CENTRALNA SZKOŁA PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ W CZĘSTOCHOWIE.

Prezentacja na temat: "CENTRALNA SZKOŁA PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ W CZĘSTOCHOWIE."— Zapis prezentacji:

1 CENTRALNA SZKOŁA PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ W CZĘSTOCHOWIE

2 Literatura Fizykochemia spalania i środki gaśnicze Fietz-Strychalska U., Kociołek K., Półka M., Kołdej J.: Podręcznik dla słuchaczy kursu kwalifikacyjnego szeregowych Państwowej Straży Pożarnej „Fizykochemia spalania i środki gaśnicze”. Wydawnictwo Komendy Głównej Państwowej Straży Pożarnej i Fundacji Edukacja i Technika Ratownicza, Warszawa, 2005 – ISBN 83-921694-1-7 Grabowska K., Przedlecka B.: Chemia nieorganiczna. WSiP Warszawa 1989. Mastalerz P.: Chemia organiczna. PWN Warszawa 1986. Pofit-Szczepańska M.: Chemia pożarnicza. WOSP Warszawa 1973. Pofit-Szczepańska M.: Chemia stosowana. SOP Warszawa 1965. Pofit-Szczepańska M.: Wybrane zagadnienia z chemii ogólnej, fizykochemii spalania i rozwoju pożarów. SAPSP Kraków 1994. Ryng M.: Bhp w przemyśle chemicznym. WNT Warszawa 1985. Sołtyniewicz R.: Rozwój podstawowych pojęć chemicznych. WNT Warszawa 1986. Staniszewski B.: Termodynamika. PWN Warszawa 1986. Staniszewski B.: Wymiana ciepła. Podstawy teoretyczne. PWN Warszawa 1986 Grynczel Z., Wilczkowski S. – „Nowoczesne środki gaśnicze” – Instytut Wydawniczy CRZZ, Warszawa 1976. Sobolewski M. – „Środki pianotwórcze i proszki gaśnicze – najskuteczniejsze środki do zwalczania pożarów cieczy palnych”. Sobolewski M., Król B. – „Pianotwórcze środki gaśnicze, a środowisko naturalne” – Przegląd Pożarniczy 11–12. 2000. Wilczkowski S. – „Środki gaśnicze” – Szkoła Aspirantów PSP, Kraków 1995. M. Borysiewicz, B. Kucnerowicz-Polak : Zagrożenia pożarowe i wybuchowe. CIOP 1997. Niebezpieczne substancje-karty charakterystyk WEKA. Karty charakterystyk substancji niebezpiecznych. CIOP.

3 Podstawowe pojęcia chemiczne Atom Materia ma budowę ziarnistą, nieciągłą, gdyż dowolnie mała przestrzeń pomyślana w jej wnętrzu nie jest nią całkowicie wypełniona. O nieciągłej budowie materii wnioskujemy z szeregu potocznych zjawisk. Na przykład proces dyfuzji gazów, czyli zjawisko samorzutnego mieszania się różnych gazów zachodzi dzięki temu, że pomiędzy skupieniami /cząsteczkami/ jednego z nich istnieją wolne przestrzenie, przez które mogą przenikać cząsteczki innego gazu. Skupienia materii zwane cząsteczkami zbudowane są z mniejszych jednostek strukturalnych zwanych atomami. Atom jest najmniejszą jednostką budowy pierwiastka chemicznego, ale już - bez naruszenia zasadniczych właściwości pierwiastka - niepodzielną.

4 Atom Współczesny stan wiedzy o budowie materii przyjmuje, że atom zbudowany jest z jądra, w którego niezwykle małej objętości skupiona jest niemal cała masa atomu, oraz elektronów znajdujących się w stosunkowo dużej przestrzeni otaczającej jądro. Elektrony i jądra atomowe posiadają ładunki elektryczne i te ładunki w dużej mierze odpowiedzialne są za własności omawianych cząstek i za budowę atomów. Rutherford badając procesy rozpraszania cząstek przechodzących przez cienką folię metalową doszedł do przekonania, że prawie cała masa atomu skupiona jest w bardzo małym dodatnio naładowanym jądrze atomowym. Otaczające to jądro powłoka elektronowa wyznacza całkowity rozmiar atomu. Promienie jąder atomowych są rzędu 10 -14 do 10 -15 m.

5 Atom Badania procesów promieniotwórczych pozwoliły wyciągnąć wniosek, że jądra atomowe są również tworami złożonymi. Ustalono, że elementami składowymi jądra są neutrony i protony. Protonom i neutronom nadaje się często wspólną nazwę nukleonów. Elektron - cząstka która posiada ujemny ładunek elementarny o wartości -1.602 x 10-19(C). Dla wygody przyjęto, że elektron ma ładunek -1. Proton - cząstka o ładunku dodatnim +1 (odpowiednio, +1.602 x 10-19 C) Neutron - cząstka elektrycznie obojętna. Ponieważ atom posiada jednakową ilość elektronów i protonów, dlatego jest elektrycznie obojętny Protony i neutrony znajdują się w jądrze. Jądro jest bardzo małe w porównaniu z wymiarem całego atomu. Całą pozostałą przestrzeń wokół jądra zajmują elektrony. Elektrony są przyciągane siłami elektrostatycznymi przez protony znajdujące się w jądrze. Siła przyciągania elektronów przez protony decyduje o własnościach atomów (pierwiastków). Elektrony odgrywają dużą rolę w reakcjach chemicznych. Współczesny model budowy atomu, zakłada że elektrony rozmieszczone są na powłokach i tworzą wokół jądra chmury elektronowe.

