароопасна, ниже T сн -безопасна.

Изменение т-ры Т во временя т в термостатированных образцах горючего материала.

Возможность самовозгорания материала, находящегося в потенциально пожароопасной области, устанавливают с помощью ур-ний:

где T окр -т-ра окружающей среды , °С; l-определяющий размер (обычно толщина) материала; т-время, в течение к-рого может произойти самовозгорание; A 1 , n 1 и А 2 , n 2 -коэф., определяемые для каждого материала по опытным данным (см. табл.).

По ур-нию (1) при заданном l находят T окр, при к-рой может возникнуть самовозгорание данного материала, по ур-нию (2)-при известной Т окр величину т. При т-ре, ниже вычисленной T окр, или при т, меньшем, чем время, рассчитанное по ур-нию (2), самовозгорание не произойдет.

В зависимости от природы первоначального процесса, вызвавшего самонагревание материала, и значений T сн различают хим., микробиол. и тепловое самовозгорание.

К химическому самовозгоранию относятся экзотермич. взаимод. в-в (напр., при попадании конц. HN О 3 на бумагу , древесные опилки и др.). Наиб. типичный и распространенный пример такого процесса-самовозгорание промасленной ветоши или иных волокнистых материалов с развитой пов-стью. Особенно опасны масла , содержащие соед. с ненасыщ. хим. связями и характеризующиеся высоким йодным числом (хлопковое, подсолнечное, джутовое и т.д.).

К явлениям химического самовозгорания относится также загорание ряда в-в (напр., мелкораздробл. А1 и Fe, гидриды Si, В и нек-рых металлов , металлоорг. соед.-алюминийорганичес-кие и др.) при контакте их с воздухом в отсутствие нагрева. Способность в-в к самовозгоранию в таких условиях наз. пирофорностью. Особенность пирофорных в-в заключается в том, что их T своз (или T св) ниже комнатной т-ры: - 200°С для SiH 4 , - 80 °С для А1(С 2 Н 5) 3 . Для предупреждения химического самовозгорания порядок совместного хранения горючих в-в и материалов строго регламентирован.

Склонностью к микробиологическому самовозгоранию обладают горючие материалы, особенно увлажненные, служащие пи-тат. средой для микроорганизмов , жизнедеятельность к-рых связана с выделением теплоты (торф , древесные опилки и др.). По этой причине большое число пожаров и взрывов происходит при хранении сельскохозяйств. продуктов (напр., силос, увлажненное сено) в элеваторах. Для микробиологического и химического самовозгорания характерно то, что T сн не превышает-обычных значений Т окр и м.б. отрицательной. Материалы, имеющие T сн выше комнатной т-ры, способны к тепловому самовозгоранию.

Вообще склонностью ко всем видам самовозгорания обладают мн. твердые материалы с развитой пов-стью (напр., волокнистые), а также нек-рые жидкие и плавящиеся в-ва, содержащие в своем составе непредельные соед., нанесенные на развитую (в т.ч. негорючую) пов-сть. Расчет критич. условий для хим., микробиол. и теплового самовозгорания осуществляется по ур-ниям (1) и (2). Методы эксперим. определения Т сн и T своз и условий самовозгорания изложены в спец. стандарте.

Лит.: Таубкин С. М., Баратов А. Н., Никитина Н. С., Справочник по жароопасности твердых веществ и материалов, М., 1961; Пожарная опасность строительных материалов, под ред. А.Н. Баратова, М., 1988; Пожаровзрыво-опасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник, под ред. А.Н. Баратова, А.Я. Королъченко, кн. 1-2, М., 1990. А.Н. Баратов.

Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления дисперсных материалов, заканчивающийся тлением или пламен-ным горением . Склонность к самовозгоранию веществ определяется ком-плексом их физико-химических свойств : теплотой сгорания, теплоемкостью, теплопроводностью, удельной поверхностью, объемной плотностью и условиями теплообмена с внешней средой.

Для развития процесса самовозгорания: решающее значение имеет возможность накопления в материале тепла, выделяющегося при окислении (или деятельности микроорганизмов). Чем лучше условия аккумуляции теп-ла, тем раньше при более низкой температуре начинается самовозгорание.

