燃烧与爆炸学笔记

2025年1月1209:54:06发布者:韩信 28 views 举报
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燃烧与爆炸学笔记

一、燃烧基础认知

1 )燃烧的本质与特征

燃烧的本质

氧化还原反应核心:燃烧本质上是一种剧烈的氧化还原反应。

在这个过程中,可燃物中的元素失去电子被氧化,而氧化剂(通常

是氧气)中的元素得到电子被还原。例如,碳在氧气中燃烧,碳元

素从 0 价变为 +4 价(如生成二氧化碳),氧元素从 0 价变为 -2

价。这种电子的转移伴随着能量的变化,以光和热的形式释放出

来。

化学键的断裂与形成:从微观角度看,燃烧涉及到可燃物分子

内化学键的断裂以及新化学键的形成。以甲烷燃烧为例,甲烷

CH₄ )分子中的碳氢键断裂,氧分子中的氧氧键断裂,然后碳与氧

结合形成二氧化碳分子中的碳氧双键,氢与氧结合形成水分子中的

氢氧键。化学键断裂需要吸收能量,而新化学键形成会释放能量,

在燃烧过程中释放的能量远大于吸收的能量,从而产生大量的热。

燃烧的特征

发光:燃烧过程中会发出可见光。这是因为反应过程中产生了

高温,使部分物质被激发到高能态,当这些物质跃迁回低能态时就

会发射出光子,从而产生光。例如,氢气在氯气中燃烧会发出苍白

色火焰,这是由于反应产生的氯化氢分子在高温下发光。不同的可

燃物和燃烧条件会导致发光的颜色和强度有所不同。

发热:如前面所述,由于燃烧是氧化还原反应且释放能量大于

吸收能量,所以会产生大量的热。这些热量可以使周围环境温度升

高,可用于加热、取暖等用途。例如,在锅炉中燃烧煤炭,产生的

热量用于将水加热成蒸汽,进而驱动汽轮机发电。

火焰:火焰是燃烧的一个典型特征。它是可燃气体或蒸气在燃

烧时形成的发光、发热的区域。火焰的形状、颜色和大小取决于可

燃物的种类、燃烧条件等因素。例如,乙炔在氧气中燃烧时火焰明

亮且温度极高,可用于金属切割;而乙醇燃烧的火焰相对较柔和。

火焰由内焰、外焰等不同部分组成,内焰温度相对较低,外焰温度

较高,因为外焰与氧气接触更充分,燃烧更完全。

2 )燃烧三要素及其相互关系

燃烧三要素

A. 可燃物: 定义:凡是能与空气中的氧或其他氧化剂起燃烧反应的

物质。其种类繁多,包括固体、液体和气体。固体可燃物如木材,

其主要成分是纤维素等有机化合物,这些化合物含有碳、氢、氧等

元素,在适当条件下能够与氧气发生剧烈反应。液体可燃物如汽油,

是多种碳氢化合物的混合物,具有较强的挥发性,其挥发出来的蒸

气能够与空气形成可燃混合气。气体可燃物如氢气,具有易燃性和

高能量密度的特点,在氧气中燃烧时反应极为剧烈。 特性 :不同的

可燃物具有不同的燃烧特性,例如闪点、燃点和自燃点等。闪点是

指可燃液体表面挥发出的蒸气与空气形成的混合物遇火源能够闪燃

低温度,它反 了液体的易燃程度。燃点 是指可燃物 开始持

燃烧所需的 低温度,一 高于闪点。自燃点是指可燃物在

外部火源的 情况 下自 燃烧的 低温度,一些物质如白 ,自燃点

较低,在空气中 易自燃。

B. 燃物:

主要 燃物: 常见的 燃物是氧气,在空气中 约占 21% 的体

。氧气具有 强的氧化性,能够与可燃物发生氧化还原反

应, 支持 燃烧过程。例如,在 蜡烛 燃烧过程中, 蜡烛 中的 类物质

与空气中的氧气反应,生成二氧化碳和水, 释放出大量的能量。

其他 燃物: 了氧气外,一些其他物质在特定条件下

燃物。例如, 气是一种 氧气更强的氧化剂,能与 多物质

发生剧烈反应 并支持 燃烧;在 些金属燃烧反应中,如 在二氧化

碳中燃烧,二氧化碳充当了 燃物, 与二氧化碳发生 置换 反应,

生成氧化 和碳,同时释放出大量的热。

C. 火源:

类型: 火源是使可燃物和 燃物发生燃烧反应的能量来源,

包括明火、高温物体、电火 电火 等。明火如 火机火焰、

蜡烛 火焰等, 提供 够的能量来 发燃烧反应。高温物体如

热的 铁块 、加热的电 阻丝 等,当可燃物接触到这些高温物体时,

可能会被加热到其燃点以上从而 发燃烧。电火 是在电气 设备工

过程中或电 路短路 、断 时产生的,其能量 以使可燃混合气发

生电 离并引 发燃烧反应。 电火 花则 是由于物体 之间 摩擦 、分

等过程产生 积累 ,当 电电 压达 到一定程度时发生放电 现象

产生的火 可能 发燃烧,例如在加油 ,由于油 动和 罐装

过程 易产生 电,如 果静 电不能及时导 ,就可能 发汽油蒸气

的燃烧。

能量要 不同的可燃物和燃烧条件对 火源的能量要

同。一些易燃物质如氢气、乙炔等,对 火源的能量要 较低,

易被点燃;而一些较 燃烧的物质 需要较高能量的 火源

发燃烧反应。

三要素相互关系