6 Atom Masy atomów są ekstremalnie małe. Dlatego do wyrażania masy atomów zastosowano jednostkę masy atomowej - unit (u). Jednostka masy atomowej odpowiada 1.66054 x 10-24 grama. Wyrażając w jednostkach masy atomowej masy składników atomu otrzymamy Proton = 1.0073 u Neutron = 1.0087 u Elektron = 5.486 x 10-4 u

7 Oznaczenia i symbole Jądro składa się z Z protonów i N neutronów. Proton i neutron mają w przybliżeniu takie same względne masy atomowe, równe 1. Wobec tego liczba nukleonów, będzie odpowiadać zaokrąglonej względnej masie atomowej M, ponieważ liczba masowa M = Z + N. Proton pod względem wartości bezwzględnej ma taki sam ładunek elementarny jak elektron, zatem Z jest liczbą ładunkową jądra, albo liczbą porządkową atomu, który jako neutralny twór ma Z elektronów w powłoce. Jako symbol jądra wykorzystuje się skrótowe oznaczenia pierwiastka chemicznego i dopisuje się wskaźnik dolny z lewej strony liczbę ładunkową Z a jako wskaźnik górny - liczbę masową M. Liczbę neutronów otrzymuje się jako różnicę N = M - Z Przykład zapisu: ( przykład hel 42 He), (przykład uran 23892U)

8 Przykład - węgiel Wszystkie atomy węgla (C) mają 6 protonów i 6 elektronów. Liczbę protonów w atomie węgla zapisujemy jako wskaźnik dolny z lewej strony symbolu pierwiastka: Wartość ta nosi nazwę liczby atomowej i dla węgla zawsze ma wartość 6. Inna liczba nazywana, "liczbą masową" jest zapisywana z lewej strony jako górny wskaźnik. Jest ona sumą ilości protonów i neutronów i jest różna dla różnych izotopów (definicja poniżej). Na przykład: W powyższym przykładzie izotop węgla ma 6 protonów i 6 neutronów. Następny izotop węgla: ma 6 protonów (liczba atomowa) i 8 neutronów (8=14-6). Te izotopy znane są jako "węgiel-14" i "wegiel-12". Z ogólnej ilości izotopów węgla - węgla-12 jest najwięcej (ok.99%). Zbiór atomów o tej samej wartości liczby atomowej i masowej (o tej samej liczbie nukleonów w jądrze) nazywa się nuklidem. Izotopy tego samego pierwiastka mają bardzo zbliżone właściwości chemiczne, ponieważ o właściwościach chemicznych atomu decyduje liczba elektronów oraz energia oddziaływań.

9 Pierwiastek chemiczny jest zbiorem atomów identycznych pod względem chemicznym. Każdy pierwiastek ma przynależną tylko jemu liczbę atomową i na odwrót - każda liczba atomowa odpowiada tylko jednemu pierwiastkowi. Izotopy danego pierwiastka różnią się tylko liczbą masową. Liczbę atomową i liczbę masową pierwiastka oznacza się dwoma wskaźnikami po lewej stronie symbolu pierwiastka, gdzie dolny wskaźnik oznacza liczbę atomową, a górny liczbę masową. Pierwiastek jest substancją prostą co oznacza, że nie możemy drogą analizy (rozpadu) rozłożyć go na inne, jeszcze prostsze substancje. Cząsteczka – trwałe indywiduum chemiczne złożone z dwóch lub więcej atomów, takich samych bądź różnych, powiązanych wiązaniami chemicznymi. Cząsteczka może być cząsteczką pierwiastka (np. N2), bądź cząsteczką związku chemicznego (np. H2O).

10 Gramocząsteczka – liczba gramów związku chemicznego liczbowo równa jego masie cząsteczkowej. Gramocząsteczkę oblicza się dodając masy atomowe wszystkich pierwiastków wchodzących w skład związku. Gramocząsteczka jest pojęciem przestarzałym, obecnie używa się pojęcia – mol. Gramocząsteczka jest równoważna masie molowej związku chemicznego. Mol Miarą liczebności materii jest mol, czyli ilość substancji, która zawiera taką liczbę atomów, cząsteczek, jonów bądź innych cząsteczek materialnych, ile atomów znajduje się w 12 g węgla 12C. Ilość ta wynosi: 1mol = 6,023 x 1023 jednostek Nosi ona nazwę liczby Avogadra i jest oznaczona literą Na.

11 Związek chemiczny – zbiór identycznych cząsteczek tego związku (np. woda to związek chemiczny będący zbiorem identycznych cząsteczek, o wzorze H2O). Niemal wszystkie pierwiastki wykazują zdolność i chęć do łączenia się z innymi w związki chemiczne. W skali atomowej utworzenie związku chemicznego polega na połączeniu się dowolnej liczby atomów różnych pierwiastków w cząsteczkę chemiczną. Atomy te powiązane są wiązaniami chemicznymi. Związki chemiczne można na drodze reakcji analizy (rozpadu) rozłożyć na substancje proste (np. pierwiastki), bądź inne, prostsze związki chemiczne. Istnieją również takie cząsteczki chemiczne, które nie są związkami chemicznymi. Cząsteczki te są złożone z atomów tego samego pierwiastka i nazywamy je cząsteczkami homoatomowymi (np. azot, tlen chlor, brom, wodór w przyrodzie występują pod postacią dwuatomowych cząsteczek).

