Вступ. Загальні відомості про природу процесів горіння

1.

Тема 1. Вступ. Загальні відомості про природу процесів горіння
План лекції
1. Визначення процесу горіння як фізичного явища.
2. Види та режими горіння.
3. Структура полум’я.
4. Правила написання рівнянь реакцій горіння.
Література:
1. ДСТУ 2272. Пожежна безпека. Терміни та визначення основних понять.
2. Лавренюк О.І., Баланюк В.М., Михалічко Б.М. Теорія горіння та вибуху. – Львів,
ВОНДРВР ЛДУ БЖД, 2014. – 130с.
3. Єлагін Г.І., Шкарабура М.Г., Кришталь М.А., Тищенко О.М. Основи теорії
розвитку і припинення горіння. – Черкаси: ЧІПБ, 2001. – 448с.
4. Лавренюк О.І., Баланюк В.М. Теорія розвитку та припинення горіння. – Львів:
ВОНДРВР ЛДУ БЖД, 2013. – 132с.
1. Визначення процесу горіння як фізичного явища
В основі всіх процесів, що відбуваються на пожежах, лежить процес горіння.
Горіння – це екзотермічний процес, який охоплює окисно-відновні
перетворення речовин і (або) матеріалів і характеризується наявністю летких
продуктів і (або) світлового випромінювання.
Початок процесу горіння і його тривале продовження неможливі без наявності
певних умов. Для виникнення процесу горіння, насамперед, необхідною є наявність
суміші горючої речовини з окисником (горюча суміш) у строго визначеному
співвідношенні. Однак наявність однієї цієї умови не достатньо, оскільки лише
фізичні зіткнення молекул горючої речовини і окисника не призведуть до
виникнення процесу горіння. Тому другою необхідною умовою для виникнення
процесу горіння є наявність джерела запалювання відповідної потужності, під дією
якого розпочинається інтенсивний перебіг хімічних реакцій горіння між
компонентами горючої суміші. Після виникнення процесу горіння постійним
джерелом займання є сама зона горіння, в якій відбувається інтенсивне виділення
тепла. Саме завдяки цьому теплу і підтримується процес горіння, який є результатом
неперервного послідовного займання і згоряння нових порцій горючої суміші.
Рис.1.1. Умови виникнення горіння
Горючими є речовини, елементи яких здатні віддавати в процесі реакції
валентні електрони. У реакціях горіння горючі речовини виступають в ролі
відновників й у процесі реакції горіння вони окислюються. Серед хімічних

2.

елементів найбільш сильними відновниками є речовини, у яких на зовнішній
електронній оболонці є один або два валентних електрони.
Окисниками можуть бути речовини, елементи яких здатні в процесі реакції
приєднувати електрони. Окислювачі в ході реакції відновлюються. Найбільш
сильними окисниками є речовини, у яких до завершення зовнішньої електронної
оболонки бракує одного або двох електронів. Тому ці речовини можуть легко
приєднувати валентні електрони відновника. Як правило, в умовах пожеж
окисником є кисень повітря. Однак горіння може протікати і за участю інших
окисників, зокрема: F2, Cl2, Br2, S8, K2Cr2O7, KMnO4, MnO2, HNO3, H2SO4, HClO4
тощо. Наприклад,
Mg + Cl2 = MgCl2;
Zn + S = ZnS.
Речовини й агломерати, які утворюються в результаті горіння, називають
продуктами горіння.
До продуктів горіння також відносять нейтральні домішки, що містилися в
суміші як до, так і після реакції, і ту частину горючої речовини чи матеріалу й
окисника, що не взяли участі в реакції.
Продукти горіння можна класифікувати за такими ознаками:
1. За агрегатним станом:
– тверді: оксиди металів (Na2O, CaO, Al2O3), фосфору оксид (P2O5);
– рідкі: сульфатна кислота (H2SО4), хлоридна кислота (НCl), карбонові кислоти
(RCOOH);
– газоподібні: вуглекислий газ (СО2), чадний газ (СО), ціанистий водень (HCN),
гідрогенхлорид (НCl), гідрогенсульфід (H2S).
2. За повнотою згоряння:
– продукти повного згоряння: СО2, НCl, P2O5.
– продукти неповного згоряння: СО, С, H2S.
3. За хімічним складом:
– неорганічні прості речовини;
– складні органічні продукти.
4. За хімічною активністю:
– хімічно інертні – це кінцеві продукти реакції горіння нездатні до подальших
перетворень у нормальних умовах чи умовах пожежі;
– реакційно здатні компоненти можуть вступати в хімічні реакції в цих умовах.
Реакційно здатні речовини більш небезпечні, але не варто думати, що хімічно
стійкі речовини, наприклад, синильна кислота, фосген чи сульфур (IV) оксид менш
небезпечні для людей, що потрапили в зону задимлення, чи для особового складу
пожежно-рятувальних підрозділів, що займаються гасінням пожежі. Необхідно
пам’ятати, що практично всі речовини, що виділяються в результаті горіння є
біологічно небезпечними продуктами.
Видима аерозольна складова летких продуктів згоряння називається димом.
Дим – це дисперсна система, що складається з дуже дрібних частинок,
розподілених в суміші продуктів горіння з повітрям. Розміри твердих чи рідких
частинок диму коливаються від 1 до 0,01 мкм. Частинки диму постійно перебувають
у броунівському русі, що обумовлює кінетичну стійкість диму. Крім того, частинки
несуть на собі однойменний електричний заряд, внаслідок чого відштовхуються
одна від одної, що обумовлює стійкість диму.