Процессы самовозгорания развиваются в материалах при довольно низ-кой температуре (до 250 о С ) в течение длительного времени. В таких услови-ях для поддержания процесса самовозгорания недостаточно тепла, выде-ляющегося при окислении внешней поверхностью. Обязательным условием является вовлечение в реакцию окисления или разложения всей массы мате-риала. И чем больше масса, тем легче развивается в ней процессы самонагре-вания и самовозгорания. Увеличение температуры окружающей среды со-кращает время до самовозгорания.

Можно выделить два механизма самовозгорания :

Тепловое самовозгорание заключается в следующем. Многие дис-персные материалы взаимодействуют с кислородом воздуха уже при обыч-ной температуре. В условиях , благоприятствующих накоплению тепла в мас-се материала, происходит повышение температуры. Это в свою очередь по-вышает скорость реакций окисления, повышая при этом температуру и т. д. В итоге может произойти самовозгорание материала .

Тепловое самовозгорание – физико-химический процесс, скорость ко-торого зависит 1 ). от скорости химической реакции,2 ). поступления кислорода к реагирующей поверхности и от 3 ).интенсивности теплообмена материала с окружающей средой.

При хранении дисперсных материалов на воздухе кислород проникает вовнутрь материала между частицами. Попадая в поры, кислород адсорбируется в поверхностном слое, что вызывает повышение температуры. Наличие развитой поверхности твердого материала с адсорбированным на ней кислородом является необходимым условием для начала теплового самовозгорания.

Существенную роль в развитии процесса самовозгорания играют по-ристость и адсорбционная способность материала . Чем больше пор, тем больше развита поверхность контакта и адсорбция на ней кислорода. Поэтому наиболее склонны к самовозгоранию материалы с большей пористостью.

Саморазогрев массы материала неоднороден . Вследствие разных условий теплоотвода, а).центральная зона объема нагревается быстрее, чем поверхность, и на начальной стадии самовозгорания характерно сохранение внешнего вида материала, хотя внутри происходит обугливание . Затем на обугленной поверхности развиваются процессы тления , которые могут перейти в пламенное горение . Поскольку промежуточным продуктом при самовозгорании большинства органических веществ является уголь , то главную роль играют закономерности самовозгорания угля.

Следует отметить, что значительную роль в самовозгорании угля игра-ет его способность адсорбировать пары воды из окружающего воздуха. Установлено, что при этом уголь может нагреваться до 65-70 о С . Например, при адсорбировании 0,01 г Н 2 О выделится 22,6 Дж тепловой энергии.

Ускорению процесса самовозгорания способствует А).накопление тепла, б).развитая поверхность, в).легкая воспламеняемость, то есть малая энергия активации, и г).повышение температуры. Кроме того, самовозгорание развивается и при наличии в веществе д).примеси.

Например, если в аммиачной селитре (NH 4 NO 3) примесей нет, то ее пе-ревозка и хранение безопасны. Температура разложения лежит в пределах 200 о С . Но при малых добавках органики или частиц металлов начинается автокаталитическое разложение , и селитра самовозгорается при 110 о С . Считают, что автокатализ вызывают выделяющиеся СО 2 и водяной пар. Добавка масел в селитру также вызывает взрывчатое её разложение (поэтому её применяют для приготовления взрывчатки).

Большую роль в опасности самовозгорания !!! играет длительность периода до самовозгорания . У разных веществ она различна.

Микробиологическое самовозгорание. К микробиологическому са-мовозгоранию склонны, главным образом, материалы растительного происхождения. Они служат питательной средой для бактерий и грибов.

Возможности развития микробиологического процесса ограничены, так как температура самонагревания материала не должна превышать 75 о С . По-скольку при более высокой температуре микроорганизмы, как правило, по-гибают. Примерами микробиологического самовозгорания можно назвать обугливание пшеницы в буртах , самонагрев навозной кучи и т. п .

В самовозгорании угля могут участвовать и адсорбция, и микроорга-низмы (в начальной стадии), и примеси. Так, существовали теории, что при-чинами самовозгорания угля является сульфиды железа (FeS), карбонаты же-леза Fe(CO) 4 и др. В настоящее время считают, что в основном влияют при-меси железа, независимо от вида его химических соединений.

