燃烧的本质与条件

第一节　燃烧的本质与条件

一、燃烧的本质

燃烧是一种放热发光的化学反应。燃烧过程中的化学反应十分复杂，有化合反应，有分解反应。有的复杂物质燃烧，先是物质受热分解，之后发生氧化反应。

燃烧是可燃物质与氧或其他氧化剂反应的结果，但是这种氧化反应速率不同，或成为燃烧，或成为一般氧化反应。剧烈的氧化反应，瞬时放出大量的热和光。近代链锁反应理论认为燃烧是一种游离基的链锁反应。链锁反应也称为链式反应，即在瞬间进行的循环连续反应。游离基又称自由基，是化合物或单质分子中的共价键在外界因素（如光、热）的影响下，分裂而成含有不成对电子的原子或原子团，它们的化学活性非常强，在一般条件下是不稳定的，容易自行结合成稳定的分子或与其他物质的分子反应生成新的游离基。当反应物产生少量的活化中心——游离基时，即可发生链锁反应。反应一经开始，就可经过许多链锁步骤自行加速发展下去，直至反应物燃尽为止。当活化中心全部消逝时，链锁反应就会终止。链锁反应机理大致可分为三段：

1．链引发。即生成游离基，使链式反应开始。生成的方法有热分解、光化法、放射线照射法、氧化—还原法、催化法等。

2．链传递。游离基作用于其他参与反应的物质分子，产生新的游离基。

3．链的终止。即游离基的消失，使链的反应终止。终止的原因一般是由于杂质的影响、抑制剂的掺入或游离基撞击器壁等。链锁反应有分支链的和不分支链两种。

近代燃烧理论认为，可燃物质的多数氧化反应不是直接进行的，而是经过一系列复杂的中间阶段反应；不是氧化整个分子，而是氧化链锁反应中间产物——游离基和原子。可见，燃烧是一种极复杂的化学反应，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中发生的物理现象。

二、燃烧的必要条件

任何物质发生燃烧，都有一个由未燃状态转向燃烧状态的过程。这一过程的发生必须具备三个条件，即可燃物、助燃物（氧化剂）、着火源。

（一）可燃物

凡是能与空气中的氧或其他氧化剂发生化学反应的物质称可燃物。可燃物按其物理状态分为气体、液体和固体三类。

1.气体可燃物。凡是在空气中能燃烧的气体都称为可燃气体。可燃气体在空气中燃烧，同样要求与空气的混合比在一定范围——燃烧（爆炸）范围，并需要一定的温度（着火温度）引发反应。

2.液体可燃物。液体可燃物大多数是有机化合物，分子中都含有碳、氢原子，有些还含有氧原子。液体可燃物中有不少是石油化工产品。

3.固体可燃物。凡遇明火、热源能在空气中燃烧的固体物质称为可燃固体，如木材、纸张、谷物等。在固体物质中，有一些燃点较低、燃烧剧烈的称为易燃固体。

（二）助燃物（氧化剂）

能帮助支持可燃物燃烧的物质，即能与可燃物发生反应的物质称为助燃物（氧化剂）。

1.空气或氧气。

2.其他氧化剂。

（三）着火源

着火源是指供给可燃物与氧或助燃物发生燃烧反应的能量，常见的是热能。其他还有化学能、电能、机械能和核能等转变成的热能。根据着火的能量来源不同。着火源可分为：

1.明火。

2.高温物体。

3.化学热能。

4.电热能。

5.机械热能。

6.生物能。

7.光能。

8.核能。

三、燃烧的充分条件

在某些情况下，虽然具备了燃烧的三个必要条件，但由于可燃物的数量不够，氧气不足，着火源的热量不大，温度不够，燃烧也不能发生，因此，燃烧的充分条件是：

（一）一定的可燃物浓度

可燃气体（蒸气）只有达到一定浓度，才会发生燃烧（爆炸）。如有可燃气体（蒸气），但浓度不够，燃烧（爆炸）也不会发生。如在20℃时，用明火接触煤油，煤油并不立即燃烧，这是因为煤油在20℃时的蒸气量，还没有达到燃烧所需的浓度，因而虽有足够的氧及着火源，也不能发生燃烧。

（二）一定的氧气含量

虽有氧气存在，但浓度不够，燃烧也不会发生。

（三）一定的着火能量

不管何种形式的点火能量必须达到一定的强度才能引起燃烧反应。否则，燃烧就不会发生。不同的可燃物所需点火能量的强度——即引起燃烧的最小着火能量不同。低于这个能量就不能引起可燃物燃烧。

（四）相互作用

以上三个条件要相互作用，燃烧才会发生和持续。

对无火焰燃烧可用经典三角形（如图1—1—1）表示三者关系。燃烧三要素（三边连接）同时存在，相互作用，燃烧才会发生。无火焰燃烧有三个特点：

（1）无链锁反应。

（2）氧在可燃烧的界面。

（3）可燃物为炽热的固体。

对有火焰燃烧，因燃烧过程中存在未受抑制的游离基（自由基）作中间体，因而燃烧三角形增加了一个空间坐标，形成燃烧四面体（如图2-1-1、图2-1-2所列）。

图2—1—1

图2—1—2

有火焰燃烧也有三个特点：

（1）燃烧过程中未受到抑制，形成连锁反应，存在游离基（自由基）。

（2）扩散并自动地连续着火，释放能量，达到有火焰燃烧的温度。

（3）可燃物呈蒸气或气体状态。