3.

Дим, що утворюється в процесі горіння, характеризується такими фізикохімічними властивостями:
1. Концентрація диму – це кількість продуктів горіння, що містяться в одиниці
об’єму. У зоні задимлення концентрація продуктів горіння коливається від 1·10 -4 до
1·10-6 кг/м3.
2. Густина задимлення визначається за проникністю променів переносного
пожежного ліхтаря і виходячи з цього може бути:
– сильною, при видимості до 3 метрів;
– середньою, при видимості від 3 до 6 метрів;
– слабкою, при видимості від 6 до 12 метрів.
3. Вміст кисню в повітрі. Зниження концентрації кисню нижче 21%
призводить до кисневого голодування людей, що беруть участь у гасінні пожежі, а
при зниженні концентрації нижче 16% робота без індивідуальних засобів захисту
неможлива. З цією метою в пожежно-рятувальних підрозділах організовано
газодимозахисну службу, а особовий склад використовує протигази.
4. Температура продуктів горіння безпосередньо в зоні горіння сягає 1000ºС,
але в приміщеннях температура диму може бути істотно нижчою, це залежить від
умов повітро- і газообміну. Головним фактором, що впливає на температуру диму, є
коефіцієнт надлишку повітря, з його збільшенням температура продуктів горіння
знижується. Проте небезпечною температурою є температура 50-60ºС, робота
особового складу при такій температурі пов’язана з ризиком для життя через
перегрів організму.
5. Токсичність продуктів горіння – це здатність продуктів горіння викликати
отруєння людей.
Токсичність продуктів горіння залежить від хімічного складу горючого
матеріалу. Горіння елементоорганічних матеріалів супроводжується виділенням
продуктів, які містять ці елементи. Так при горінні: галогеновмісних полімерів
виділяються оксиди азоту, акролеїн, синильна кислота; сульфурвмісних –
гідрогенсульфід, сульфур (IV) оксид, сульфітна і сульфатна кислоти.
В умовах пожежі людина піддається складному впливу продуктів повного і
неповного згоряння і продуктів хімічної взаємодії між собою й вогнегасними
речовинами.
Під впливом високих температур речовини розкладаються, утворюючи при
цьому твердий коксовий осад, а рідкі і газоподібні речовини одержали назву летких.
Кінцеві продукти розпаду мономерів – прості речовини. Для поліетилену,
наприклад, це буде вуглець і водень, для капрону – вуглець, водень, кисень і азот.
Однак такий розпад можливий лише за досить високих температур – вище 3000°С.
На пожежі ж горючі речовини нагріваються до температури, що не перевищує
1500°С, тому в результаті утворяться як прості, так і складні речовини.
Молекули з відносно невеликою молекулярною масою розкладаються на
газоподібні речовини – C2H6, H2, CO, C2H4, CH4, CO2, O2, HCN.
Найбільш небезпечним є комплексний вплив продуктів горіння на організм
людини. Особливо небезпечні продукти можуть утворюватися в ході хімічної
реакції між компонентами димогазової суміші. Так, при з’єднанні сульфур (IV)
оксиду з водою утвориться сульфітна і сульфатна кислоти, а при взаємодії оксидів
азоту з водою – нітратна кислота. Тому в практиці гасіння пожеж досить часто
зустрічаються випадки сильних хімічних опіків особового складу.