Основными показателями, характеризующими опасность самовозгора-ния веществ, являются рассмотренные нами в теме 4:

· температура самонагревания;

· температура тления;

· условия теплового самовозгорания;

· способность взрываться и гореть при контакте с водой, кислородом воздуха и другими окислителями .

Последний показатель качественно характеризует особую пожарную опасность веществ, называемую пирофорностью.

К пирофорным относятся вещества,имеющие температуру самовос-пламенения ниже температуры окружающей среды , в отличие от большинства веществ, которые самовоспламеняются только в результате нагрева извне. Само возгорающие вещества очень пожароопасны .

Самовозгорающие вещества можно разделить на три группы:

1. Самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом: фосфор, сер-нистые металлы, порошок магния, уголь, са­жа и др. Например, в трассирую-щих пулях, фейерверках используются самовозгорающиеся вещества.

2. Воспламеняющиеся при соприкосновении с водой – это щелочные металлы, их карбиды, и др. Например, карбид кальция, применяемый в аце-тиленовых генераторах. Негашеная известь не горит, но выделяющееся при её реакции с водой тепло может нагреть материалы до температуры само-воспламенения.

3. К третьей группе относятся органические соединения, которые вос-пла­меняются при контакте с кислородом и другими окислителями (хлором, бромом, окислами азота); это масла . Сюда относятся и вещества, получаемые в результате эндотермических реакций, например, ацетилен, которые при воздействии тепла или удара разлагаются с возможным возникновением взрыва.

Практический интерес к процессам самовозгорания связан с вопросами техники безопасности и пожаро- и взрывобезопасности при переработке и хранении веществ и материалов, способных к быстрому экзотермическому превращению при относительно низких температурах окружающей среды.

Самопроизвольный разогрев веществ в результате реакции окисления часто является причиной разрушительных аварий на промышленных объектах и эта проблема давно интересует ученых и практиков.

Самовозгорание - процесс резкого увеличения скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения. (Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. ССБТ ГОСТ 12.1.044-89 М: Издательство стандартов 1990. 144с.).

Самовозгорание как начальная стадия процесса горения принципиально не отличается от самовоспламенения. Особенностями его можно назвать большой период индукции и воспламенение не всего объема горючей смеси, а его части, и низкая температура самонагревания. К самовозгоранию приводит процесс самонагревания горючего вещества, который характеризуется температурой самонагревания.

Температурой самонагревания называется самая низкая температура вещества (материала, смеси), при которой возникает его самонагревание, обусловленное происходящими в них химическими и физическими экзотермическими процессами (окисления, разложения, замещения, адсорбции и др.).

Температура самонагревания многих горючих веществ и материалов равна или ниже обычной температуры в помещениях, т. е. ниже 17 - 25 0 С. Так, алюминиевая пудра при соприкосновении с воздухом способна окисляться и самонагреваться до возникновения горения даже при температуре окружающего воздуха 10 0 С. Следовательно, температура самовоспламенения ее может быть ниже температуры воздуха складских и производственных помещений.

Из жидкостей в качестве примера может быть приведен скипидар. Распределенный тонким слоем на поверхности волокнистых веществ, он способен самовозгораться при обычной температуре помещений. Пример самовозгорающихся газов – силан SiH 4 .

Вещества, имеющие температуру самонагревания ниже 50 0 С, условно выделили в группу пирофорных веществ . Такие вещества представляют большую пожарную опасность при их хранении и переработке.

В зависимости от причины выделения тепла в начальной фазе самонагревания веществ и материалов различают: тепловое, микробиологическое и химическое самовозгорание.

Тепловым называют самовозгорание, вызванное самонагреванием, возникшим под воздействием внешнего нагрева вещества (материала, смеси) выше температуры самонагревания.

Так как тепловое самовозгорание происходит при нагреве веществ в атмосфере воздуха, оно не имеет резкого отличия от химического самовозгорания веществ при контакте их с кислородом воздуха. К тепловому самовозгоранию имеют склонность многие вещества и материалы, но к пирофорным веществам (в особом состоянии) можно отнести масла и жиры, каменные угли и некоторые химические вещества. Масла и жиры будут рассмотрены на лаб. работе.

