- •Санкт-петербургский университет государственной противопожарной службы мчс россии
- •Тема 1. Физико-химическая природа горения Введение
- •Определение горения.
- •Механизм химических реакций при горении.
- •1.3.Влияние различных факторов на скорость химических реакций при горении
- •1.4. Основные процессы, происходящие при горении.
- •1.5. Опасные факторы пожара и их воздействие на человека
- •Материальный баланс процессов горения
- •Тема 2. Пожарная опасность неорганических веществ
- •2.1. Пожарная опасность металлов
- •Образуют водород
- •2.2.2. VII группа (подгруппа VII а) Галогены (солероды)
- •2.2.3. VI группа (подгруппа VI а) Кислород и халькогены (рождающие медь)
- •2.2.4. V группа (подгруппа V а) Подгруппа азота
- •2.2.5. IV группа (подгруппа IV а) Подгруппа углерода
- •2.2.6. III группа (подгруппа III а) Подгруппа алюминия
- •2.2.7. II группа (подгруппа II а) Щелочноземельные металлы
- •2.2.8. VIII группа (подгруппа VIII а) Инертные газы
- •2.2.9. Водород
- •2.3. Классификация горючих веществ и материалов.
- •2.3.1. Окислители.
- •Тема 3. Пожароопасные свойства углеводородов
- •3.1. Ациклические предельные углеводороды (алканы)
- •1. Основные реакции алканов – реакции замещения водорода, идущие по свободно-радикальному механизму.
- •3.2. Ациклические непредельные углеводороды
- •Непредельные углеводороды
- •3.3. Галогенпроизводные углеводородов
- •3.4. Насыщенные циклические соединения (циклоалканы)
- •3.5. Ароматические углеводороды (арены)
- •3.5.1. Конденсированные циклические системы
- •Тема 4. Пожароопасные свойства кислородсодержащих органических соединений
- •4.1. Спирты
- •Классификация спиртов
- •4.1.1. Предельные одноатомные спирты
- •4.1.2. Многоатомные спирты
- •4.1.3. Фенолы
- •4.2. Простые эфиры спиртов
- •4.3. Органические перекисные соединения
- •4.4. Альдегиды и кетоны
- •4.5. Карбоновые кислоты
- •Классификация карбоновых кислот
- •4.5.1. Предельные одноосновные карбоновые кислоты
- •4.5.2. Непредельные карбоновые кислоты
- •4.5.3. Высшие жирные кислоты
- •4.5.4. Мыла
- •4.6. Сложные эфиры
- •4.6.1. Жиры
- •4.6.2. Воски
- •Тема 5. Органические соединения, содержащие серу и азот
- •5.1. Сероорганические соединения
- •5.1.1. Тиолы
- •5.1.2. Органические сульфиды
- •5.1.3. Эфиры серной кислоты
- •5.2. Азотсодержащие органические соединения
- •5.2.1. Амины
- •Первичные алифатические амины
- •Вторичные алифатические амины
- •Первичные ароматические амины
- •Химические свойства солей диазония
- •5.2.2. Цвет и строение вещества
- •5.2.3. Нитросоединения
- •Тема 6. Полимеры и полимерные материалы
- •Классификация полимеров
- •Отличительные особенности полимеров
- •6.1. Способы получения полимеров
- •6.1.1. Реакции полимеризации
- •6.1.2. Реакции поликонденсации
- •6.2. Деструкция полимеров
- •6Редельно допустимые концентрации в воздухе
- •6.3. Факторы, влияющие на термостойкость полимеров
- •6.4. Полимерные материалы
- •6.4.1. Каучуки
- •6.4.2. Пластмассы
- •6.4.3. Химические волокна
- •Тема 7. Химия огнетушащих веществ
- •7.1. Способы прекращения горения
- •Отв и способы прекращения горения
- •Применение отв для тушения пожаров различных классов
- •7. 2. Вода как отв
- •Преимущества воды как отв
- •1. Дешевизна, доступность, простота: применения, хранения, транспортировки, подачи.