4.

Продукти неповного згоряння, які утворяться при горінні речовин і матеріалів
у закритих приміщеннях, при надходженні свіжого повітря утворять
вибухонебезпечні суміші, що займаються від наявних джерел запалювання. Суміш,
що утворилася, горить у кінетичному режимі і супроводжується вибухом.
Існує кілька способів боротьби з димом, що знижує його небезпеку. До них
належить використання розпилених струменів води, при цьому знижується
температура диму, збільшується його вологість, відбувається нейтралізація
заряджених часток, їхнє злипання й осадження.
2. Види та режими горіння
Процеси горіння класифікують за декількома ознаками:
– за агрегатним станом компонентів горючої суміші;
– за способом утворення горючої суміші;
– за механізмом поширення зони хімічної реакції;
– за газодинамічними параметрами режиму горіння.
Класифікація процесів горіння за агрегатним станом компонентів горючої
суміші
Як відомо, горюча речовина і окисник можуть перебувати в трьох агрегатних
станах: газоподібному, рідкому і твердому. А залежно від того, в якому агрегатному
стані перебувають ці компоненти горючої суміші безпосередньо в зоні перебігу
хімічних реакцій окиснення, розрізняють два види або два режими горіння:
гомогенне і гетерогенне горіння.
Гомогенне горіння – це таке горіння, коли обидва компоненти горючої суміші
перебувають в одному агрегатному стані, тобто горіння хімічно однорідної суміші.
Гетерогенне горіння – горіння хімічно неоднорідної системи, тобто
компоненти горючої суміші перебувають в різних агрегатних станах.
Оскільки в умовах пожеж окисником, як правило, є кисень повітря, який
перебуває в газоподібному стані, то за таких умов гомогенне горіння
відбуватиметься в тому випадку, коли горюча речовина поступатиме в зону горіння
в тому ж агрегатному стані, що й окисник, тобто в газо- чи пароподібному стані.
При горінні рідин і багатьох твердих горючих матеріалів в зону горіння поступають
не самі ці рідини чи тверді матеріали, а газо- і пароподібні продукти їх
випаровування і термічного розкладу, тому більшість пожеж протікає в режимі
гомогенного полум’яного горіння.
Прикладом гетерогенного безполум’яного горіння в умовах пожежі є тління
карбонового залишку твердих горючих матеріалів, яке наступає після вигоряння
всіх летких компонентів та продуктів піролізу. Тління може виникнути і на
початковій стадії пожежі, коли потужність джерела запалювання є недостатньою
для прогрівання матеріалу, що є передумовою піролізу матеріалу, утворення
горючої газоповітряної суміші, здатної до полум’яного гетерогенного горіння.
Потім, в міру нагромадження тепла у твердому горючому матеріалі, підвищення
його температури і збільшення товщини прогрітого шару, інтенсифікується процес
піролізу і виділення горючих летких фракцій. Змішуючись з киснем повітря, вони
утворять горючу газоповітряну суміш, що займається під дією високих температур
зони тління. Починається інтенсивне полум’яне горіння, яке швидко поширюється
по поверхні твердих горючих матеріалів. За таким механізмом виникає багато

5.

