 |
Самовозгорание химических веществ
|
|
|
|
Среди огромного множества химических соединений есть большая группа веществ, способных воспламеняться (взрываться) и гореть при взаимодействии с кислородом воздуха, водой и другими веществами. Обычно считают склонными к химическому самовозгоранию вещества и материалы с температурой самонагревания ниже 50 °С.
Вещества, воспламеняющиеся при взаимодействии с воздухом
К ним относятся:
• Щелочные металлы - калий, рубидий и цезий.
• Карбиды и гидриды щелочных металлов.
• Порошкообразные металлы - цинк, алюминий, железо, никель,
кобальт, титан, цирконий
• Сульфиды металлов - серный колчедан или пирит FeS2.
• Белый (желтый) фосфор.
• Фосфины, силаны, арсин и др.
Так, например, гидриды щелочных металлов - натрия, калия, рубидия и цезия интенсивно взаимодействуют с влагой воздуха по реакции:
МеН + Н2О ¾® МеОН + H2.
Среди сульфидов металлов серный колчедан или пирит FеS2 является компонентом ископаемых углей и руд черных и цветных металлов. Другие сульфиды железа - FeS и Fe2S3 - образуются в технологических аппаратах, трубопроводах и резервуарах, где перерабатываются, транспортируются и хранятся серосодержащие вещества (высокосернистые нефти и нефтепродукты, сероводородсодержащие газы и др.). При температурах до 200°С органическая сера гидролизуется с выделением сероводорода, который реагирует с продуктами коррозии железа с образованием сульфида:
2Fe(OH)2 + 3H2S ® Fe2S3+ 6H2O.
При температуре выше 200°С органическая сера способна выделяться в чистом виде и вступать с железом в реакцию:
Fe+S ® FeS + 100 кДж.
Сульфиды железа легко самовозгораются на воздухе, что является довольно частой причиной пожаров и взрывов в горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, а также на транспорте. Сульфиды многих других металлов также склонны к самонагреванию и самовозгоранию, особенно в измельченном состоянии и при соприкосновении с влажным воздухом.
|
|
|
Вещества, воспламеняющиеся и вызывающие горение
при воздействии на них воды
К ним относятся:
• Щелочные металлы.
• Гидриды и карбиды щелочных и щелочноземельных металлов.
• Металлоорганические соединения и др.
Щелочные металлы реагируют с водой с выделением водорода и большого количества теплоты по общей схеме:
2Ме + 2Н2O ® 2МеОН + H2 + Q.
Многие металлоорганические соединения чрезвычайно чувствительны к кислороду - производные щелочных и щелочноземельных металлов, некоторых элементов 3 и 5 групп периодической системы. Низшие их алкильные производные (метилаты, этилаты и другие) самовоспламеняются на воздухе. Производные щелочных и щелочно-земельных металлов, а также Be, Mo, Zn, Cd, Ga, In бурно реагируют с водой, причем многие из них с самовоспламенением выделяющегося углеводорода.
Помимо упомянутых имеется большая группа пожароопасных веществ, энергично взаимодействующих с водой с выделением самовоспламеняющихся на воздухе газов. Например, силициды металлов (Mg2Si, Fe2Si и т.д.) разлагаются водой с образованием силана, который самовозгорается на воздухе:
Mg2Si + 4Н2О ® 2Mg(OH)2 + SiH4 + 646 кДж,
SiH4 + 2O2 ® SiO2 + 2Н2O + 1517 кДж.
Некоторые неорганические соединения сильно разогреваются при взаимодействии с водой, как, например оксид кальция СаО (негашеная известь). При попадании небольшого количества воды на негашеную известь она разогревается до яркого свечения и может поджечь соприкасающиеся с ней горючие материалы.
Вещества, самовозгорающиеся при контакте друг с другом
К ним относятся, в основном, различные окислители: кислород, галогены, перекись водорода, азотная кислота и ее соли, марганцовокислый калий, хромовый ангидрид, соли хлоркислородных кислот и др. Сами они негорючие, но при контакте с органическими веществами вызывают их химическое возгорание.
|
|
|
Чистый кислород чрезвычайно пожароопасен. Многие негорючие на воздухе вещества становятся горючими в атмосфере кислорода (железо). Наиболее опасен кислород в сжатом и сжиженном состоянии. Так, минеральные масла воспламеняются при контакте со сжатым кислородом и взрываются со сжиженным.
Галогены - хлор, бром, фтор, йод. Наиболее широко в промышленности применяется хлор. Смеси горючих газов (водород, метан, этан, этилен, ацетилен и другие) с хлором самовоспламеняются под воздействием света (т.е. эти реакции фотокаталитические). Некоторые из них, например, с водородом, протекают со взрывом.
Н2 + Сl2 ® 2НСl + Q.
Характерной особенностью горения углеводородов в хлоре является выделение значительных количеств чистого углерода в виде копоти.
Многие металлы и неметаллы самовозгораются в среде галогенов. При этом образуется соответствующий галогенид и выделяется большое количество теплоты. Некоторые органические галогенпроизводные взрываются при контакте со щелочными металлами, например, тетрахлорэтан.
Пероксид водорода Н2О2 - сильный окислитель, обычно выпускается в виде 30 % раствора в воде (пергидроль). Нестойкое соединение, легко разлагается в присутствии следов тяжелых металлов (меди, железа, марганца, металлов группы платины и других) и их ионов с выделением атомарного кислорода. При концентрациях 65 % и выше перекись водорода вызывает самовозгорание многих горючих веществ: бумаги, древесных опилок, ветоши, спиртов и др.
Азотная кислота HNO3 - сильный окислитель. Концентрированная азотная кислота энергично действует на многие металлы и неметаллы. Органические вещества (солома, бумага, древесные опилки и стружки, уголь, масла, скипидар, этиловый спирт и др.) при ее воздействии разрушаются и воспламеняются.
Соли азотной кислоты (нитраты, селитры) менее активны, чем азотная кислота. Из них наиболее широко применяются калиевая КNО3, аммиачная NH4NO3 и натриевая NaNO3 селитры, главным образом в качестве минеральных удобрений и компонентов промышленных взрывчатых веществ. Смеси селитры со многими порошкообразными горючими материалами (серой, древесным углем, сажей и др.) взрываются при нагревании, от удара и трения с выделением большого количества раскаленных газов.
|
|
|
Перманганат калия КМnO4 вызывает самовозгорание многоатомных спиртов (этиленгликоля, глицерина и т.д.). При взаимодействии его с аммиачной селитрой образуется очень чувствительный к нагреванию, удару и трению перманганат аммония NH4MnO4.
Хромовый ангидрид СrO3 - очень сильный окислитель. При контакте с ним возгораются все классы кислородсодержащих органических соединений: спирты, эфиры, кислоты и др.
Хлораты и перхлораты - соли соответствующих хлоркислородных кислот: хлорноватой НСlO3 и хлорной НClO4. Хлораты и перхлораты (гипохлориты) относятся к сильнейшим окислителям, по своему поведению аналогичны селитрам.
Рассмотренный перечень веществ, естественно, далеко не полный, количество их неизмеримо больше. Более полная информация об этих, а так же о пожароопасных свойствах других веществ содержится в справочной и специальной литературе.
|
|
|