Каменные угли- ископаемые угли (бурый и каменный угли), хранящиеся в кучах или штабелях, способны к тепловому самовозгоранию. Основными причинами самовозгорания являются способность углей окисляться и адсорбировать пары и газы при низких температурах. Поэтому возникновение очага самовозгорания в штабеле всегда связано с двумя условиями:

а) притоком воздуха,

б) небольшим отводом тепла в окружающее пространство.

Скорость самонагревания угля резко увеличивается при температуре60 о С , поэтому эту температуру угля называют критической.

Микробиологическое самовозгорание - это самовозгорание в результате самонагревания, возникшего под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси).

Растительные материалы- сено, клевер, силосная масса, солод, хлопок, торф и подобные им материалы способны при определенных условиях самовозгораться.

Считают, что особенно подвержены самовозгоранию недосушенные материалы. Влага и тепло способствуют размножению микроорганизмов. Вследствие плохой теплопроводности растительных материалов выделяющееся при гниении теплота идет в основном на разогрев этого материала, температура его повышается и может достичь 70 0 С . При этом микроорганизмы погибают, но процесс повышения температуры в растительных материалах не заканчивается. Некоторые органические материалы уже обугливаются уже при 70 0 С.

Образующийся при этом пористый уголь имеет свойство поглощать (адсорбировать) пары и газы.

Поглощение сопровождается выделением тепла, в случае малой теплоотдачи уголь нагревается до начала процесса окисления. В результате этого температура растительных материалов повышается и достигает 200 0 С. При этой температуре начинает разлагаться клетчатка, входящая в состав растительных материалов, что ведет к дальнейшему обугливанию и дальнейшей интенсификации окисления. В результате этого температура материала поднимается и возникает процесс горения.

Химическое самовозгорание - самовозгорание, возникающее в результате химического взаимодействия.

а) Самовозгорание химических веществ при контакте с кислородом воздуха:

сульфиды железа способны реагировать с кислородом воздуха при обычной температуре с выделением большого количества тепла.

FeS 2 + O 2 ® FeS + SO 2 + 222,3 кДж

2FeS 2 + 7,5O 2 + Н 2 О ® Fe 2 (SО 4) 3 +Н 2 SO 4 + 2771 кДж

Отмечены случаи самовозгорания пирита или серного колчедана, содержащих FeS 2 на складах сернокислотных заводов, а также в рудниках.

Фосфор белый, фтористый водород, силаны, цинковая пыль, алюминиевая пудра, карбиды щелочных металлов, сульфиды металлов - рубидия и цезия, арсины, стибины, фосфины, и т. п. также способны окисляться на воздухе с выделением тепла, за счет которого реакция ускоряется до горения.

К самовозгоранию на воздухе способны некоторые органические соединения: диэтиловый эфир и скипидар. Диэтиловый эфир при длительном соприкосновении с воздухом на свету способен образовывать перекись диэтила, которая при ударе или нагревании до 75 0 С разлагается со взрывом и воспламеняет эфир.

б) Самовозгорание веществ при контакте с водой.

К этой группе материалов относятся калий, натрий, рубидий, цезий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов, гидриды щелочных и щелочноземельных металлов, фосфиды кальция и натрия, силаны, негашеная известь, гидросульфид натрия и т.п.

Щелочные металлы и их гидриды взаимодействуют с водой с выделением водорода и значительного количества тепла.

2К + 2Н 2 О = 2КОН + Н 2

КН + Н 2 О = КОН + Н 2

Выделяющейся водород самовоспламеняется и горит совместно с металлом только в том случае, если кусок металла по объему больше горошины.