12 Typy reakcji chemicznych 1. Reakcje syntezy Synteza jest reakcją, w której z dwu lub więcej substancji prostszych powstaje jedna substancja złożona o odmiennych właściwościach chemicznych i fizycznych A + B ---> AB 2. Reakcje analizy Analiza (rozkład) jest reakcją, w której z jednej substancji złożonej powstają dwie lub kilka substancji prostszych, różniących się od substratu właściowościami fizycznymi i chemicznymi AB ---> A + B 3. Reakcje wymiany - wymiana pojedyncza (reakcja wypierania) jest reakcją, w której z jednego związku chemicznego i jednego pierwiastka powstaje inny związek chemiczny i inny, mniej aktywny pierwiastek A + BC ---> AC + B - wymiana podwójna jest reakcją, w której biorą udział dwa związki chemiczne i jako produkty powstają nowe dwa związki AB + CD ---> AD + BC Podział reakcji chemicznych 1. Reakcje przebiegające bez wymiany elektronów, polegają głównie na wymianie protonów między cząsteczkami: a) reakcje zobojętnienia b) reakcje kwasów i zasad z amfoterami c) reakcje kwasów i zasad z solami d) reakcje soli z solami e) reakcje jonów z wodą 2. Reakcje oksydacyjno-redukcyjne (redoks), związane z przeniesieniem elektronów od jednego reagenta do drugiego, powodujące zmianę stopni utlenienia reagujących atomów lub jonów.

13 Substratami nazywamy substancje, które reagując ze sobą tworzą końcowy produkt reakcji czyli produkty. Pod względem energetycznym reakcje chemiczne dzielimy na egzoenergetyczne i endoenergetyczne. Reakcja egzoenergetyczna (egzotermiczna) jest to reakcja chemiczna, przebiegająca z oddaniem ciepła. Reakcja endoenergetyczna (endotermiczna) jest to reakcja chemiczna, przebiegająca z pobraniem ciepła. Reakcja biegnąca w jednym kierunku jako egzotermiczna jest endotermiczna, gdy biegnie w kierunku przeciwnym. 2H2 + O2  2H2O – reakcja egzotermiczna 2H2O  2H2 + O2 – reakcja endotermiczna W wielu przypadkach samo mieszanie substancji nie początkuje żadnej reakcji. Dopiero po podgrzaniu mieszaniny do temperatury, w której zaczyna reagować, reakcja następuje samorzutnie (bez dodawania ciepła). Ciepło, które jest potrzebne do zapoczątkowania reakcji, nie ma nic wspólnego z tym, czy reakcja jest egzoenergetyczna czy endoenergetyczna. Ważne jest, czy następuje wydzielanie czy pobieranie ciepła w czasie, gdy substraty przemieniają się w produkty. Niektóre reakcje chemiczne egzoenergetyczne mają przebieg gwałtowny, co nazywane jest wybuchem lub detonacją.

14 Czynniki wpływające na szybkość reakcji chemicznej a)rodzaj reagentów. Substraty charakteryzują się zróżnicowaną reaktywnością zależną m.in. od rodzaju wiązań chemicznych i ich „mocy”, b) temperatura środowiska reakcji. W większości przypadków wzrost temperatury reakcji oraz temperatury samych substratów powoduje wzrost szybkości reakcji, c) stężenie reagentów. Podwyższenie stężenia substratów zwiększa szybkość reakcji. ● w przypadku ciał stałych – stopień rozdrobnienia. Im większe rozdrobnienie, tym większa powierzchnia zetknięcia substratów i szybszy przebieg reakcji, d)obecność katalizatora-substancji przyśpieszającej reakcję chemiczną poprzez obniżenie energii aktywacji reakcji. Istnieje też specyficzny rodzaj katalizatora (katalizator ujemny) - tzw. inhibitor, który spowalnia reakcję chemiczną.

15 Szybkość spalania i łatwość zapalenia ciał stałych ( na przykładzie drewna ) zależnie od i wielkości powierzchni spalania Czas spalania Nie można Trudno Bardzo łatwo 60 minut 25 minut 1 minutaWybuch Podpalić zapałką

16 Podstawowe prawa chemii Prawo zachowania masy (Łomonosow, Lavoisier, XVIII w.) Prawo stałych stosunków wagowych (Proust, 1799 r.) Prawo wielokrotnych stosunków wagowych Dalton, 1803 r.) Prawo prostych stosunków objętościowych Gay- Lussac, 1808 r.) Prawo Avogdra (Avogadro, 1811 r.)

17 Prawo zachowania masy Masa substratów reakcji chemicznej jest równa masie produktów tej reakcji. Prawo stałości składu Każdy związek chemiczny ma określony skład, niezależnie od sposobu otrzymania związku, przez co, substancje łączą się ze sobą w reakcjach chemicznych w stałych stosunkach wagowych (proporcjach). Prawo Avogadro W jednakowych objętościach różnych gazów, w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem, znajduje się jednakowa liczba cząsteczek (objętość molowa Vm-jeden mol gazu zajmuje objętość 22,42 dm3). Odnosi się ono ściśle do gazów doskonałych; dla gazów rzeczywistych obowiązuje w przybliżeniu.