пожеж, викликаних горінням твердих горючих матеріалів, які розпочинаються під
впливом слабких джерел запалювання: іскор, що жевріють, недопалків,
непогашених сірників і т.д.
Значно рідше за такою ж приблизно схемою розпочинаються пожежі, пов’язані
із самозагорянням твердих горючих матеріалів, яке відбувається в результаті
реакцій окиснення, що повільно перебігають. Такі пожежі також можуть початися з
тління, яке потім переходить у відкрите полум’яне горіння.
Характерним для гетерогенного режиму горіння є наявність розділу фаз:
твердого горючого матеріалу і газоподібного окисника, при цьому хімічні реакції
окиснення перебігають переважно на поверхні розділу фаз. При тлінні матеріалів,
які характеризуються великою пористістю, гетерогенні процеси можуть відбуватися
в його товщі, всередині пор, але на межі розділу фаз: тверде тіло – газ.
Швидкість поширення гетерогенних процесів горіння, як правило, є трохи
нижчою за швидкість поширення гомогенного (полум’яного) горіння. Інтенсивність
процесу гетерогенного горіння залежить від надходження горючих компонентів у
зону горіння (переважно кисню повітря) і ступеня розвиненості поверхні, на якій
проходять хімічні реакції окиснення. При горінні горючих гетерогенних систем
кисень повинен досягти поверхні контакту з горючою речовиною, дифундуючи
через шар зайнятий сумішшю повітря з продуктами горіння.
У деяких випадках, коли твердий окисник попередньо перемішаний з горючою
речовиною, може протікати гомогенне твердофазне горіння. Такий режим горіння
характерний для термітних складів, піротехнічних виробів, димного пороху та
інших подібних речовин. Гомогенне твердофазне горіння явище для більшості
пожеж рідкісне, але в деяких випадках може супроводжувати горіння інших
речовин.
Класифікація процесів горіння за способом утворення горючої суміші
Залежно від умов сумішоутворення горючих компонентів і співвідношення
швидкості хімічної реакції горіння і швидкості сумішоутворення, розрізняють два
характерні режими горіння: кінетичний і дифузійний. Загальну швидкість горіння
можна представити як суму швидкостей двох послідовних процесів: фізичної стадії
(стадії сумішоутворення) і хімічної стадії (власне хімічного перетворення).
г ф х
,
де υг – швидкість горіння;
υф – швидкість фізичної стадії;
υх – швидкість хімічної стадії.
Питання про те, яка із стадій є лімітуючою в сумарній швидкості процесу
горіння: швидкість сумішоутворення або швидкість хімічного перетворення
компонентів суміші в продукти горіння, і визначає характер горіння.
Якщо час фізичної стадії дуже малий, тобто за умови горіння попередньо
рівномірно перемішаних газо- чи пароповітряних сумішей, то лімітуючою є стадія
хімічної реакції окиснення. Таке горіння називається кінетичним.

6.

Якщо ж компоненти горючої суміші змішуються безпосередньо перед зоною
горіння або в самій зоні, тобто час сумішоутворення є набагато більшим за час
хімічної реакції, то спостерігається дифузійний режим горіння.
Кінетичне горіння – це горіння горючого середовища без дифузійних
обмежень, а дифузійне горіння – це горіння за умов, коли горюча речовина і
окисник розділені зоною горіння.
Прикладом спокійного кінетичного горіння є горіння газоповітряної суміші на
конфорках кухонної газової плити, коли суміш добре підготована і полум’я має
рівномірне синьо-блакитне забарвлення. Поява жовто-оранжевих зон полум’я –
признак браку повітря, поганого перемішування, утворення продуктів неповного
згоряння, в тому числі сажі. Під час пожежі на усті газового факела, при витіканні
метану під великим тиском сумішоутворення горючого газу з повітрям перед
факелом полум’я буде настільки інтенсивним і рівномірним, що полум’я буде майже
повністю кінетичним. За наявності в горючому газі конденсату воно буде
дифузійно-кінетичним, а під час горінні нафтових фонтанів і під час пожеж в
резервуарах з легкозаймистими і горючими рідинами спостерігатиметься
дифузійний режим горіння. Гетерогенне горіння на пожежі також завжди протікає в
дифузійному режимі.
Класифікація процесів горіння за механізмом поширення зони хімічної реакції
Залежно від механізму поширення зони хімічних реакцій горіння по горючій
суміші розрізняють два характерні режими горіння: дефлаграційне (порівняно
повільне поширення зони хімічних реакцій, зі швидкістю руху теплової хвилі по
горючій суміші від 0,5 до 50 м/с) і детонаційне горіння, яке поширюється зі
швидкістю ударної хвилі, тобто вище 331 м/с.
Дефлаграційне горіння – це кінетичне горіння, за якого швидкість
поширювання горіння не перевищує швидкості звуку.
Детонаційне горіння – кінетичне горіння, за якого швидкість поширювання
горіння перевищує швидкість звуку.
В умовах звичайної пожежі горіння протікає найчастіше в дефлаграційному
режимі. Детонаційне горіння у вигляді вибуху горючих газових сумішей
зустрічається досить рідко. Воно характерне для вибухів метано- та пилоповітряних
сумішей вугільних шахт.
Класифікація процесів горіння за газодинамічними параметрами режиму горіння
Важливою характеристикою процесів горіння на пожежі є також
газодинамічний стан компонентів горючої суміші в зоні реакції. Він, як правило,
визначається інтенсивністю надходження їх в зону горіння і характеризується
критерієм Рейнольда (міра відношення сил інерції і внутрішнього тертя в потоці):
Re
d
,
де υ – лінійна швидкість газового потоку, м/с;
d – діаметр, м;
ρ – густина потоку, кг/м3;

7.