A. 相互 依存 :燃烧的三要素 一不可, 有当可燃物、 燃物和

火源同时 到一定的条件时,燃烧 能发生。例如,在一

个充 满氮 气( 氧气 燃物)的环境中, 使有可燃物和

源,燃烧 不会发生;同 ,如 果没 有可燃物, 有氧气和 火源,

不可能产生燃烧 现象 ;而 火源,可燃物和 燃物

相对 定的状态,不会自 发生燃烧反应。

B. 相互 :可燃物与 燃物 之间 的化学反应是燃烧的核心过程,

火源 动这个化学反应的触发条件。一 燃烧 开始 ,可燃

物的燃烧反应会释放出热量,这些热量 可能维 燃烧过程 使周

围的可燃物 到燃点,从而使燃烧 持续 下去。例如,在火 中,

一部分可燃物燃烧产生的热量会使 附近 的其他可燃物 热分 解并

放出可燃气体,这些可燃气体与空气混合后 会在 火源(如火焰

蔓延 )的 用下 继续 燃烧,导致火 势扩 大。同时, 燃物的

影响 燃烧的强度和 度,在氧气充 情况 下,可燃物的燃烧会

更加剧烈;反 ,氧气不 时,燃烧可能会变得 缓慢甚至熄灭

二、燃烧反应类型

1 )闪燃 现象 与原

闪燃 现象

A. 呈现 :闪燃在 实际场景 分明 ,如在 放油 松香

等易燃液体的 仓库 若管理 量液体 泄漏并 挥发,当有 人持

火机 靠近 时, 瞬间 会出 现短暂 的火焰闪 ,如同 空中的 流星划

过,随 即熄灭

B. 特征 剖析 :其发生 之快 往往 人尚未 完全反应过来时就

持续 多在 1 - 3 内。产生的火焰亮度相对较低且火焰高

度有 ,不过这看 的闪燃 却犹 预警 角, 提示 着周围

在易燃蒸气与火源接触的 危险 不及时 处理 ,极有可能

严重

闪燃原

A. 蒸气产生机 :液体的蒸气 特性是关键因素。以常见的乙醇为

例,随着环境温度升高,乙醇分子 得更多能量, 动加剧,更易

挣脱 液体表面的 束缚 气相空 。同时,液体表面 积越 大,在相

同条件下挥发的分子 多,形成的蒸气量 也越 大。当这些蒸气

在一定空 内与空气混合 并达 到特定 围时,就 成了闪燃的

物质基础。

B. 火源触发本质 :火源就 是一 把开启 闪燃反应的 钥匙 。当火源的

能量 传递给 可燃混合气时,混合气中的分子被激 开始 发生氧化

还原反应。 由于 时可燃蒸气的 度可能 临界 状态, 如汽

油蒸气在空气中的 度接 其下 限但未达 定燃烧所需的充

度,或 环境通 等因素 限制 了火焰 传播 所需的氧气 应和热量

,使得燃烧反应 短暂 呈现 出一闪 即灭 的闪燃 现象

2 )着火过程及条件

着火过程

A. 阶段 :可燃物在外 热源 用下 开始 吸收热量,温度 逐渐

高。例如,一 木材 靠近 火源时,火焰的热 射以及热对 会使木

材表面的分子 开始获 得能量,分子 动加剧,木材内部的温度 也慢

上升。在这个过程中,可能会伴随一些物 变化,如水分蒸发等。

随着温度进一 升高,木材中的一些不 定成分可能 开始 发生 初步

的分 反应,产生 量可燃气体, 但此 时还 未达 到着火点,不会发

生燃烧反应。

热分 解阶段 :当温度升高到一定程度,可燃物内部的化学键 开始

裂,发生热分 反应,生成更多的可燃气体和一些固态或液态的中

产物。以煤炭为例,在 热后,其中的 复杂 有机化合物 逐渐

释放出甲烷、一氧化碳等可燃气体,以及一些 油类物质。这个

持续 ,随着热分 的进 ,可燃气体的 逐渐增 加,

周围环境中的氧气 也开始 与这些可燃气体进 一定程度的混合和反

应, 反应 度较 ,还 形成大 规模 的燃烧火焰。

B. 着火 阶段 :当可燃气体与氧气的混合 到一定 例,且温度

到或 过可燃物的着火点时,燃烧反应 迅速 加剧,火焰 开始 形成

并稳 定燃烧。例如,对于 然气(主要成分是甲烷),在空气中的

积浓 5% - 15% 之间 ,且遇到火源或温度 537

(甲烷的着火点)时,就会发生着火 现象 ,从 部的小 围反应

速扩展 个混合气的剧烈燃烧,火焰 持续存 释放出大量的光

和热。

着火条件

A. 可燃物自 特性 :不同的可燃物具有不同的着火点和热 定性等

特性。 如,白 的着火点 低, 40 ,在常温下

热就 易着火;而 红磷 的着火点 相对较高, 240

一些高分子材 ,如 ,在高温下会发生 化、分 等变化,

其着火过程和条件 简单 的小分子可燃物有所不同,它的分

物较为 复杂 ,且着火点会 到材 的分子结 、结 度等因素 影响

外部环境因素:

B. 温度 够高的温度是着火的关键因素 一。环境温度 高,可

燃物 到着火点所需的时 间越短 。例如,在 热的 夏季 ,一些易燃

物在 外环境中更 易发生着火 事故 ,因为高温环境为其 提供 了更

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