18 Podział reakcji chemicznych Reakcje przebiegające bez wymiany elektronów, polegają głównie na wymianie protonów między cząsteczkami: a) reakcje zobojętnienia b) reakcje kwasów i zasad z amfoterami c) reakcje kwasów i zasad z solami d) reakcje soli z solami e) reakcje jonów z wodą Reakcje oksydacyjno-redukcyjne (redoks), związane z przeniesieniem elektronów od jednego reagenta do drugiego, powodujące zmianę stopni utlenienia reagujących atomów lub jonów. Utlenianie (dezelektronacja) jest procesem polegającym na utracie elektronów przez obojętne atomy, cząsteczki lub jony, w którym następuje podwyższenie stopnia utlenienia reduktora. Redukcja (elektronacja) jest procesem polegającym na pobieraniu elektronów przez atomy lub jony, w którym następuje obniżenie stopnia utlenienia utleniacza. Utleniacz (dezelektronator) jest substancją ulegającą redukcji, pobierającą elektrony od substancji utlenionej i obniżającą swój stopień utlenienia. Reduktor (elektronator) jest substancją ulegającą utlenieniu, oddającą elektrony substancji redukowanej i podwyższającą swój stopień utlenienia. W dowolnej reakcji redoks liczba elektronów przyłączonych przez utleniacz równa jest liczbie elektronów oddanych przez reduktor.

19 Stopnie utlenienia Stopnie utlenienia pierwiastka wchodzącego w skład określonego związku to liczba dodatnich lub ujemnych ładunków elementarnych, jakie zyskałby atom, gdyby wszystkie wiązania w cząsteczce były jonowe. Zasady oznaczenia stopnia utlenienia: 1. Stopień utlenienia pierwiastka w stanie wolnym równy jest zero. 2. Stopień utlenienia pierwiastka w postaci jonu prostego równa się jego elektrowartościowości (wartościowości jonu). 3. Suma stopnia utlenienia wszystkich atomów wchodzących w skład jonu złożonego równa jest ładunkowi jonu. 4. Suma stopnia utleniania wszystkich atomów wchodzących w skład cząsteczki obojętnej wynosi zero. 5. Fluor we wszystkich swych połączeniach występuje na -1 stopniu utlenienia. 6. Tlen w połączeniach ma stopień utlenienia -2. Wyjątki stanowią: fluorek tlenu OF2, w którym tlen ma stopień utlenienia +2, ponadtlenki np. KO2, w których stopień utlenienia tlenu wynosi -1/2 i nadtlenki np. H2O2, Na2O2, BaO2, w których wynosi -1. Nadtlenek wodoru (H2O2) w reakcjach chemicznych może pełnić rolę utleniacza lub reduktora. Jako utleniacz pobiera 2 e i tworzy H2O. H2O2 - 2e + 2H+ ---> 2 H2O Jako reduktor traci 2e i powstaje O2. H2O2 + 2e ---> 2 H+ + O2 7. Wodór przyjmuje w swych związkach stopień utlenianie równy +1, z wyjątkiem wodorków litowców i berylowców, gdzie stopień utlenienia wynosi -1. 8. Stopień utlenienia litowców równy jest +1, a berylowców +2, (metale przyjmują dodatnie stopnie utlenienia).

20 Utleniacze i reduktory Do substancji ulegających redukcji czyli utleniaczy należą: 1. pierwiastki najbardziej elektroujemne (np. F2, Cl2, Br2, J2, O2). 2. jony metali na wyższym stopniu utlenienia, jony metali szlachetnych i jon wodorowy (np. Fe3+, Cu2+, Ag+, H+) 3. związki chemiczne, w których pewne pierwiastki występują na najwyższych stopniach utlenienia Nadmanganian potasu (KMnO4) w zależności od środowiska może ulegać redukcji do różnych stopni utlenienia. Wiąże się to także ze zmianą zabarwienia roztworu. Do substancji ulegających utlenieniu, czyli reduktorów należą: 1. pierwiastki najbardziej elektrododatnie (np. Na, K, Mg, Ca, Al) 2. niemetale (np. C, N, S, H) 3. jony metali i niemetali na niższym stopniu utlenienia (np. Fe2+, Sn2+, S2-) 4. związki chemiczne, które posiadają atomy metali i niemetali na niższym stopniu utlenienia (np. SbCl2, FeCl2, CO, NaNO2, aldehydy) 5. jony ujemne fluorowców, dla których rosną zdolności redukcyjne wraz ze wzrostem mas atomowych (np. Cl-, Br-, J-) Reakcje dysproporcjonowania Szczególnym przykładem reakcji redoks są reakcje dysproporcjonowania (dysmutacji, autoredoksydacji), w których część atomów tego samego pierwiastka, z określonego związku ulega utlenieniu, a część redukcji Reakcją wewnętrznego utlenienia i redukcji w chemii organicznej jest tzw. reakcja Cannizzaro

