Khái niệm về sự cháy nổ

Nhà bác học người Nga M.V. Lômônôxốp (1711 – 1765) là người có giải thích đúng đắn về sự cháy. Theo ông: “cháy là một phản ứng hóa học có tỏa nhiệt và chiếu sáng”.

Quá trình nghiên cứu sau Lômônôxốp, người ta nhận thấy các chất cháy không chỉ cháy với oxy mà còn có thể cháy trong môi trường của những chất oxy hoá khác như: Clo, Brôm, Lưu huỳnh v..v..

Do vậy ngày nay người ta đã định nghĩa: “cháy là tổng hợp của các quá trình biến

đổi lý hoá phức tạp có tỏa nhiệt và phát ra ánh sáng”.

Nổ cũng là sự cháy nhưng ở tốc độ nhanh hoặc rất nhanh, làm tăng thể tích một cách đột ngột trong một không gian hạn chế. Đám cháy phát triển rất nhanh trong một khoảng thời gian cực ngắn, lúc này nhiệt độ tại tâm đám cháy tăng lên một cách nhanh chóng làm tăng áp xuất của điểm cháy lên – quá trình nổ xảy ra ngay lúc đó.

Sản phẩm của cháy gồm Cacbonic (CO2), hơi nước (H2O), Nitơ ở dạng ion và một số chất khác.

1.   Những yếu tố cần thiết cho sự cháy.

Sự cháy muốn xảy ra và tồn tại cần phải có 3 yếu tố là: chất cháy, chất ôxy hoá, nguồn nhiệt.

a)  Chất cháy: Là những chất có khả năng tham gia phản ứng với chất ôxy hoá, khi cháy, nổ, bị biến đổi thành phần hoá học tạo ra sản phẩm cháy đồng thời giải phóng năng lượng nhiệt và phát xạ ánh sáng. Chúng ta có thể phân loại chất cháy theo trạng thái tồn tại và khả năng cháy của các chất cháy như sau :

•   Chất Cháy Rắn: các chất này thường có các thành phần cấu tạo từ các nguyên tố : C, H, S, O, N.

•   Chất Cháy Lỏng: là những chất cháy ở trạng thái lỏng như xăng, dầu, rượu, benzen, chất cháy lỏng bao giờ cũng bốc hơi sau đó mới tham gia phản ứng cháy, cho nên quá trình cháy của các chất lỏng lan nhanh và liên tục.

•   Chất Cháy Khí: là chất cháy dễ dàng kết hợp với không khí hoặc các chất ô xy hoá khác thành hỗn hợp cháy. Theo một tỷ lệ nhất định nào đó của chất cháy khí hoặc các chất ô xy hoá ở dạng khí có thể gây nguy hiểm về nổ.

b)  Chất Ôxy hoá: Là những chất có khả năng ôxy hoá chất cháy. Trong phản ứng cháy với các chất cháy chúng là những chất nhận thêm được điện tử hoá trị; ví dụ ôxy ở dạng nguyên chất, ôxy trong không khí, các chất trong nhóm Halogen (Clo, Flo – Brôm …), các chất chứa ôxy (như KmnO4, KclO), các chất này dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ phân tích và giải phóng ra ôxy.

Trong thực tiễn các đám cháy thường xảy ra ở môi trường không khí với chất ôxy hoá ở đây là ôxy trong không khí. Về thành phần, trong một đơn vị thể tích không khí ôxy (O2) chiếm 21%, Nitơ (N2)  chiếm 78% còn lại

1% là các khí trơ khác. Khi tỷ lệ O2 trong không khí giảm xuống đến dưới

14% thì đa số sự cháy không còn tồn tại nữa.

c)  Nguồn nhiệt: Là những nguồn cung cấp năng lượng nhiệt cần thiết cho phản ứng cháy. Nguồn nhiệt có thể là nguồn nhiệt trực tiếp (ngọn lửa, tia lửa điện, kim loại nung nóng…) hoặc nguồn nhiệt gián tiếp như nhiệt độ do ma sát, do phản ứng hoá học sinh ra.

2.   Điều kiện cần thiết cho sự cháy.

Ba yếu tố cần thiết cho sự cháy nêu trên chỉ là điều kiện cần của sự cháy. Nghĩa là nếu có đủ 3 yếu tố này sự cháy chưa chắc đã xảy ra mà nó cần phải có những điều kiện đủ sau đây:

a)  Tiếp xúc: Chất cháy, chất ôxy hoá, nguồn nhiệt phải trực tiếp xúc và tác dụng với nhau, nếu không có sự tiếp xúc giữa chúng thì sẽ không có phản ứng hoá học và cháy không xảy ra.

b)  Thời gian tiếp xúc: thời gian tiếp nhiệt phải đủ lớn để phản ứng hoá học xảy ra, cho tới khi xuất hiện ngọn lửa.

c)  Công suất nguồn nhiệt: Chất cháy và chất ôxy hoá phải được nung nóng với một nhiệt độ nhất định . Nhiệt độ này gọi là nhiệt độ tự bốc cháy của hỗn hợp. Mỗi hỗn hợp có một nhiệt độ tự bốc cháy khác nhau. Tại nhiệt độ tự bốc cháy hỗn hợp có phản ứng ôxy hoá có tốc độ đủ lớn để giải phóng ra một nhiệt lượng đủ để nung nóng hỗn hợp cho đến xuất hiệnsự cháy.

d)  Nồng độ chất ôxy hoá: nồng độ chất ôxy hoá phải đảm bảo một giới hạn nào đó để duy trì sự cháy. Đối với các chất cháy khác nhau nồng độ ôxy hóa đòi h ỏi khác nhau, nhưng đa số các chất cháy không cháy được nữa khi nồng độ ôxy trong không khí giảm xuống còn 14%.

e)  Nồng độ chất cháy: trong hỗn hợp cháy nếu nồng độ chất cháy quá ít hoặc quá nhiều so với nồng độ chất oxy hoá thì tốc độ của phản ứng hoá học xảy ra sẽ không đạt tới một giá trị tối thiểu nào đó đối với mỗi hỗn hợp để hình thành sự cháy.

Như vậy điều kiện cần và đủ để sự cháy xảy ra và tồn tại phải có đầy đủ 3 yếu tố và 5 điều kiện cần thiết cho sự cháy. Lửa không thể tồn tại mà không có tất cả những yếu tố tại chỗ và đúng theo tỷ lệ. Ví dụ, một chất lỏng dễ cháy sẽ bắt đầu cháy chỉ khi nhiên liệu và oxy là đúng theo tỷ lệ.