3. Горение и окисление

При соединении горючих веществ с кислородом всегда выделяется теплота, но не все эти реакции протекают в виде горения. Например, окисление этилового спирта в уксусный альдегид нельзя назвать горением. В этом случае скорость реакции невелика, и количество выделяемой теплоты недостаточно для нагревания продуктов реакции до свечения. Если каким-либо способом увеличить скорость реакции и, следовательно, выделение теплоты, то процесс окисления веществ может перейти в горение. Следовательно, горение относится к процессу окисления и характеризуется только высокой скоростью реакций и значительным тепловым эффектом.

В дальнейшем будем различать процессы окисления и горения по внешним признакам: окисление – это процесс соединения горючего вещества с кислородом без выделения света, то есть без пламени или накала вещества, горение – это процесс окисления с появлением пламени или накала вещества.

Появление пламени или накала вещества в процессе окисления всегда является результатом значительного теплового эффекта реакции. Излучение света в процессе горения – это результат перехода химической энергии реагирующих веществ в тепловую реакцию промежуточных и конечных продуктов реакции.

1.5. Условия, необходимые для горения

Горение веществ возможно только при наличии горючего вещества, кислорода воздуха (или другого окислителя) и достижения температуры, способной вызвать процесс горения.

Воздух и горючее вещество составляют систему, способную гореть, а температурные условия обуславливают возможность самовоспламенения и горения системы. При установившемся режиме горения изменение состава системы и температурных условий ведет к изменению скорости горения или его прекращению. Например, изменение концентрации горючего вещества в газовых или пылевых смесях первоначально изменяет скорость горения в ту или иную сторону, а затем ведет к уменьшению скорости и прекращению горения.

Из составных частей воздуха в горении участвует только кислород. Азот и редкие газы, находящиеся в воздухе, в этом процессе не участвуют. Изменяя концентрацию кислорода в воздухе, можно изменить скорость горения веществ. Наибольшая скорость горения получается при горении вещества в чистом кислороде, наименьшая (прекращение горения) – при содержании 14–15% кислорода.

Горение веществ может происходить за счет кислорода, находящегося в составе других веществ, способных легко его отдавать. Такие вещества называются окислителями. Приведем наиболее известные окислители.

• Бертолетова соль (KClO₃).

• Калийная селитра (KNO₃).

• Натриевая селитра (NaNO₃).

• Нитрат аммония (NH₄NO₃).

• Марганцево-кислый калий (KMnO₄).

• Перхлорат аммония (NH₄ClO₄).

В составе окислителей содержится кислород, который может быть выделен путем разложения соли, например:

2 KClO₃ = 2KCl + 3 O₂

Разложение окислителей происходит при нагревании, а некоторых из них даже под воздействием сильного удара. Для того, чтобы вещество горело за счет кислорода окислителя, необходимо как горючее, так и окислитель измельчить и тщательно перемешать для увеличения площади соприкосновения реагирующих веществ. Горение таких смесей происходит с большой скоростью, так как кислород в момент выделения находится в атомарном состоянии. Пример таких смесей – черный порох, термит, пиротехнические составы, смесевые твердые ракетные топлива.

Для прекращения горения необходимо нарушить вызывающие его условия. Так, при тушении водой происходит охлаждение горящего вещества и уменьшение концентрации горючих газов за счет образования паров воды. При тушении нефти пеной прекращается подача теплоты от пламени к нефти и затрудняется его поступление в зону горения.