При взаимодействии карбида кальция с небольшим количеством воды выделяется столько тепла, что в присутствии воздуха образующийся ацетилен самовозгорается. При большом количестве воды этого не происходит. Карбиды щелочных металлов при соприкосновении с водой взрываются, причем металлы сгорают, а углерод выделяется в свободном состоянии

2Na 2 C 2 + 2H 2 O + O 2 = 4NaOH + 4C

Фосфид кальция Са 3 Р 2 при взаимодействии с водой образует фосфин

Са 3 Р 2 + 6Н 2 О = 3 Са(ОН) 2 + 2РН 3

Фосфин РН 3 является горючим газом, но самовозгораться не способен. Совместно с РН 3 выделяется некоторое количество жидкого Р 2 Н 4 , который способен самовозгораться на воздухе и может быть причиной воспламенения РН 3 .

Силаны, соединения кремния с различными металлами (MgSi, Fe 2 Si) при действии воды выделяют кремний водород, самовозгорающийся на воздухе

MgSi + 4Н 2 О = 2 Mg(ОН) 2 +SiН 4

SiН 4 + 2О 2 = SiO 2 + 2H 2 O

в) Вещества, самовозгорающиеся при контакте с окислителями.

Многие вещества, в основном органические, при смешении или соприкосновении с окислителями способны самовозгораться. К окислителям, вызывающим самовозгорание таких веществ, относятся сжатый кислород, галогены, азотная кислота, перекись натрия и бария, перманганат калия, хромовый ангидрид, двуокись свинца, селитры, хлораты, перхлораты, хлорная известь и т.п. Некоторые из смесей окислителей с горючими веществами способны самовозгораться только при взаимодействии на них серной или азотной кислот или при ударе и слабом нагревании.

Сжатый кислород вызывает самовозгорание веществ (минерального масла), которые не самовозгораются в кислороде при нормальном давлении. Хлор, бром, фтор и йод чрезвычайно активно соединяются с некоторыми горючими веществами, причем реакция сопровождается выделением большого количества тепла и вещества самовозгораются. Так, ацетилен, водород, метан, этилен в смеси с хлором самовозгораются на свету или от света горящего магния.

Если указанные газы присутствуют в момент выделения хлора из любого вещества, самовозгорание их происходит даже в темноте

С 2 Н 2 + С1 2 = 2НС1 + 2С

СН 4 + 2С1 2 = 4НС1 + С

Нельзя хранить галогены вместе с легковоспламеняющимися жидкостями. Так пары диэтилового эфира могут самовозгораться в атмосфере хлора.

Красный фосфор моментально самовозгорается при соприкосновении с хлором или бромом.

Не только галогены в свободном состоянии, но и их соединения энергично вступают в реакцию с некоторыми металлами. Так, взаимодействие четыреххлористого этана с металлическим калием происходит со взрывом.

С 2 Н 2 С1 4 + 2К = 2КС1 + 2НС1 +2С

Азотная кислота, разлагаясь, выделяет кислород, поэтому является сильным окислителем, способным вызывать самовозгорание ряда веществ.

4HNO 3 = 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O

При соприкосновении с азотной кислотой самовозгораются скипидар и этиловый спирт.

Растительные материалы самовозгораются (солома, лен, хлопок, стружки), если на них попадет концентрированная азотная кислота.

При соприкосновении с перекисью натрия способны самовозгораться следующие горючие и легковоспламеняющиеся жидкости: метиловый, этиловый, пропиловый, бутиловый, изоамиловый и бензиловый спирты, этиленгликоль, диэтиловый эфир, анилин, скипидар и уксусная кислота. Некоторые жидкости самовозгорались с перекисью.

Общие и отличительные особенности процессов самовоспламенения и зажигания

Принципиально, по своей физической сущности, зажигание не отличается от процесса самовоспламенения, так как и в этом случае самоускорение реакции взаимодействия горючего и окислителя наступает после повышения температуры системы выше определенного значения.

Разница в условиях возникновения и в механизмах протекания этих процессов сводится к следующему. Первое, при самовоспламенении вся смесь разогревалась равномерно и доводилась постепенно до температуры самовоспламенения. В результате этого реакции окисления возникали и ускорялись во всем объеме газовой смеси и процесс горения мог возникнуть равновероятно в любой точке рассматриваемого пространства или во всем объеме одновременно. А в случае зажигания вся масса реакционноспособной горючей смеси может оставаться относительно холодной, до температуры воспламенения достаточно быстро нагревается только незначительная ее часть. Второе отличие состоит в том, что при самовоспламенении процесс самоускорения реакций горения нарастал сравнительно медленно, т. е. был велик период индукции, а при зажигании процесс воспламенения происходит значительно быстрее, так как разогрев смеси от внешнего источника тепла производится локально, но значительно быстрее и до более высокой температуры. Поэтому индукционный период зажигания почти отсутствует или очень мал, а возникшее пламя распространяется из зоны его возникновения на всю остальную реакционноспособную смесь с определённой скоростью.

