cu toții am auzit de foc și îl vedem aproape în fiecare zi în chibrituri, brichete, artificii, plite cu gaz și șeminee. Dar această reacție aparent simplă este de fapt un eveniment științific complex.

ce este exact focul?

focul este o reacție exotermă, auto-perpetuantă, care se întâmplă atunci când un combustibil solid, lichid sau în fază gazoasă suferă o oxidare rapidă. Aceasta este cunoscută sub numele de combustie, iar reacția eliberează căldură, lumină și alte reacții chimice.

în timp ce permite alte reacții să aibă loc, arderea este caracterizată în principal ca combinarea materialelor combustibile cu un agent oxidant.

când combustibilul și un agent oxidant sunt încălzite după o anumită temperatură, apar reacții chimice exoterme și sunt menținute de energia termică suplimentară pe care o generează continuu.

prin urmare, pentru ca un foc să fie produs din combustie, aceste patru elemente sunt esențiale. Această relație poate fi conceptualizată în tetraedrul de foc.

Modelul tetraedru de foc

tetraedrul de foc este o reprezentare a elementelor necesare pentru producerea unui incendiu. Cele patru fețe ale tetraedrului sunt combustibil, un agent oxidant (de obicei oxigen), energie termică și o reacție în lanț neinhibată.

de ce focul are nevoie de combustibil?

combustibilul se referă la un material inflamabil sau combustibil care este utilizat pentru a începe procesul de ardere. În timp ce combustibilul poate fi solid (lemn), lichid (benzină) sau gaz (propan), materialele vor arde numai în faza de vapori. Aceasta înseamnă că, pentru ca focul să înceapă, trebuie să existe o fază gazoasă combustibilă.

faza gazoasă se realizează atunci când un material este încălzit și-a depășit punctul de aprindere pentru a exercita o presiune de vapori care se poate aprinde în aer și susține arderea.un exemplu de material combustibil solid, și poate cea mai comună formă de combustibil, este lemnul. Acest compus are molecule cu greutate moleculară mare, care includ materiale precum ligninele și celuloza carbohidrată naturală.

pentru ca lemnul să ajungă la faza gazoasă necesară, aceste materiale trebuie să fie supuse descompunerii termice prin piroliză. Acest lucru se întâmplă atunci când lemnul este încălzit dincolo de punctul său de aprindere, ceea ce face ca celuloza și alte materiale să se descompună în molecule mici care pot exista apoi în fază gazoasă. Când aceste gaze ating temperatura de aprindere, începe arderea.

energia termică

energia termică este necesară pentru a porni aprinderea combustibilului și pentru a ajunge la temperatura minimă necesară pentru a deveni auto-susținută. Aceasta este denumită temperatura de aprindere.

energia termică este produsă în timpul arderii, deoarece reacția este exotermă. Căldura este eliberată atunci când legăturile chimice sunt rupte și formate în timpul reacțiilor chimice. Deoarece aceste reacții sunt în desfășurare, arderea eliberează mai multă căldură decât este necesară pentru a susține un incendiu. Aceasta este ceea ce face ca un foc să se auto-perpetueze și, de asemenea, ceea ce îl face fierbinte.

ce este un agent oxidant?

este necesar un agent oxidant pentru a susține arderea prin reacția cu combustibilul. Oxigenul din aer este cel mai frecvent agent utilizat. Odată ce gazele volatile eliberate de combustibil au atins temperatura de aprindere, moleculele compusului se descompun și se recombină cu oxigenul pentru a forma vapori de apă, dioxid de carbon, diverse produse de ardere și mai multă căldură. Acest proces se numește oxidare și poate fi recunoscut ca ardere și fum.

reacție în lanț neinhibată

fața finală a tetraedrului este reacția în lanț neinhibată care este activată de reacția dintre combustibil, căldură și oxigen. O reacție în lanț neinhibată se referă la capacitatea de auto-perpetuare a arderii.datorită reacțiilor continue care au loc între combustibil și oxigen, care generează cantități excedentare de energie termică, flacăra va fi întotdeauna suficient de fierbinte pentru a menține combustibilul la temperatura de aprindere. Prin urmare, focul va continua să ardă atâta timp cât există suficient combustibil și oxigen disponibil. Acest proces se termină în mod similar atunci când aceste surse au fost cheltuite.

conflagrație: cum se răspândește focul?

pericolul acestor reacții chimice este faptul că se auto-susțin. Focul se poate răspândi tocmai din cauza reacției în lanț neinhibate care apare din combustie și din energia termică care menține combustibilul deasupra punctului de aprindere.

căldura flăcărilor este capabilă să încălzească combustibilul din jur, indiferent dacă este lemn din apropiere sau lichide inflamabile. Dacă acest combustibil din apropiere este încălzit a trecut de punctul său de aprindere, gazele volatile vor fi eliberate pe măsură ce combustibilul intră în faza gazoasă. În acest moment, flăcările sunt capabile să aprindă gazul și să se răspândească. Atâta timp cât există combustibil și oxigen disponibil, focul se poate propaga.

când vine vorba de modul în care focul călătorește, totul se reduce la gravitație. Gazele fierbinți din foc sunt mai calde și mai puțin dense decât aerul din jur. Prin urmare, se deplasează în sus până unde există o presiune mai mică. Acesta este motivul pentru care focul călătorește în sus și, de asemenea, de ce flăcările sunt îndreptate.

Chimie flacără

există o varietate de culori asociate cu flăcări. Acestea depind de compoziția chimică a combustibilului ars, de produșii de reacție Generați și de căldura la care arde. De exemplu, culoarea albastră în flăcări se datorează prezenței carbonului și hidrogenului, dar indică, de asemenea, că este cea mai fierbinte parte a flăcării. Dacă ar fi ars compuși de cupru, pe de altă parte, flăcările ar fi verzi.

variația culorii într-o flacără se datorează temperaturii inegale. Un exemplu tipic în acest sens este atunci când un incendiu suferă o combustie incompletă. Acest lucru se întâmplă atunci când nu există suficient oxigen pentru a ține pasul cu arderea combustibilului și este frecvent văzut în focurile de tabără. Acest lucru se datorează faptului că există doar 21% oxigen în atmosfera noastră și, deși acest lucru este suficient pentru a provoca oxidarea, nu este suficient să ținem pasul cu multiplele reacții chimice care au loc în timpul arderii.

fiind incapabil să reacționeze cu oxigenul, o parte din combustibil se carbonizează cu el însuși pentru a crea funingine. Funinginea devine extrem de fierbinte și începe să emită o lumină albă vizibilă. Particulele de funingine care se ridică în aer încep să se răcească, determinând trecerea spectrului lor de emisie la infraroșu. Acesta este motivul pentru care partea de sus a unui foc este de obicei roșie, în timp ce partea de jos este mai galben-albă. Când există o combustie completă, ceea ce înseamnă că există o cantitate suficientă de oxigen, flacăra va arde albastră. Modificările culorii flăcării cauzate de ratele de ardere sunt cel mai ușor de văzut în arzătoarele Bunsen, unde puteți controla manual cantitatea de oxigen care este alimentată în flacără.