21 Utlenianie i redukcja Reakcję chemiczną w której bierze udział tlen i produktami reakcji są tlenki nosi nazwę utleniania. Utlenianie w szerszym znaczeniu tego słowa jest procesem utraty elektronów przez atom, obojętną cząsteczkę lub jon. Redukcja jest to proces polegający na pobieraniu elektronów, a więc proces odwrotny do utleniania. Procesowi utleniania towarzyszy zawsze proces redukcji. Utracie elektronów substancji utlenianej towarzyszy zawsze przyłączenie elektronów substancji redukowanej. Utleniacze przyłączając elektrony redukują się. Reduktory tracąc elektrony same się utleniają. Ze względu na fakt, że utlenianiu towarzyszy redukcja, a reduktor i utleniacz są zawsze z sobą związane, reakcje w ten sposób sprzężone nazywamy reakcjami utleniania-redukcji, w skrócie reakcjami redoks. Reakcją utlenienia-redukcji nazywamy proces, w którym następuje wymiana elektronów między substancją utleniającą a substancją redukującą, na skutek czego atomy pierwiastków biorących udział w reakcji zmieniają swój stopień utlenienia. Utlenienie jak wyżej wspomniano polega na oddawaniu elektronów przez atomy lub grupy atomów (proces deelektronizacji). Odebranie elektronów możliwe jest tylko wówczas, gdy w układzie oprócz atomów, cząsteczek lub jonów oddających elektrony obecne są także atomy, cząsteczki lub jony zdolne do równoczesnego pobrania elektronów; toteż proces utlenienia przebiega zawsze równolegle z procesem redukcji i odwrotnie, redukcji towarzyszy utlenienie.

22 Utlenianie polega na egzotermicznej substancji z utleniaczem (zazwyczaj tlenem z powietrza), może zachodzić w różnych temperaturach i z różną szybkością. Szybkość utleniania jest to ilość substancji utlenionej w jednostce czasu. Utlenianie jest jednym z wielu procesów chemicznych powszechnie występujących w przyrodzie. Jest to reakcja chemiczna polegająca na łączeniu pierwiastków z tlenem. W warunkach normalnych proces utleniania zachodzi z małą szybkością np.: rdzewienie metali, butwienie związków organicznych. W temperaturach wyższych szybkość utlenienia gwałtownie wzrasta. Proces utleniania można w prosty sposób przedstawić jako łączenie się pierwiastka z tlenem, co związane jest z podwyższeniem stopnia utlenienia pierwiastka chemicznego. Stopień utlenienia jest to wartościowość pierwiastka wobec tlenu. Proces utleniania może nastąpić nie tylko przez działanie samego tlenu, ale także związków bogatych w tlen, zdolnych do oddawania go. Związki te noszą nazwę utleniaczy. Do najczęściej spotykanych należą: Nadmanganian potasu KMnO Dwuchromian K2Cr2O7 Woda utleniona H2O2 Podchloryn wapnia Ca(CIO)2 Ozon O3 Chlor CI2 Nadtlenek sodu Na2O2 Nadtlenek eteru (C2H2)2O2 Pięciotlenek azotu N2O5 Kwas azotowy HNO3 Powietrze O2 + N2 Różnica pomiędzy utlenianiem, a spalaniem wynika z szybkości przebiegu chemicznej reakcji utleniania. Utlenianie zachodzi w niskich temperaturach i jest również procesem egzotermicznym. Jednak ilość wydzielanego ciepła jest zbyt niska aby powstałe produkty spalania dały zjawisko świecenia. Proces spalania ma miejsce w temperaturach znacznie wyższych od temperatur, w których przebiega proces utleniania. Produkty spalania, czyli produkty powstałe w wyniku spalania mają taki zapas energii cieplnej, że wzbudzone atomy tzn. ogrzane atomy produktów spalania emitują pewne ilości (kwanty) ciepła, co oko ludzkie odbiera jako świecenie. Spalanie według PN-ISO 8421-1 jest to egzotermiczna reakcja substancji palnej z utleniaczem, której zwykle towarzyszą płomienie (żarzenie i/lub dym).

23

24

25 21% O 2. Niektóre pierwiastki i związki palne posiadają wystarczającą ilość tlenu do podtrzymywania procesu palenia bez dostępu tlenu jak np. magnez, saletrzan amonowy itp.

26 Obraz zależności warunków spalania płomieniowego

27

28

29 Czynniki zagrożenia ludzi w pożarze Powodowane zagrożenie 1.Wysoka temperatura dolnej warstwy Powoduje poparzenia, utrudnia ewakuację. Jako kryterium ewakuacji przyjmujemy 60 0 C - 70 0 C 2. Wysoka temperatura gorącej warstwy Poparzenia w bezpośrednim sąsiedztwie (od promieniowania) – 183 0 C, kryterium - 600 0 C, przy której następuje rozgorzenie 3. Rozprzestrzenianie płomienia Może prowadzić do gwałtownego wzrostu powierzchni spalania przez co pożar stwarza dodatkowe zagrożenie. 4. Promieniowanie cieplne Gdy gęstość strumienia jest większa od 1,1 kW/m 2 prowadzi do poparzeń nawet przy znacznej odległości od źródła ciepła. 5. Gazy toksyczne (dym) Gdy stężenie przekroczy stężenie krytyczne (różne dla różnej toksyny) może nastąpić utrata przytomności lub śmierć. 6. Obniżenie zawartości tlenu Jeżeli stężenie tlenu spadnie poniżej 20% występuje działanie duszące 7. Obniżenie warstwy dymu Do ok. 1,5 m nad poziom podłogi - ograniczenie widzialności i opóźnienie ewakuacji

30

31

32 Spalanie dyfuzyjne ciał stałych, cieczy i gazów palnych

33 Klasyfikacja wyrobów budowlanych w zakresie reakcji na ogień Podstawowe grupy wyrobów w polskich przepisach budowlanych to wyroby: - niepalne, - niezapalne, - trudno zapalne, - nie rozprzestrzeniające ognia, - słabo rozprzestrzeniające ogień. Ponadto klasyfikuje się materiały/wyroby z uwagi na: - dymotwórczość i toksyczność produktów spalania, - kapanie i odpadanie.