μ – динамічна в’язкість, Н·с/м2.
Якщо компоненти горючої суміші поступають в зону горіння порівняно
спокійно, за законами молекулярної чи слабкої конвективної дифузії, і числове
значення критерію Рейнольдса значно менше за критичне (2300), то процес горіння
буде ламінарним.
Якщо ж числове значення критерію Рейнольдса для потоків горючої суміші
близьке до критичного або знаходитиметься в перехідній області значень
(2300<Re<10000), то процес горіння буде перехідним.
Якщо потоки газоподібної горючої речовини чи окисника, або суміші горючої
речовини з окисником в зону горіння поступають достатньо інтенсивно і числове
значення критерію Рейнольда значно більше 10000, то режим горіння буде
турбулентним.
Такий режим горіння характерний для слабких потоків горючого газу, малих
резервуарів з горючими рідинами, невеликих вогнищ горіння твердих горючих
матеріалів з нерозвинутою поверхнею горіння і для більшості внутрішніх пожеж, де
приплив компонентів горючої суміші в зону горіння і відплив продуктів горіння
стримуються, обмежуються геометричними конструктивними параметрами отворів
споруд і приміщень.
Турбулентне горіння протікає з інтенсивними завихреннями, перемішуванням
продуктів горіння з непрореагованою сумішшю, відриванням зон горіння від
основного факела полум’я. Прикладом такого горіння є пожежа на потужному
газовому фонтані, на великому резервуарі і т.д.
Таким чином знаючи особливості і різновиди процесів горіння на пожежі, а
також умови переходу гомогенного горіння в гетерогенне, дифузійного – в
кінетичне та навпаки, можна запобігти таким небезпечним явищам, як вибухи.
3. Структура полум’я
Полум’я – вогонь, який складається з аерозольних і (або) газоподібних
речовин, що випромінюють світло.
Рис. 1.3. Будова полум’я:
1 – підготовча зона; 2 – зона горіння; 3 – зона продуктів горіння
В структурі полум’я можна виділити декілька зон: підготовча зона (зона
горючої пари та газів), зона горіння, зона продуктів горіння.
В підготовчій зоні відбувається попереднє нагрівання горючої речовини або її
суміші з окисником завдяки випромінюванню від зони горіння та завдяки
теплопровідності від гарячих продуктів горіння, які дифундують із зони горіння в
підготовчу зону. Температура газів із наближенням до зони горіння поступово

8.

збільшується. Це призводить до термічного розкладу молекул на атоми, радикали чи
функційні групи.
СН4→С+4Н
За наявності оксигену в підготовчій зоні відбувається попереднє окиснення, але
цей процес не є горінням, тому що швидкість хімічної реакції ще недостатньо
велика.
С+О→СО
В зоні горіння відбуваються реакції згоряння продуктів термічного розкладу, а
також продуктів попереднього окиснення, в результаті чого виділяється тепло, а
продукти горіння, що утворюються, дифундують в підготовчу зону і в навколишнє
середовище.
СО+О→СО2
С+2О→СО2
2Н+О→Н2О
Якщо полум’я дифузійне, то хімічній реакції горіння передує фізичний процес
сумішоутворення завдяки молекулярній дифузії горючої речовини із підготовчої
зони, а окисника – із навколишнього середовища. Концентрація кисню в зоні
горіння швидко зменшується при наближенні до зони пари та газів, і в підготовчій
зоні дифузійного полум’я вміст кисню з повітря дорівнює нулю. Концентрація
горючої речовини в зоні горіння також знижується завдяки перебігу хімічної реакції.
В зоні суміші продуктів горіння з повітрям відбувається взаємна дифузія
продуктів горіння в навколишнє середовище та окисника із навколишнього
середовища до зони горіння. При цьому відбувається попереднє нагрівання кисню
та азоту повітря завдяки теплопередачі та теплопровідності від гарячих продуктів
горіння і поступове охолодження продуктів реакції. Якщо в зоні горіння горюча
речовина не встигла повністю згоріти, то в цій зоні відбувається доокиснення
продуктів неповного згоряння.
Температура в різних зонах полум’я та в самій зоні горіння неоднакова.
Температура в підготовчій зоні значно нижча, ніж в зоні горіння. Якщо
розглядати дифузійне полум’я над поверхнею рідини, то можна сказати, що
температура потоку парів біля поверхні рідини дорівнює температурі кипіння. Із
наближенням до зони горіння температура парів збільшується: спочатку завдяки
випромінюванню зони горіння, а потім внаслідок теплопровідності від гарячих
продуктів горіння. Нагрів обумовлює термічну дисоціацію парів біля зони горіння.
Температура зони горіння найбільша, але вона також неоднакова в різних за
висотою точках полум’я. Пояснюється це зміною складу суміші в зоні горіння та
витратами тепла на нагрівання компонентів, які надходять в цю зону.
В нижній частині зони горіння температура мінімальна, оскільки велика
кількість тепла витрачається на нагрівання холодного повітря, яке підсмоктується з
навколишнього середовища.
В середній частині зони горіння теплота, яка виділяється внаслідок хімічної