- •Недостатки воды как отв
- •1. Высокая температура замерзания.
- •Если угол не устанавливается, то смачивание полное, капля тонкой пленкой растекается по поверхности твердого тела.
- •Пути повышения эффективности воды как отв
- •7.3. Пены как отв
- •7.3.1. Общая характеристика пенообразователей
- •Классификация пенообразователей по составу и назначению
- •7.3.4. Пенообразователи целевого назначения
- •7.4. Негорючие газы как отв
- •7.5. Ингибиторы горения
- •7.5.1. Хладоны как отв
- •7.5.2. Тушение порошковыми составами
- •Литература
- •Нормативные правовые акты*
2.2.5. IV группа (подгруппа IV а) Подгруппа углерода
Элемент |
Название |
Кем открыт |
Год Открытия |
С |
Углерод |
Известен с алхимического периода | |
Si |
Кремний ("кремень") |
Берцелиус |
1825 |
Ge |
Германий |
Винклер |
1886 |
Sn |
Олово ("ста" – твердый) |
Известно с алхимического периода | |
Pb |
Свинец ("пломба") |
Известен с алхимического периода |
В ряду C – Si – Ge – Sn – Pb
а) углерод и кремний – неметаллы; остальные элементы - амфотерные соединения. Наиболее сильными металлическими свойствами из этих элементов обладает свинец.
б) все – твердые вещества.
Углерод
Углерод входит в состав огромного класса веществ - органических, которых насчитывается более 10 миллионов. Практически все они горючи.
Однако в данной работе мы будем рассматривать свойства неорганических соединений углерода.
В природе углерод находится главным образом в составе углекислого газа СО2, карбоната кальция СаСО3 (мел, мрамор, известняк), карбоната магния MgСО3 (магнезита) и карбоната железа FeСО3 (железного шпата).
1. Простое вещество "углерод" образует четыре аллотропных модификации.
Алмаз – самое твердое вещество, плотность = 3,51 г/см3, изолятор, соединение с атомными связями, изотропен, атомы углерода находятся в sp3- гибридизации.
Графит – твердое вещество, плотность = 2,22 г/см3, соединение с атомно-молекулярными связями, анизотропен, атомы углерода находятся в sp2- гибридизации.
Карбин – твердые черные кристаллы, образует цепочки с тройными связями между атомами углерода [– С С –]n, атомы углерода находятся в sp- гибридизации.
Фуллерены – шарообразные структуры, содержащие С60, С70. Растворимы в органических растворителях.
Возможны переходы от одной аллотропной модификации к другой.
t= 12000C
tр > 50000 ат
Карбин графит алмаз
Испарение в атмосфере гелия
Графит фуллерены
Все аллотропные модификации углерода горючи.
Сажа представляет собой аморфный углерод с высокой удельной поверхностью, высокой электропроводностью. При определенных условиях сажа может самовозгораться.
2. Чрезвычайно опасным соединением углерода является оксид углерода (II) – угарный газ. Этот газ имеет широкую область воспламенения: КПР 4 – 75 %. Кроме того, это одно из самых токсичных соединений. Угарный газ СО, попадая в кровь, существенно снижает способность крови переносить кислород. Реагируя в 200 раз быстрее кислорода, он связывает железо в гемоглобине, прекращая перенос кислорода.
Угарный газ входит в состав продуктов горения при неполном сгорании органических веществ, а кроме этого может образоваться в печах при взаимодействии углекислого газа и сажи
СО2 + С 2СО
При взаимодействии угарного газа с хлором образуется отравляющее вещество – фосген:
CO + Cl2 COCl2
3. С металлами углерод образует карбиды. Некоторые из них, например, карбид вольфрама WC – чрезвычайно устойчивые твердые вещества. Однако карбиды металлов I – III групп, являясь негорючими веществами, представляют опасность при взаимодействии с водой, в результате чего выделяются горючие и взрывоопасные вещества (ацетилен С2Н2, метан СН4, сажа С).
CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2
Al4C3 + 12H2O 3CH4 + 4Al(OH)3
2Li2C2 + 2H2O + O2 4LiOH + 4C
Кремний
Кремний занимает 2 место по распространенности в земной коре, находится в природе главным образом в виде оксида кремния SiO2, силикатов NaAlSi3O8 и глины Al2O3 x SiO2 y H2O.
1. Простое вещество "кремний" существует в двух аллотропных модификациях
Кремний кристаллический |
Плавка в вакууме |
Кремний аморфный |
Темно-серое твердое вещество с металлическим блеском; алмазоподобная структура; химически инертен; tпл = 14150С |
Высокодисперсный бурый порошок; реакционноспособный. |
2. Кремний образует чрезвычайно устойчивые вещества – оксид кремния SiO2 (песок) и карбид кремния SiC (карборунд).
Песок используется как огнетушащее вещество.
3. С металлами кремний образует силициды. Силициды металлов I-II групп относятся к классу негорючих веществ, но представляющие пожарную опасность, т.к. разлагаются водой и кислотами с выделением чрезвычайно горючих веществ – силанов SinH2n+2.
Mg2Si + 4H2O SiH4 + Mg(OH)2
Mg2Si + 4HCl SiH4 + MgCl2
Силаны самовоспламеняются на воздухе при комнатной температуре, а при взаимодействии с водой и щелочью выделяют водород.
SiH4 + 2O2 SiO2 + H2O
SiH4 +4H2O Si(OH)4 + H2
SiH4 +H2O + 2NaOH Na2SiO3 + 4H2
Силикаты натрия и калия (Na2SiO3 и К2SiO3) представляют собой "жидкое стекло".
4. На основе природных силикатов производят так называемые искусственные силикаты: стекла, цементы.
Обычное стекло можно представить общей формулой
Na2O CaO SiO2. Получают его сплавлением соды Na2С O3, известняка
СаСО3 и белого песка SiO2.
Химическую посуду и некоторые виды бытовой посуды изготавливают из тугоплавкого стекла. Для этого используют поташ К2С O3, известняк
СаСО3 и белый песок SiO2.
При изготовлении хрусталя сплавляют поташ К2С O3, оксид свинца PbO и белый песок SiO2. Добавками различных солей металлов (кобальта, хрома, марганца) получают цветной хрусталь.
Основными компонентами цементов являются глины
Al2O3 x SiO2 y H2O и известняк СаСО3.
Смешением цемента, песка и воды получают бетон.
Свинец
Из горючих соединений свинца следует упомянуть азид свинца Pb3N4, который используется как инициирующее взрывчатое вещество.
Из негорючих соединений свинца, которые широко применяются и в промышленности, и в быту наиболее известны красный сурик Pb3О4 (входит в состав красок как пигмент), свинцовые белила PbСО3 Pb(ОН)2 и тетраэтилсвинец Pb(С2Н5)4 – соединение, добавление которого к бензину, повышает октановое число последнего. Тетраэтилсвинец – ядовитое вещество (как и все соединения свинца), и применение его запрещено.
Олово
Олово может существовать в различных аллотропных модификациях, которые могут переходить друг в друга при определенных условиях.
140С 1610С 2320С
-Sn - Sn - Sn жидкий металл
серый белый
порошок металл
При низких температурах (особенно при минусовых) металлическое белое олово переходит в порошкообразное -олово. Процесс этот назван "оловянной чумой".
Олово является компонентом ряда важнейших сплавов. Сплавы меди и олова называют "бронзы", сплавы свинца и олова – "баббиты". Эти сплавы относят к "неискрящим" при ударе и трении.
Олово входит в состав белой жести, и с 1809 года применяют для изготовления консервных банок, т.к. олово – сравнительно нетоксичный металл.
Сплавы, содержащие более 50 % олова, устойчивы к коррозии.