34 Klasyfikacja wyrobów budowlanych w zakresie reakcji na ogień palny PN-B-02862 niepalny PN-B-02862 posadzki PN-B-02854 posadzki PN-B-02854 trudno zapalne łatwo zapalne niezapalne trudno zapalne łatwo zapalne ściany,PN-B-02867 dachy,PN-B-02872 przewody wentylacyjne PN-B-02873 NRO – nie rozprzestrzeniający ogień SRO – słabo rozprzestrzeniający ogień silnie rozprzestrzeniający ogień WYRÓB BUDOWLANY

35 Zestawienie norm CEN i analogicznych obecnie stosowanych dokumentów polskich w zakresie reakcji wyrobów budowlanych na działanie ognia NormaTytułObecny odpowiednik PN EN ISO 1182: 2002 Reaction to fire tests for building products – Non combustibility test PN-93/B-02862 Metoda badania niepalności materiałów budowlanych EN ISO 1716: 2002 Reaction to fire tests for building products – Determination of the heat of combustion Procedura badawcza LP-6 Oznaczanie ciepła spalania EN ISO 11925-2: 2002 Reaction to fire tests – Ignitability of building products subjected to direct impingement of flames – Part 2: Single flame source test Procedura badawcza LP-23 Badanie stopnia palności materiałów budowlanych przy działaniu małego płomienia EN ISO 9239-1: 2002 Reaction to fire tests for flooring – Radiant panel test PN-B-02854: 1996 Metoda badania rozprzestrzeniania płomienia po posadzkach EN ISO 13238: 2002 Reaction to fire tests for building products – Conditioning procedures and general rules for selection of substrates prPN EN ISO 13238:2001 Badanie reakcji wyrobów budowlanych. Sezonowanie próbek i ogólne zasady wyboru podkładów pod próbki EN 13501-1: 2002 Fire classification of construction products and building elements Part 1: Classification using test data from reaction to fire tests - EN 13823: 2002 (SBI) Reaction to fire tests for building products – Building products excluding floorings exposed to the thermal attack by a single burning item -

36 Porównanie euroklas i dotychczasowej polskiej klasyfikacji ogniowej EuroklasaDotychczasowa polska klasyfikacja ogniowa Wyroby budowlane z wyłączeniem podłogowych A 1niepalny A 2 niezapalny B trudno zapalny C D łatwo zapalny E F Wyroby podłogowe A1 fl, A2 fl B fl, C fl niepalny trudno zapalny

37 EURO klasa Krótka charakterystyka ogniowa Zachowanie wyrobu podczas badania referencyjnego w pomieszczeniu pełnej skali PN-ISO-9705 Room corner test Wyroby budowlane (przykłady klasyfikacji) A1 NIEPALNY BRAK ROZGORZENIA wełna ROCKWOOL A2 PRAWIE NIEPALNY wełny szklane B PRAWIE NIEPALNY PCV twarde C PALNYFLASHOVERROZGORZENIE sklejka D PALNYStyropiany pianki poliure- Anowe (EPS) (PUR) E PALNY F nie klasyfikowany Europejska Klasyfikacja Materiałów Budowlanych FLASHOVER - ROZGORZENIE – nagłe i gwałtowne rozprzestrzenianie się płomienia charakteryzujące się skokowym wzrostem temperatury

38 CHARAKTERYSTYKI SUBSTANCJI PALNYCH I WYBUCHOWYCH Istnieje wiele parametrów charakteryzujących właściwości palne materiałów, rzutujących na przebieg pożaru i/lub wybuchu. Podstawowe parametry charakteryzujące właściwości palne układu paliwo-utleniacz to:  adiabatyczna szybkość spalania,  adiabatyczna temperatura spalania,  ciepło spalania,  minimalna energia zapłonu  granice wybuchowości. Inne parametry stosowane w praktyce stanowią często pochodne tych parametrów.

39 Adiabatyczna szybkość spalania charakteryzuje dynamikę procesu spalania i jest maksymalną osiągalną szybkością procesu, z pominięciem strat ciepła. Adiabatyczna temperatura spalania jest maksymalną temperaturą płomienia, bez uwzględnienia strat ciepła do otoczenia. Ciepło spalania jest to ciepło wywiązujące się w procesie spalania jednostkowej masy lub objętości materiału palnego. Minimalna energia zapłonu - najmniejsza energia przy którym następuje zapłon mieszaniny palnej w optymalnych warunkach. Dla gazów i par MEZ oznacza się dla składów stechiometrycznych. Dla pyłów MEZ oznaczane jest dla mieszanin bogatych w paliwo. Dolna Granica Wybuchowości (DGW) - najniższe stężenie paliwa w mieszaninie palnej, poniżej którego nie jest możliwy jej zapłon pod wpływem czynnika inicjującego (bodźca energetycznego), w określonych warunkach badania. Górna Granica Wybuchowości (GGW) - najwyższe stężenie paliwa w mieszaninie palnej, powyżej którego nie jest możliwy jej zapłon pod wpływem czynnika inicjującego (bodźca energetycznego), w określonych warunkach badania.

