3. Фізико-хімічне пояснення припинення

горіння інгібіруванням

Горіння проходить через утворення активних частинок – вільних радикалів. Якщо більшість таких частинок вилучити з процесу, він далі розвиватиметься набагато повільніше.

Активних частинок, в-основному вільних радикалів, у хімічних реакціях, у тому числі у реакціях горіння, виникає небагато. Але вони дуже активні, за короткий проміжок часу (за 10^-8–10^-9 секунди) такі частинки встигають перетворитися у нові сполуки самі і передати імпульс перетворення (вільну валентність) далі. Отже, якщо у цей процес не втручатися, кожна з таких частинок започаткує до мільярда перетворень за одну секунду.

Велика активність такої частинки є і її слабким місцем. Можна їй підсунути такого партнера взаємодії, прореагувавши з яким вона утворить нову частинку, зовсім неактивну або набагато інертнішу попередньої. Так як вільних радикалів виникає відносно мало (в залежності від умов реакції один–два активних радикали припадає на кілька мільйонів стабільних молекул), то і “мисливців” за такими частинками треба небагато.

Хімічно активний інгібітор звичайно вводиться у зону горіння у кількості 2-3% від об’єму цієї зони, тобто у кількості, у 20-30 разів меншій, ніж потрібна для гасіння такої ж пожежі кількість інертного газу.

Найбільш типовими інгібіруючими засобами є вуглеводні, в яких один або декілька атомів гідрогену замінено на галогени, тобто галогеновуглеводні, які на практиці називають фреонами, хладонами або галонами. Чим більше атомів галогену у молекулі, тим більша вогнегасяча здатність сполуки. Дія галогенів нерівноцінна; чим більша атомна маса цього елементу, вона підвищується у ряді: F  Cl  Br  I.

Механізм дії галогеновуглеводнів при припиненні ними горіння однозначного пояснення не має. Деякі автори вважають, що першим актом при введенні цих сполук у зону горіння є піроліз галогенопохідного при високій температурі з відщепленням атому галогену, наприклад:

С₂Н₃Вr₃  С₂Н₃Вr₂^ + Вr^

Далі, і атомарний галоген і галогеновмісний радикал, які мають неспарені електрони, реагують з активними частинками процесу горіння:

Вr^ + С₂Н₅^  С₂Н₅Вr

С₂Н₃Вr₂^ + Н^  С₂Н₄Вr₂ .

Більш вірогідним здається інше пояснення. Активні частинки СН₃^, Н^, ОН^ і інші, які утворилися у зоні горіння, наприклад, з пероксидних сполук, реагують безпосередньо з молекулами хладону, відриваючи один з атомів галогену, наприклад:

F F F F

СН₃^ + Br-C-C-Br  СН₃Вr + ^C-C-Br .

F F F F

Таким чином, активна частинка з неспареним електроном (СН₃^ у даному випадку) загинула.

Нова частинка з неспареним електроном має настільки

F F

(^C-C-Br)

F F

велику електронну густину зовнішніх шарів, що один неспарений електрон тут малопомітний, він, як кажуть, делокалізується. Дійсно, одна справа – неспарений електрон у атомі водню Н^, де електрон взагалі один, чи у

Н



частинці Н С , де їх 7



Н

(один неспарений на фоні трьох пар);

і зовсім інша у бромтетрафторетилі, де на зовнішній орбіті знаходиться система з 43 електронів. На фоні 42 спарених, один, який тимчасово може підбирати собі пару серед 42, помітний значно менше. Активність такої частинки значно менша, такий вільний радикал, хоч і має неспарений електрон, може існувати значно довший час, вже не мільярдні і не мільйонні частки секунди, а значно більше, навіть цілі секунди.

Застосування галогеновуглеводнів має переваги перед застосуванням водних розчинів, пін або інертних газів. Основне, це – відносно незначна кількість інгібіторів, яку треба ввести у зону, щоб загасити полум’я; 2 – 3% від об’єму. Це в 10 – 12 разів менше ніж, наприклад, кількість вуглекислого газу і в 15 – 20 разів менша ніж потрібна кількість азоту.

Мають галогеновуглеводні і недоліки. Такий показник, як відносно велика ціна, особливого значення не має, оскільки усунення втрат від збільшення часу пожежі значно перевищує втрати на інгібітор.

Більшої уваги вимагає проблема отруєння навколишнього середовища. Хладони – токсичні самі по собі і дають токсичні продукти при піролізі і реакціях з продуктами горіння (активними частинками процесу горіння). У рідкому вигляді деякі з них проходять крізь шкіру людини. Ще гірше у газоподібному стані; і самі хладони і продукти, що з них утворюються, потрапляючи у дихальні шляхи, викликають подразнення.

В останні роки поширюється думка про те, що хладони, накопичуючись у верхніх шарах атмосфери, несуть відповідальність за зменшення там кількості озону. Згідно сучасних поглядів, озоновий шар, який оточує стратосферу нашої планети, затримує більшу частину ультрафіолетової частини випромінювання сонця і захищає планету від надмірного нагріву а біологічні об’єкти – від згубних доз УФ-радіації.

По теорії, яку було висунуто у 70-ті роки, карбон галогеніди, які викидаються вулканами і цивілізацією, активно реагують з озоном, зменшують товщину його шару і навіть приводять до утворення в цьому шарі отворів, “озонових дірок”.

Іншими засобами, основний механізм дії яких інгібірування, є вогнегасні порошки загальної дії.

Головною компонентою вогнегасячих композицій на основі вогнегасних порошків є солі металів, здебільшого натрій карбонати та бікарбонати, натрій та калій фосфати, калій хлорид, квасці, силіцій оксид, амоній фосфат і інші. В країнах СНД найбільш поширеними є композиції на основі натрій бікарбонату та амоній фосфату.

Оптимальні розміри частинок вогнегасячих порошків – 15-20 мкм. Вогнегасячі порошкові склади частіше за все містять не одну сіль а більше. До складу цих композицій входять солі, які гасять полум’я, і модифікуючі добавки, які забезпечують гідрофобність і текучість композиції, а також знижують схильність до комкування.

Вогнегасячі порошкові композиції умовно поділяють на дві групи: порошки загального призначення і спеціальні порошки. Перші призначені для гасіння в основному пожеж органічних матеріалів: нафти, бензини, гасу, деревини, пластмас і т.п. Такі композиції здатні створювати вогнегасячі хмари.

Спеціальні порошки призначені для припинення горіння металів, металоорганічних сполук і т.п. Їх особливість – здатність створювати на поверхні металу, що горить, досить щільний шар, який перекриває доступ до цієї поверхні кисню.

Дуже поширеною є класифікація вогнегасячих порошкових складів за призначенням: склад відносять до такого класу, пожежі якого класу він може гасити. За цим принципом, композиції марки ПСБ відносяться до порошків класу ВСЕ, композиції марки П-1 та ПФ - до порошків класу АВСЕ а композиції марки ПГС - до порошків класу АВСDЕ.

Головний механізм гасіння пожежі порошками загального призначення - механізм інгібірування, механізм дезактивації вільних радикалів ланцюгового горіння. Варіантів впливу, варіантів інгібірування може бути два.

По першому з них (гомогенному), солі металів під дією високої температури випаровуються і розкладаються, утворюючи вільні атоми металів з неспареними електронами на зовнішніх орбітах. Вільні атоми металів далі реагують з активними пероксидними частинками, виводячи їх з процесу:

Ме^ + ROO^  ROOМе

Ме^ + RO^  ROМе

Ме^ + R^  RМе