Вывод по вопросу : процесс самовозгорания, приводящий к пожару, возникает в результате действия в качестве источника загорания теплового, микробиологического или химического импульсов на склонные к этому процессу вещества и материалы.

Вывод по основной части занятия:

Вывод по лекции :

1) Причиной пожара могут являться процессы самовоспламенения и самовозгорания. Локально возникающий процесс самовозгорания может явиться источником дальнейшего зажигания любых других горючих веществ и материалов, находящихся в опасной близости от него.

2) Температура самовоспламенения и температура самонагревания характеризуют минимально опасные температуры окружающей среды, при которых сравнительно быстро загораются горючие вещества и материалы любой массы.

3) Процессы самовоспламенения и самовозгорания протекают только в случае возникновения определенных (критических) условий.

Заключительная часть

В заключительной части занятия преподаватель проводит фронтальный опрос по изученному материалу:

1. Что называется самовоспламенением?

2. Какие факторы влияют на температуру самовоспламенения?

3. Для чего необходимо знать условия самовоспламенения веществ и материалов?

4. В чем сходство, а в чем различие между процессами самовоспламенения и самовозгорания?

5. Какие виды самовозгорания различают?

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Самовозгорание.
Рубрика (тематическая категория)	Образование

Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления дисперсных материалов, заканчивающийся тлением или пламен-ным горением . Склонность к самовозгоранию веществ определяется ком-плексом их физико-химических свойств : теплотой сгорания, теплоемкостью, теплопроводностью, удельной поверхностью, объёмной плотностью и условиями теплообмена с внешней средой.

Для развития процесса самовозгорания: решающее значение имеет возможность накопления в материале тепла, выделяющегося при окислении (или деятельности микроорганизмов). Чем лучше условия аккумуляции теп-ла, тем раньше при более низкой температуре начинается самовозгорание.

Процессы самовозгорания развиваются в материалах при довольно низ-кой температуре (до 250 о С ) в течение длительного времени. В таких услови-ях для поддержания процесса самовозгорания недостаточно тепла, выде-ляющегося при окислении внешней поверхностью. Обязательным условием является вовлечение в реакцию окисления или разложения всœей массы мате-риала. И чем больше масса, тем легче развивается в ней процессы самонагре-вания и самовозгорания. Увеличение температуры окружающей среды со-кращает время до самовозгорания.

Можно выделить два механизма самовозгорания :

Тепловое самовозгорание состоит в следующем. Многие дис-персные материалы взаимодействуют с кислородом воздуха уже при обыч-ной температуре. В условиях , благоприятствующих накоплению тепла в мас-се материала, происходит повышение температуры. Это в свою очередь по-вышает скорость реакций окисления, повышая при этом температуру и т. д. В итоге может произойти самовозгорание материала .

Тепловое самовозгорание – физико-химический процесс, скорость ко-торого зависит 1 ). от скорости химической реакции,2 ). поступления кислорода к реагирующей поверхности и от 3 ).интенсивности теплообмена материала с окружающей средой.

При хранении дисперсных материалов на воздухе кислород проникает вовнутрь материала между частицами. Попадая в поры, кислород адсорбируется в поверхностном слое, что вызывает повышение температуры. Наличие развитой поверхности твердого материала с адсорбированным на ней кислородом является необходимым условием для начала теплового самовозгорания.

Существенную роль в развитии процесса самовозгорания играют по-ристость и адсорбционная способность материала . Чем больше пор, тем больше развита поверхность контакта и адсорбция на ней кислорода. По этой причине наиболее склонны к самовозгоранию материалы с большей пористостью.