9.

реакції, менша, ніж в нижній частині полум’я, що обумовлене дифузією в цю зону
продуктів горіння. Проте, повітря, що надходить в цю зону, є більш нагрітим
завдяки його проходженню через розжарені продукти горіння. Це компенсує втрати
тепла і температура в середній частині зони горіння є найбільшою.
У верхній частині зони горіння теплота згоряння зменшується через нестачу
кисню, внаслідок збільшення товщини шару продуктів горіння. При цьому нагріте
повітря, яке надходить в зону реакції, вже не компенсує всіх втрат тепла.
Зменшується температура горіння, спостерігається утворення продуктів неповного
згоряння (сажі).
Температура в зоні продуктів горіння поступово падає завдяки розбавленню
гарячих продуктів горіння холодним повітрям, яке дифундує із навколишнього
середовища.
Колір полум’я органічних речовин при горінні в атмосфері повітря залежить від
їх хімічного складу і, в основному, від вмісту оксигену і карбону. Оксиген, що
міститься в горючій речовині, витрачається в процесі горіння на окиснення
елементів речовини.
Якщо в горючій речовині достатньо оксигену, то весь карбон в підготовчій зоні
встигає попередньо окислитися до СО, а потім в зоні горіння карбон (ІІ) оксид
згоряє з утворенням вуглекислого газу. У цьому випадку полум’я буде безбарвним
або блідо-блакитним.
Малий вміст оксигену в горючій речовині призводить до того, що карбон не
встигає згоряти і виділяється у вигляді сажі. Полум’я в цьому випадку буде
яскравим та кіптявим.
При потраплянні в зону горіння частинок карбону, який здатен поглинати всі
світлові промені, відбувається термічне випромінювання. Полум’я стає жовтого
кольору і, за умови достатнього доступу повітря, без кіптяви.
Отже, характер світіння дифузійного полум’я можна визначити за вмістом
оксигену та карбону в горючій речовині (таблиця 1.1).
Таблиця 1.1
Залежність характеру полум’я від вмісту компонентів
Вміст компонентів
в горючій речовині, %
Характер полум’я
карбон
оксиген
менше 50
більше 50
безбарвне
яскраве, без
50-75
25-50
кіптяви
відсутній або менше
яскраве, із
більше 75
25
кіптявою
Якщо замість карбону вводити в полум’я частинки інших твердих речовин, то
полум’я набуде властивого їм кольору:
– червоного – при введенні CaCО3, SrC2O4, Sr(NO3)2;
– зеленого – Ba(ClO3)2, Ba(NO3)2, CuO, Cu;
– синього – Сu(OH)2, CuO, CuS;
– білого – Al, Mg;
– жовтого – Na та ін.

10.

