فكرة عن التفاعل الكيميائى فى الحريق ونظريتى الاشتعال و الاطفاء

بسم الله الرحمن الرحيم 

الاخوة الاحباء 

هناك حقيقة يجب أن نتعرف عليها , وهى أن نظرية الاشتعال قوامها أربعة عناصر رئيسية وهى ( المادة - الحرارة - الاكسجين- والعنصر الرابع وهو التفاعل الكيميائى 

التفاعل الكيميائى REACTION CHEMICAL

وتوافر الشروط لابد من أن يحدث للعوامل الثلاثة - مع ثبات قابلية المادة للإشتعال , أى توافر النسب المطلوبة من العناصر المشاركة فى التفاعل لإحداث الإشتعال وذلك على النحو التالى : -

1. درجة حرارة إشتعال المادة التى تنتج عندها الأبخرة .

2. درجة الحرارة المعرضة لها المادة .

3. نسبة الأُكسجين الكافية لحدوث الإشتعال بإتحادها مع المادة .

وفى حالة حدوث هذا التوافق , هنا يحدث التفاعل الكيميائى , الذى ينتج عنه الإشتعال .

وقد تجتمع العناصر الثلاثة , وفى حيز واحد , إلا أنه لا يحدث التفاعل الكيميائى , وذلك لعدم وجود التوافق الكيميائى بينهم .

ويعنى ذلك أن يكون عنصر الحرارة متوافر بقدر إدنى من درجة حرارة إشتعال المادة , كأن تكون درجة حرارة المصدر 40 ْ م , ودرجة الحرارة التى تشتعل عندها المادة 70 ْم , هنا تأثرت المادة بالحرارة ولكنها غير كافية لإشعالها .

وكذا قد تكون الحرارة مناسبة لإشعال المادة , كأن تكون درجة حرارة المصدر 40 ْ م , ودرجه الحرارة التى تشتعل عندها المادة 40 ْم أو أقل , إلا أن نسبة الأُكسجين اللازمة لعملية الإشتعال غير كافية أى أدنى من الحد المطلوب لعملية الإشتعال , كأن تكون أقل من 15% على سبيل المثال . 

ومما سبق نستنتج أنه لابد من وجود توافق بين النسب الكيميائية المطلوبة لإحداث النتيجة وهى الإشتعال , وهى على النحو التالى : - 

1. درجة حرارة إشتعال المادة .

2. درجة حرارة المصدر .

3. نسبة الأُكسجين فى المادة و البيئة المحيطة .

4. التفاعل الكيميائى

أُجريت العديد من الأبحاث العليمه لتفسير كيفية حدوث الإشتعال , وقد بدأت من مفهوم تعريف الإشتعال بأنه عبارة عن تفاعل كيميائى منتج للحرارة يحدث بين المادة القابلة للإشتعال والأُكسجين .

وهذه الأبحاث تناولت التحليل الكيميائى لنواتج الإشتعال , والتى أسفرت عن وجود جزيئات ناتجة عن إتحاد الأُكسجين مع ذرات عناصر أخرى , مثل ( ثانى أُكسيد الكربون - بخار الماء - ثانى أُكسيد الكبريت - أُكسيد النيتريك - أُكسيد الالومنيوم - أُكسيد السليكون ) .

يتطلب حدوث الإشتعال درجة حرارة عالية , ويجب أن يتم سريعا بدرجة كافية للتغلب على التبديد الحرارى المتوقع , بحيث لاتنخفض حرارة منطقة الإشتعال , مالم يتدخل مؤثر خارجى يعمل على الإخلال بالتوازن الحرارى , مثل عامل تبريد , مما قد ينتج عنه حدوث الإنطفاء .

ودرجة حرارة اللهب تمثل أهمية كبيرة إذ تعد العنصر المتحكم فى تفاعل الإشتعال , والممثل على النحو التالى فى حالة إشتعال الهيدروجين نتيجة إتحاده بغاز الأُكسجين : 

يد + أ2 ----- أ يد + أ

وهذا التفاعل يتأثر بشكل حاد بدرجة حرارة اللهب فأى نقص فى درجة الحرارة يسبب نقص حاد فى معدل تفاعل الإشتعال .