Саморазогрев массы материала неоднороден . Вследствие разных условий теплоотвода, а).центральная зона объёма нагревается быстрее, чем поверхность, и на начальной стадии самовозгорания характерно сохранение внешнего вида материала, хотя внутри происходит обугливание . Далее на обугленной поверхности развиваются процессы тления , которые могут перейти в пламенное горение . Поскольку промежуточным продуктом при самовозгорании большинства органических веществ является уголь , то главную роль играют закономерности самовозгорания угля.

Следует отметить, что значительную роль в самовозгорании угля игра-ет его способность адсорбировать пары воды из окружающего воздуха. Установлено, что при этом уголь может нагреваться до 65-70 о С . К примеру, при адсорбировании 0,01 г Н 2 О выделится 22,6 Дж тепловой энергии.

Ускорению процесса самовозгорания способствует А).накопление тепла, б).развитая поверхность, в).легкая воспламеняемость, то есть малая энергия активации, и г).повышение температуры. Вместе с тем, самовозгорание развивается и при наличии в веществе д).примеси.

К примеру, в случае если в аммиачной селитре (NH 4 NO 3) примесей нет, то ее пе-ревозка и хранение безопасны. Температура разложения лежит в пределах 200 о С . Но при малых добавках органики или частиц металлов начинается автокаталитическое разложение , и селитра самовозгорается при 110 о С . Считают, что автокатализ вызывают выделяющиеся СО 2 и водяной пар. Добавка масел в селитру также вызывает взрывчатое её разложение (в связи с этим её применяют для приготовления взрывчатки).

Большую роль в опасности самовозгорания !!! играет длительность периода до самовозгорания . У разных веществ она различна.

Микробиологическое самовозгорание. К микробиологическому са-мовозгоранию склонны, главным образом, материалы растительного происхождения. Οʜᴎ служат питательной средой для бактерий и грибов.

Возможности развития микробиологического процесса ограничены, так как температура самонагревания материала не должна превышать 75 о С . По-скольку при более высокой температуре микроорганизмы, как правило, по-гибают. Примерами микробиологического самовозгорания можно назвать обугливание пшеницы в буртах , самонагрев навозной кучи и т. п .

В самовозгорании угля могут участвовать и адсорбция, и микроорга-низмы (в начальной стадии), и примеси. Так, существовали теории, что при-чинами самовозгорания угля является сульфиды желœеза (FeS), карбонаты же-леза Fe(CO) 4 и др.
Размещено на реф.рф
Сегодня считают, что в основном влияют при-меси желœеза, независимо от вида его химических соединœений.

Основными показателями, характеризующими опасность самовозгора-ния веществ, являются рассмотренные нами в теме 4:

· температура самонагревания;

· температура тления;

· условия теплового самовозгорания;

· способность взрываться и гореть при контакте с водой, кислородом воздуха и другими окислителями .

Последний показатель качественно характеризует особую пожарную опасность веществ, называемую пирофорностью.

К пирофорным относятся вещества,имеющие температуру самовос-пламенения ниже температуры окружающей среды , в отличие от большинства веществ, которые самовоспламеняются только в результате нагрева извне. Само возгорающие вещества очень пожароопасны .

Самовозгорающие вещества можно разделить на три группы:

1. Самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом: фосфор, сер-нистые металлы, порошок магния, уголь, са­жа и др.
Размещено на реф.рф
К примеру, в трассирую-щих пулях, фейерверках используются самовозгорающиеся вещества.

2. Воспламеняющиеся при соприкосновении с водой - ϶ᴛᴏ щелочные металлы, их карбиды, и др.
Размещено на реф.рф
К примеру, карбид кальция, применяемый в аце-тиленовых генераторах. Негашеная известь не горит, но выделяющееся при её реакции с водой тепло может нагреть материалы до температуры само-воспламенения.

3. К третьей группе относятся органические соединœения, которые вос-пла­меняются при контакте с кислородом и другими окислителями (хлором, бромом, окислами азота); это масла . Сюда относятся и вещества, получаемые в результате эндотермических реакций, к примеру, ацетилен, которые при воздействии тепла или удара разлагаются с возможным возникновением взрыва.

Самовозгорание. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Самовозгорание." 2017, 2018.