燃焼、燃焼の難易・燃焼の形態

~乙種第4類危険物取扱者試験~燃焼、燃焼の難易・燃焼の形態~

乙種第4類・危険物取扱者における「燃焼、燃焼の難易・燃焼の形態」について解説しています。試験に出やすいポイントをまとめていますのでしっかり覚えましょう。

~燃焼、燃焼の理論~

燃焼の概要
燃焼とは、一般に空気中において、物質が酸化反応を起こし、その結果、「発熱反応」となり、「発光」を伴う現象です。
ただし、物質が燃焼するとこい発熱以外に必ず熱の放散を伴うので、燃焼を持続するためには、放熱よりも発熱の方が大でなければならない。
また、発熱反応により温度が上がってくると、熱ふく射線を出し、その波長はだんだん短くなり、やがて可視光線となり目で確認できる。

燃焼の三要素
物質が燃焼するためには可燃物、酸素供給源、点火源(熱源)の三要素が必要で、通常これを燃焼の三要素とよんでいる。

③可燃物
酸化されやすい物質は可燃物になり得るが、実際には酸化熱の小さいもの、吸熱反応をするものなどは可燃物とはいわない。
また、第18族の不活性元素(他の元素と反応しないもの)であるヘリウムネオンガスやすでに飽和状態に化合し、それ以上酸化されない二酸化炭素のような物質は、可燃物にならない。また、窒素(N2)のように酸化されても吸熱反応をするものも可燃物ではない。しかし、一酸化炭素はCO+1/2O2→CO2と酸化するので可燃物である。
常温、常圧の空気中で、燃焼するものには、硫化水素、硫化リン(三硫化リン、五硫化リン、七硫化リン)などがある。

④酸素供給源
普通の燃焼の場合、酸素は、空気中の酸素のよって供給される。空気中には、約21%の酸素が存在している。空気中の酸素のほかに、化合物に含まれる酸素が酸素供給源となることがある。すなわち、第1類のような強酸化性物質は酸素供給源となる。
また第5類の危険物のように、他から酸素の供給を受けなくともそれ自体に含まれている酸素が供給源となるものもある。
なお、酸素の性質は、(a)純粋なものは無色、無味、無臭で比重は空気よりわずかに大きく、(b)酸素自体は燃えないが支燃性がある。
空気は数種類の気体の混合物であるが、地球表面の空気の主成分はほぼ均一で、主成分は窒素79%、酸素21%である。

点火源(熱源)
木材を燃やす時、マッチ等で着火するが、マッチの熱エネルギーが、木材と酸素を活性化させるエネルギーになり、マッチがこの場合、点火源となる。危険物の取扱いには、火気を近づけたり、加熱したり、衝撃を与えたり、摩擦したりすることを禁じているが、これらが、点火源となることを避けるためである。このほか、電気火花、アーク、静電気火花なども、点火源となることがある。

~燃焼の難易~

燃焼の難易は、着火のしやすさと燃焼継続性について、種々の要因を考えなければならないが、主な点をあげると次のとおりである。
(1)化学的親和力
可燃物と酸素との結合力の大きいものほど燃焼しやすい。
(2)発熱量
発熱量の大きいものほど、次の分子の活性化に役立ち、反応温度の面からみても燃焼しやすい。
(3)温度
温度が高いと反応速度も大きく、また発火点に達しやすいので燃焼しやすい。
(4)酸素との接触状況及び酸素濃度
空気中の酸素と接触しやすいほど、酸素の供給が十分おこなわれるので燃焼しやすい。また、空気中の酸素濃度が高いほど激しく燃焼する。
(5)熱伝導率
熱伝導率が大きいほど、熱が逃げやすく燃焼しにくい。逆に小さいほど、熱が逃げにくく蓄熱するので燃焼しやすい。
(6)可燃性ガスの発生
可燃性ガスの発生速度が速いほど、燃焼しやすい。
(7)水分
乾燥しているほど燃焼しやすい。水分が多いと、温度上昇をさまたげられ、また水自身は不燃性であるから、燃焼しにくくなる。

~燃焼の形態~

可燃物は、気体、液体、固体の三態に分けてみると、これらの三態に応じていろいろな燃え方をする。
(1)気体の燃焼
気体の燃焼は定常燃焼と非定常燃焼の2つに分けることができる。
定常燃焼
混合燃焼-あらかじめ可燃性気体と空気が混合しているものが燃焼するもの。
非混合燃焼-可燃性気体が大気中に噴出して燃焼するもの。なかには、ガスコンロのように、可燃性気体が連続的に供給され、空気と混合しながら燃焼することもあり、これを拡散燃焼とよんでいる。
②非定常燃焼-可燃性気体と空気との混合ガスが密閉容器中にあるときに点火されると、燃焼の速さが急激に増加して爆発的に燃焼するもので、爆発燃焼ともいわれる。

(2)液体の燃焼
ガソリン、アルコールや灯油などの可燃性液体は、液体そのものが燃えるのではなく、液面から蒸発する可燃性蒸気が空気と混合し、点火源により燃焼する。これを蒸発燃焼という。

(3)固体の燃焼
固体の燃焼は表面燃焼、分解燃焼、自己燃焼(内部燃焼)、蒸発燃焼に分けることができる。
表面燃焼
可燃性固体がその表面で、熱分解もおこさず、また、蒸発もしないで高温を保ちながら酸素と反応して燃焼する場合で、木炭、コークスなどの燃焼はこの例である。
分解燃焼
可燃物が加熱されて分解し、その際発生する可燃性ガスが燃焼する場合で、木材、石炭等の燃焼はこの例である。
③自己燃焼(内部燃焼)
分解燃焼のうちその物質中に酸素を含有するものの燃焼を自己燃焼又は内部燃焼といっている。
蒸発燃焼
固体を熱した場合、熱分解をおこすことがなくそのまま蒸発(昇華)してその蒸気が燃焼する場合がある。これを固体の蒸発燃焼というが、燃焼の機構は液体の蒸発燃焼の場合とまったく同様である。蒸発燃焼する固体は非常に少なく、硫黄、ナフタリン、赤リン、マグネシウムなどが、その例である。


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