الرمز ( يد ) فى المعادلة يرمز الى ذرة هيدروجين حرة , وهى ليست كجزىء غاز الهيدروجين .

5. التفاعل التسلسلى 

والإشتعال عبارة عن تفاعلات تسلسلية سريعة تشمل ذرات الهيدروجين الحرة ( يد ) وذرات اكسجين حرة ( أ ) , ومشتقات الهيدروكسيل الحرة ( أ يد ) .

فعندما تدخل ذرة هيدروجين خلال مخلوط لغازى الهيدروجين والأُكسجين عند درجة حرارة عالية , يحدث تفاعل سريع فى جزء من الثانية , لتكوين عدد جزيئين من الماء ( يد2 أ ) , وثلاثة ذرات هيدروجين جديدة , وكل ذرة من الثلاثه تدخل فى تفاعلات تسلسلية مماثلة , ويستمر خروج ذرات الهيدروجين , وحدوث تفاعلات متسلسلة إضافية حتى يتم إستنفاذ المخلوط , مثال : -

1) يد + أ2 أ يد + أ

2) أ + يد2 أ يد + يد

3) أ يد+ يد2 يد2 أ + يد

وتحدث تفاعلات تسلسلية مشابهة فى كل الحرائق لمواد قابلة للإشتعال تحتوى على الهيدروجين والتى لاتخلو مادة قابلة للإشتعال منه إلا المعادن والكربون النقى , وتعتمد قدرة ذرات الهيدروجين الحرة على التضاعف سريعا فى ألسنة اللهب على درجة حرارة تلك الألسنة .

ويتمثل التفاعل التسلسلى أيضا فى إنطلاق هذه الحرارة بشكل إشعاعى فى كافة الإتجاهات , حيث يرتد جزء منها إلى اللهب فى إتجاه المادة المشتعلة , ويطلق على هذه الحالة ( التغذية الخلفية المرتدة ) , وهذا الجزء من الحرارة يعمل على إطلاق أبخرة جديدة من المادة القابلة للإشتعال , كما يعمل على رفع درجة حرارتها الى درجة حرارة الإشتعال الخاصة بها , وحال ذلك يتدفق الهوء الى منطقة إلتقاء ألسنة اللهب مع الأبخرة , حيث تبدأ الأبخرة المنتجة حديثا فى الإشتعال , وزيادة شدة وحجم اللهب , فى إحداث تفاعل تسلسلى , والأبخرة المشتعلة تنتج حرارة إضافية , والتى تولد أبخرة أكثر فأكثر , وهنا تبدأ الأبخرة المنتجة حديثا فى الإشتعال هى الأُخرى , ويحدث إزدياد حجم ألسنة اللهب , بادئة تفاعلا متسلسلا ينتج عنها حرارة جديدة تعمل على تبخير جديد للمادة القابلة للإشتعال , وإنتاج أبخرة أخرى , وإشتعالها , وتستمر هذه العملية متسلسلة لخروج الحرارة يليه خروج أبخرة المادة مشتعلة , وتستمر هذه العملية بدون إنقطاع طالما بقى جزء من المادة القابلة للإشتعال , وطالما توافر الأُكسجين , ويستمر الحريق فى الأزدياد والنمو على شكل لهب . 

" نظرية الإطفاء "

تبني نظرية الإطفاء على عكس نظرية الإشتعال تماما فبينما يتطلب استمرار الإشتعال توافر تجمع عوامله الرئيسية الثلاثة وهي المادة والحرارة والأُكسجين بالإضافة الى ضرورة استمرار سلسلة تفاعل اللهب نفسه نجد أن نظرية الإطفاء تبني على عزل أو إفقار عامل أو أكثر من عوامل مثلث الإشتعال ورغم أن العلم الحديث يجري التجارب العديدة المتواصلة لإمكان الإعتماد على نظرية كسر التفاعل التسلسلى للهب في عمليات الإطفاء , عن طريق صدمات الموجات الناتجة عن الإنفجارات .