40 W praktyce zagrożenie pożarowe i wybuchowe stworzone przez substancje palne charakteryzowane jest przez:  parametry temperaturowe;  granice wybuchowości;  minimalna energię zapłonu;  szybkość spalania;  ilość wydzielanego ciepła.

41 Temperaturowe parametry charakteryzujące materiały palne Stosowane w praktyce temperaturowe parametry charakteryzujące palność materiałów to:  dla gazów:  temperatura samozapłonu (zapalenia);  dla cieczy:  temperatura zapłonu,  temperatura samozapłonu;  dla aerozoli i mgieł cieczy palnych:  temperatura samozapłonu;  dla ciał stałych o strukturze zwartej:  temperatura zapalenia,  temperatura. samozapłonu /samozapalenia;  dla pyłów i mieszanin hybrydowych:  temperatura samozapłonu pyłu osiadłego w warstwie i w chmurze,  temperatura wytlewania,  temperatura tlenia. Wartości ww. parametrów temperaturowych zależą od warunków badania i muszą być oznaczone ściśle wg obowiązujących norm.

42 Temperatura zapalenia - jest to najniższa charakterystyczna temperatura dla materiałów stałych, przy której materiał palny ogrzewany ciepłem dostarczanym z zewnątrz zaczyna wydzielać palne gazy w ilości wystarczającej do utworzenia z powietrzem mieszaniny zdolnej do zapalenia się od bodźca energetycznego, w określonych warunkach badania. Temperatura zapłonu - jest to najniższa charakterystyczna temperatura dla cieczy palnych, przy której ciecz tworzy nad swą powierzchnią, mieszaninę par z powietrzem w odpowiednim stosunku, zdolną zapalić się od bodźca energetycznego w określonych warunkach badania. Temperatura samozapłonu - jest to najniższa temperatura, przy której następuje zapalenie się materiału palnego w wyniku jego zetknięcia z gorącą powierzchnią lub wskutek promieniowania cieplnego tej powierzchni, bez udziału zewnętrznego płomienia lub iskry. Temperatura wytlewania - jest najniższą temperaturą, w której z pyłu wydzielają się gazy tworzące z powietrzem mieszaninę palną. Charakteryzuje ona zagrożenie, np. w przypadku odkładania się pyłu na gorących przewodach lub w pożarach silosów. Temperatura tlenia pyłu - jest to najniższa temperatura gorącej powierzchni, przy której pył osiadły swobodnie w warstwie o grubości 5 mm ulega zapaleniu w określonym czasie (do 2 h). Zapalenie na ogół następuje bezpłomieniowo. Temperatura tlenia się jest charakterystyczna dla pyłów, które już w niższych temperaturach ulegają przemianom, np. topią się, sublimują, skorupieją lub zwęglają się. Temperatury zapłonu, zapalenia i samozapłonu/samozapalenia należą do podstawowych parametrów charakteryzujących zagrożenia pożarowe wynikające z obecności materiałów palnych.

43 Inne parametry charakteryzujące materiały palne i wybuchowe  szybkość rozprzestrzeniania płomienia po powierzchni,  masowa szybkość spalania,  maksymalna szybkość wzrostu ciśnienia wybuchu,  maksymalny przyrost ciśnienia. Trzy pierwsze parametry charakteryzują dynamikę rozwoju pożaru lub wybuchu. Ostatni parametr charakteryzuje możliwe skutki działania fali ciśnieniowej dla konstrukcji i urządzeń otaczających.

44 W praktyce parametry spalania nie zależą wyłącznie od reakcji chemicznej, lecz są wynikiem wielu złożonych procesów towarzyszących spalaniu związanych z transportem ciepła i masy. W spalaniu materiałów stałych określone są takie parametry jak:  masowa szybkość spalania,  emitowany strumień ciepła,  szybkość rozprzestrzeniania się płomienia po powierzchni,  czas opóźnienia zapłonu. Stosowane zabezpieczające środki chemiczne, tzw. środki ogniochronne, zmieniają charakterystyki palności tych materiałów na bardziej korzystne, tzn. opóźniają zapłon materiału, zwalniają szybkość spalania i rozprzestrzeniania płomieni po powierzchni materiału, zmniejszają szybkość i ilość wydzielanego ciepła.

45 TERMINOLOGIA dotyczące zjawiska spalania wg PN-ISO 8421-1

46 Spalanie Egzotermiczna reakcja substancji palnej z utleniaczem, której zwykle towarzyszą płomienie, żarzenie i/lub wydzielanie dymu. Proces spalania Wszystkie zmian fizyczne i/lub chemiczne mające miejsce, gdy materiał, wyrób i/lub konstrukcja palą się lub są poddawane działaniu ognia. Palić się Ulegać spalaniu. Podpalenie Pożar zapoczątkowany umyślnie.

