5.3. Самозаймання речовин

Реакція окислення є екзотермічною (тобто відбувається з виділен­ням тепла) і за певних умов може самоприскорюватися. Цей процес самоприскорення реакції окислення з переходом її в горіння назива­ється самозайманням.

Температура самозаймання горючих речовин дуже різна. В одних вона перевищує 500°С, а в інших приблизно дорівнює температурі нав­колишнього середовища, тобто температурі повітря, яку в середньо­му можна прийняти у межах 0...50°С.

Залежно від температури самозаймання усі горючі речовини умовно поділяють на дві групи: 1) речовини, температура само­займання яких вища за температуру навколишнього середовища; 2) речовини, температура самозаймання яких нижча за температуру навколишнього середовища. Речовини першої групи здатні самозай­матися тільки внаслідок нагрівання їх вище температури навколиш­нього середовища. Речовини другої групи можуть самозайматися без нагрівання, оскільки навколишнє середовище вже нагріло їх до тем­ператури самозаймання. Такі речовини становлять велику пожежну небезпеку і називаються самозаймистими, а процес їх самонагрівання до виникнення горіння - самозайманням.

Самозаймання залежно від причин, що до нього призводять, поді­ляють на хімічне, мікробіологічне, теплове.

Хімічне самозаймання виникає у результаті взаємодії речовин з киснем повітря, водою або одна з одною. Так, більшість рослин­них олій та жирів, якщо вони нанесені тонким шаром на волокнисті або порошкоподібні матеріали, схильні до самозаймання у повітрі, оскільки містять у своєму складі ненасичені сполуки (такі, що мають подвійні зв'язки), які здатні окислюватися і полімеризуватися в пові­трі з виділенням тепла при звичайній температурі. До самозаймання при звичайних температурних умовах внаслідок взаємодії з киснем повітря здатні також сульфіди заліза, білий фосфор, металоорганічні сполуки та інші речовини. Ось, наприклад, реакція самозаймання сульфіду заліза (IV):

Гев₂ + 0₂ —► Рев + в0₂ + 0 (53 ккал)

До групи речовин, що викликають горіння при взаємодії з водою, належать лужні метали, карбіди кальцію та лужноземельних мета­лів, гідриди лужних та лужноземельних металів, фосфористі каль­цій та натрій, негашене вапно, гідросульфат натрію та ін.

Лужні метали при взаємодії з водою виділяють водень і значну кількість тепла, за рахунок чого водень самозаймається і горить ра­зом з металом.

При взаємодії карбіду кальцію з невеликою кількістю води виді­ляється така кількість тепла, що при наявності повітря ацетилен, який утворюється, самозаймається. Якщо кількість води велика, цього не трапляється:

СаС₂ + Н₂0 СаО + С₂Н₂ + 0 (1 -** 1000°С)

Оксид кальцію (негашене вапно), реагуючи з водою, самонагрі-вається. Якщо на негашене вапно потрапляє невелика кількість води, воно розігрівається до світіння і може підпалити матеріали, що стикаються з ним. До групи речовин, які самозаймаються при контакті одна з одною, належать газоподібні, рідкі й тверді окис­лювачі. Стиснутий кисень спричиняє самозаймання мінеральних масел, які не самозаймаються у кисні при нормальному тиску.

Сильними окислювачами є галогени (хлор, бром, фтор, йод); вони надзвичайно активно сполучаються з низкою речовин, при цьому ви­діляється велика кількість тепла, що й призводить до самозаймання речовин.

Ацетилен, водень, метан, етилен у суміші з хлором самозаймають­ся на денному світлі. Через це не можна зберігати хлор та інші гало­гени спільно з легкозаймистими рідинами. Відомо, що скипидар са­мозаймається у хлорі, якщо він розподілений у якій-небудь пористій речовині (папір, ганчірка, вата).

Азотна кислота, розкладаючись, виділяє кисень, тому вона є силь­ним окислювачем, здатним викликати самозаймання низки матеріа­лів (солома, льон, бавовна, тирса, стружка).

Сильними окислювачами є перекис натрію і хромовий ангідрид, які при стиканні з багатьма горючими рідинами викликають їх само­займання.

Перманганат калію, якщо його змішати з гліцерином або етилен­гліколем, викликає їх самозаймання через кілька секунд.

Мікробіологічне самозаймання характерне для рослинних про­дуктів - сіна, конюшини, соломи, солоду, хмелю, фрезерного торфу та ін. При відповідних вологості та температурі в рослинних продук­тах (наприклад, у фрезерному торфі) активізується діяльність мікро­організмів, яка супроводжується виділенням тепла, і хоча при до­сягненні 65-70°С мікроорганізми гинуть, процес окислення, що вже розпочався, інтенсифікується, самоприскорюється, що і призводить до самонагрівання та самоспалахування.

Теплове самозаймання є результатом самонагрівання матеріалу, що виникає внаслідок екзотермічних процесів окислення, розкладу, адсорбції тощо або від дії зовнішнього незначного джерела нагрі­вання. Наприклад, нітроцелюлозні матеріали (кіно-, фотоплівка, бездимний порох) при температурі 40-50°С розкладаються з підви­щенням температури до самоспалахування.

Щодо сутності понять «самозаймання» та «самоспалахування», «займання» та «спалахування» важливо зазначити, що, по-перше, «самоспалахування» і «самозаймання» - одне й те саме явище; по-друге, фізична суть процесів самозаймання і самоспалахування однакова, оскільки механізм самоприскорення реакції окислен­ня в них один і той самий. Головна відмінність між ними в тому, що процес самозаймання просторово обмежений частиною об'єму горючої речовини (решта маси горючої речовини залишається холод­ною), в той час як процес самоспалахування речовини відбувається у всьому її об'ємі. Крім того, після спалахування або самоспалаху­вання має місце полум'яне горіння, тоді як займання та самозайман­ня означають початок будь-якого горіння, у тому числі й такого, що не супроводжується появою полум'я (наприклад жевріння).