Самозаймання речовин.

Реакція окислення є екзотермічною (тобто відбувається з виділенням тепла) і за певних умов може само прискорюватися. Цей процес само прискорення реакції окислення з переходом її в горіння зветься самозайманням.

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

Залежно від температури самозаймання усі горючі речовини умовно поділяють на дві групи:

1) речовини, температура самозаймання яких вища за температуру оточуючого їх середовища;

2) речовини, температура самозаймання яких нижча за температуру оточуючого їх середовища.

Речовини першої групи здатні займатися тільки у результаті нагрівання їх вище температури оточуючого середовища. Речовини другої групи можуть самозайматися без нагрівання, оскільки оточуюче 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 (ІV):

FeS₂ + O₂ FeS + SO₂ + Q (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 + Н₂О → СаО + С₂Н₂ + Q ( t → 1000 ^оC)

Оксид кальцію (негашене вапно), реагуючи з водою, само нагрівається. 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 ^оС мікроорганізми гинуть, процес окислення, що вже розпочався, інтенсифікується, само прискорюється, а це 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 ^оС розкладаються з підвищенням температури до самоспалахування.

Щодо сутності понять “самозаймання” та “самоспалахування” важливо відзначити, що, по-перше, “самоспалахування” і “самозаймання” – одне й те ж саме явище; по-друге, фізична сутність процесів самозаймання і самоспалахування однакова, тому що механізм само прискорення реакції окислення у них один і той самий. Після спалахування або самоспалахування має місце полум’яне горіння. 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.

Розділ 4.