وبصفة عامة , تعتمد عمليات إطفاء الحرائق على واحد أو أكثر من العوامل الآتية :

1- التجويع 

2- التبريد 

3- الخنق 

4- القضاء على التفاعل التسلسلى 

القضاء على التفاعل الكيمائى المتسلسل 

CHEMICAL CHAIN REACTION 

يستمر الحريق فى الإشتعال طالما العناصر الثلاثة (المادة ، الحرارة ، والأوكسيجين) موجودة بالنسب الصحيحة ، وينتج عن تفاعل هذه العناصر عناصر وجزيئات أخرى فعالة تعرف بالشقوق الطليقة Free Radicals ، ويعرف تفاعلها مع بعضها , بالتفاعل الكيميائى المتسلسل .

ويمكن تحطيم الشكل الهرمى للإشتعال وبالتالى إطفاء الحريق , وبمجرد تحقيق ذلك يقل إنتاج الحرارة مما يؤدى الى نقص الأبخرة المتولدة , وبالتالى يصبح مخلوط البخار مع الأُكسجين باردا , مما يؤدى إلى إطفاء الحريق , والوسائط الاطفائية التى تعمل على إنقضاء التفاعل التسلسلى , هى البودرة الكيمائية الجافة , وبدائل الهالون , وهذه الوسائط تهاجم التركيب الجزيئى للمركبات المكونة للتفاعل التسلسلى , وذلك بطرد الشقوق الطليقة للأُكسجين والهيدروكسيل .

وتكسير تلك المركبات يؤثر على قدرة النار على إنتاج ألسنة اللهب , ويجب أن يكون معلوما أن تلك الوسائط لاتقوم بتبريد الحرائق عميقة الأسطح أو حرائق السوائل التى تكون درجة حرارة الوسط المحيط بها أعلى من درجة حرارة إشتعالها , وفى تلك الحالة يجب إستمرار إستخدام الوسيط الإطفائى حتى تبرد منطقة الحريق طبيعيا . 

وقد تتمثل فى الأتى :

- تكون المخلوط الغازى مع الهواء لإقرار عملية الإشتعال .

- خروج شقوق طليقة من الإشتعال , يمكنها تكوين حريق أخر , مع كونها تدعم عملية الإشتعال .

- تقارب عناصر الإشتعال من بعضها بالدرجة المناسبة لعملية الإشتعال .

- تجانس وتآلف عناصر الإشتعال من ناحية المواصفات الكيمائية .

يتحقق القضاء على التفاعل التسلسلى بالاليات الأتية :-

1. البودرة الكيمائية الجافة .

- تخرج الكيمائيات الجافة تحت ضغط , وبذلك تعمل على إزاحة اللهب عن سطح الإشتعال والقضاء على الشقوق الطليقة . 

- اسلوب دفع المواد الكيمائية الجافة يحقق القضاء على التفاعل التسلسلى عن طريق حدوث تفاعل بين نواتج الإشتعال والمسحوق الكيمائى الجاف .

2. أبخرة السوائل الهالوجينية 

- جزيئات المادة تنقسم الى أجزاء نشطة , يطلق عليها الشقوق الطليقة , وهى تتفاعل بدورها مع الجزيئات الغير محترقة فإذا أمكن منع حدوث هذه التفاعلات يتم بالتالى إيقاف عملية الإحتراق , وأبخرة السوائل الهالوجينية تقوم بإيقاف نشاط الشقوق الطليقة التى تسبب إستمرار الإشتعال , ويتم الإطفاء نتيجة التفاعل الكيميائي الذي يحدث عند إتصالها بالشقوق الطليقة FREE RADICALS ، ويطلق على تلك الحركة النشطة سلسلة التفاعل CHAIN REACTION والتي تنتج التغذية المستمرة للحريق وتكفل إستمراره وعند تسليط تلك السوائل على سطح الحريق تتفاعل مع الشقوق الطليقة متحولة إلى أبخرة ، وبالتالي يتم القضاء على التفاعل التسلسلى وإطفاء الحريق.