燃燒的木頭

燃燒(Combustion)是一個快速放熱過程,是可燃物氧化劑相互做氧化还原化學反應時,化學能快速釋放熱能辐射能的過程。由於化學能位能,而熱能辐射能動能,宏觀而言燃燒是位能轉換為動能的過程。

傳熱的速度會造成燃燒定義的灰色地帶——鐵因為有氧化作用可視作燃燒,儘管其傳熱極其緩慢;而僅傳熱而完全不氧化的電燈泡(電燈泡內無氧)則不是燃燒。[1]

燃燒需要三種要素並存才能發生,分別是可燃物如燃料、助燃物如氧氣、以及溫度要達到燃点。燃燒三要素並稱為火三角。助燃物是燃燒反應中的氧化劑,氧氣是燃燒反應中最常見的助燃物,但其他化合物也可能是助燃物,例如鎂帶可以在二氧化碳中燃燒,此時二氧化碳即為助燃物。

在一個完整的燃燒反應中,一物質和氧化劑(如氧氣、氟氣)反應,其生成物為燃料的各元素氧化反應後的產物。例如:

能量
能量

然而在真實情況下不可能達到完整的燃燒反應。當燃燒反應達到化學平衡時,會產生多種主要和次要產物;例如燃燒時會產生一氧化碳和煤煙。此外,在大氣中發生燃燒反應時,因為大氣中含有78%的氮氣的緣故,會產生各式各樣的氮氧化物氮化物

分類——按能量傳遞方式编辑

燃燒過程所轉化的能量有兩大傳遞方式:

緩燃编辑

緩燃(Deflagration)以傳熱方式、低於音速地燃燒,日常絕大部份火災皆屬緩燃,可以有但不必全有光(即火焰)、熱、煙。低於音速的爆炸亦屬緩燃。與另一大能量傳遞方式都有俗稱爆燃而彼此混淆。而悶燒(Smouldering)特指冒但沒光(即沒火焰)的火。

爆轟编辑

爆轟(Detonation)以衝擊波方式、超音速燃燒。超音速的爆炸亦屬爆轟。與另一大能量傳遞方式都有俗稱爆燃而彼此混淆。

緩燃向爆轟轉捩编辑

緩燃向爆轟轉捩英语deflagration to detonation transition(DDT,Deflagration to detonation transition)

分類——按化學反應是否完整编辑

完全燃燒编辑

 
甲烷的燃燒

完全燃燒是指燃料和充量的助燃物完全進行燃燒反應。當碳氫化合物在氧氣中燃燒時,一般會產生二氧化碳。化學元素在燃燒時多半會生成氧化物﹐例如碳會變成二氧化碳﹐硫會變成二氧化硫﹐鐵會變成氧化鐵。若助燃物是氧氣時,氮一般是視為不會燃燒,但若助燃物是空氣時,會形成少量的氮氧化物NOx)。

燃燒後的產物不一定是氧化數最高的氧化數,而且形成的氧化數和溫度有關。例如將硫在空氣中燃燒,不容易形成三氧化硫。在溫度超過2,800 °F(1,540 °C)時,會開始產生NOx,更高溫時的NOx更多。NOx的量也會隨氧过量的比例而變[2]

不完全燃燒编辑

如氧氣不足(即不完全燃燒),則產生一氧化碳,足以在一到兩個小時內在一般住宅空間導致昏迷[3]

本质编辑

连锁反应理论编辑

近代的连锁反应理论将燃烧解释为游离基链式反应,在反应过程中发光、放热。这个理论将燃烧的链式反应分为三个阶段:“链引发”、“链传递”、“链终止”。

链引发阶段即产生游离基并形成反应链的阶段。产生游离基的方法有很多,包括但不限于点燃光照辐射催化加热。少数物质间会自发化合引发燃烧,如氟气氢气在冷暗处就能剧烈燃烧引发爆炸。

链传递阶段,游离基反应的同时又产生更多的游离基,使燃烧持续甚至扩大。

链终止阶段,游离基失去能量或者所有物质反应尽,没有新游离基产生而使反应链断裂,反应结束。

參見编辑

相關概念

機器及設備

参考编辑

  1. ^ 吳玉祥. 消防工程. 五南圖書出版股份有限公司. 2005: 17. ISBN 978-957-11-3936-4. 
  2. ^ The formation of NOx. Alentecinc.com. Retrieved on 2010-09-28.
  3. ^ 103年警察特考三等消防警察. 104年一般警察四等行政警察人員歷年試題合輯. 千華數位文化. 2015: 191.