4. Правила написання рівнянь реакцій горіння
Найчастіше під час пожеж горіння протікає в атмосфері повітря. Відомо, що
повітря – це суміш різних газів (азот, кисень, аргон, карбон (IV) оксид, неон, гелій,
криптон, водень, нітроген оксид, ксенон, озон, радон), однак з горючою речовиною
взаємодіє лише кисень. Інші компоненти повітря хоча й не вступають в хімічну
реакцію з горючою речовиною, проте беруть участь в процесах масо- і теплообміну,
тому їх присутність необхідно враховувати при складанні термохімічних реакцій
горіння. Але оскільки всі гази, крім кисню і азоту, містяться в повітрі в невеликих
кількостях, до того ж не підтримують горіння, їх відносять до складу азоту.
Тому вважають, що повітря складається з азоту 79% і кисню 21%. Отже, на
3
21 м кисню в повітрі припадає 79 м3 азоту а на 1 м3 кисню – 3,76 м3 азоту. За
законом Авогадро, однакова кількість молекул будь-якого газу займає однаковий
об’єм, і тому на один моль кисню, що бере участь в реакції горіння, припадає
3,76 моль азоту.
Принцип складання рівнянь реакцій горіння дещо відрізняється від складання
рівнянь інших хімічних реакцій і має такі особливості:
1. Рівняння складається за умови, що в реакції горіння бере участь 1 моль
горючої речовини. Тому, на відміну від інших рівнянь хімічних реакцій, у рівнянні
реакції горіння можуть бути присутні і дробові стехіометричні коефіцієнти.
2. Якщо горіння протікає в атмосфері повітря, то його склад записують у
вигляді:
(О2 + 3,76 N2)
3. В зону горіння повітря надходить в стехіометричному співвідношенні, а в
результаті реакції утворюються продукти повного згоряння, якісний склад яких
визначається виходячи з елементного складу горючої речовини.
У разі наявності у горючій речовині:
– карбону С утвориться карбон (IV) оксид СО2;
– гідрогену Н – вода Н2О;
– сульфуру S – сульфур (IV) оксид SO2;
– фосфору Р – фосфор (V) оксид Р2О5;
– силіцію Si – силіцій (IV) оксид SiO2;
– металу – оксид металу МеxОy;
– нітрогену N – молекулярний азот N2;
– галогенів (F, Cl, Br, J) – галогеноводні (HF, HCl, HBr, HJ).
Наявний в горючій речовині оксиген також вступає в реакцію горіння подібно
до кисню повітря, при цьому кількість повітря, що надходить з навколишнього
середовища, відповідно зменшується.
4. В загальному вигляді рівняння реакції горіння можна записати так:
горюча речовина + (О2 + 3,76 N2)=продукти горіння,
де – стехіометричний коефіцієнт в рівнянні реакції (кількість молів повітря,
необхідного для повного згоряння 1 моля горючої речовини), який можна
розрахувати за формулою:

11.

nC nS
nH nHalogen nO 5nP
4
2
4
де nC, nS, nH, nHalogen, nO, nP – кількість атомів карбону, сульфуру, гідрогену, галогену,
оксигену та фосфору відповідно в молекулі горючої речовини.
Для правильного складання рівняння реакції горіння варто спочатку урівняти
кількість атомів карбону, потім сульфуру, фосфору і силіцію, потім урівнюється
кількість галогенів, після цього – кількість гідрогену. Останніми урівнюють
кількості атомів оксигену й нітрогену в правій і лівій частинах рівняння.
Наприклад, рівняння реакції горіння:
– пропану:
C3H8+5(O2+3,76N2) 3CO2+4H2O+5·3,76N2;
– метилового спирту:
CH4O+1,5(O2+3,76N2) CO2+2H2O+1,5·3,76N2;
– діетиламіну:
(C2H5)2NН+6,75(O2+3,76N2) 4CO2+5,5H2O+0,5N2+6,75·3,76N2;
– сірковуглецю:
СS2+3(O2+3,76N2) СO2+2SO2+3·3,76N2;
– фосфіну:
РН3+2(О2+3,76N2) 0,5Р2О5+1,5Н2О+2·3,76N2;
– йодоктану:
C8H17J+12(O2+3,76N2) 8CO2+8H2O+HJ+12·3,76N2
Контрольні питання:
1. Дати визначення процесу горіння. У чому полягає відмінність процесу горіння та
інших окисно-відновних реакцій.
2. Класифікація процесів горіння.
3. Сформулювати необхідні і достатні умови для виникнення горіння.
4. Які речовини є горючими?
5. Які речовини називаються продуктами горіння? Класифікація продуктів горіння.
6. Які фактори впливають на хімічний склад продуктів горіння?
7. Дим та його небезпека.
8. Полум’я. Процеси, які протікають в різних зонах полум’я.
9. Перелічіть фізичні та хімічні процеси, які протікають в полум’ї.
10. Температурний режим полум’я.