47 Pożar i/lub ogień 1) Proces spalania charakteryzujący się emisją cieplną, któremu towarzyszy dym i/lub płomień. 2) Spalanie o niekontrolowanym przebiegu w czasie i przestrzeni. Podział pożarów Znormalizowany system klasyfikacji pożarów w zależności od rodzaju paliwa (ISO 3491): Grupa A: Pożary materiałów stałych, zwykle organicznych, w których ma miejsce spalanie z tworzeniem żaru. Grupa B: Pożary cieczy i topliwych ciał stałych. Grupa C: Pożary gazów. Grupa D: Pożary metali. Grupa F: Pożary tłuszczów i olejów w urządzeniach kuchennych

48 Samozapłon, samozapalenie Zapłon wywołany samonagrzewanie. Temperatura samozapłonu, temp. samozapalenia Minimalna temperatura, w której materiał zapali się samoistnie w określonych warunkach badania. Palny płomieniem Zdolny do spalania płomieniem. Płomień Strefa spalania w fazie gazowej, z której emitowane jest światło. Spalanie bezpłomieniowe Spalanie materiału w fazie stałej bez płomienia. Czas spalania płomieniowego Okres trwania płomienia.

49 Żarzenie Spalanie materiału w fazie stałej bez płomienia, lecz z emisją światła ze strefy spalania. Tlenie Powolne spalanie materiału bez emisji światła widzialnego, charakteryzujące się wydzielaniem dymu i wzrostem temperatury. Jarzenie Żarzenie wytworzone bez spalania lub innych chemicznych reakcji, np. żarzenie wytworzone przez elektrycznie grzane włókno wolframowe. Utleniacz Pierwiastek lub związek chemiczny, który może spowodować utlenianie lub spalanie innych substancji. Zobojętnianie Likwidowanie lub zmniejszanie zdolności atmosfery do podtrzymywania spalania.

50 Piroliza Nieodwracalny chemiczny rozkład materiału bez utleniania spowodowany wzrostem temperatury. Produkty spalania Wszystkie gazy, cząsteczki stałe i aerozole wydzielane ze strefy spalania. Dym Widzialna w atmosferze zawiesina cząsteczek stałych i cieczy powstałych w wyniku spalania lub pirolizy. Sadza Bardzo drobne cząsteczki, głównie węgla, wytworzone i osadzone podczas niecałkowitego spalania materiałów organicznych. Reakcja na ogień zachowanie materiału narażonego na działanie ognia w określonych warunkach badania. Efekt kominowy Ciąg w górę gorących gazów i dymu spowodowany prądami konwekcyjnymi wewnątrz pionowo wydzielonej przestrzeni.

51 Termiczne podstawy procesów spalania Spalanie jest egzotermiczną reakcją utleniania, procesu z którym związane jest wydzielanie ciepła. W reakcji bierze często udział paliwo gazowe o ogólnym wzorze chemicznym: C u H v O w N x S y O 2 C u H v O w N x S y i utleniacz O 2, najczęściej tlen atmosferyczny lub tlen o większym stężeniu. Reakcja spalania przebiega następująco: Lewa strona równania przedstawia paliwo i utleniacz (są one nazywane łącznie substratami), produkty reakcji, którymi są zawsze przy pełnym spalaniu dwutlenek węgla i woda.

52 SPALANIE I ZJAWISKA MU TOWARZYSZĄCE Spalanie to złożony, fizykochemiczny proces wzajemnego oddziaływania materiału palnego (paliwa) i powietrza (utleniacza), charakteryzujący się wydzielaniem ciepła i światła. W zależności od stanu skupienia paliwa wyróżnia się dwa rodzaje spalania: spalanie bezpłomieniowe i płomieniowe. Ze spalaniem bezpłomieniowym (heterogenicznym) spotykamy się w przypadku takich substancji, które w czasie spalania nie przechodzą w stan lotny. Tak spalają się: węgiel drzewny, koks, torf. Natomiast spalanie płomieniowe (homogeniczne) ma miejsce podczas spalania substancji, które podczas ogrzewania przechodzą w stan lotny. Tak spala się większość materiałów, np. drewno, tworzywa sztuczne, guma, ciecze palne, gazy palne. Czynnikami warunkującymi wystąpienie spalania płomieniowego, jako reakcji ciągłej są:  paliwo w odpowiedniej ilości  utleniacz w odpowiednim stężeniu  źródło ciepła o odpowiedniej energii  obecność pośrednich produktów (rodników) warunkujących ciągłość spalania.

53 W warunkach pożaru szybkość spalania się substancji palnej uzależniona jest przede wszystkim od szybkości dyfuzji powietrza do strefy spalania, czyli cienkiej zewnętrznej warstwy płomienia, gdzie następuje spalanie. PALIWO UTLENIACZ ŹRODŁO CIEPŁA RODNIKI SPALANIE PŁOMIENIOWE W powyższym przypadku mamy do czynienia ze spalaniem dyfuzyjnym. Wyróżniamy również spalanie kinetyczne, czyli takie, w którym substancja palna jest wstępnie zmieszana z utleniaczem. Tak mogą się spalać mieszaniny gazów palnych i cieczy palnych z powietrzem. Elementy warunkujące zaistnienie spalania płomieniowego.

54

55 TYPY ZAPOCZĄTKOWANIA REAKCJI SPALANIA PŁOMIENIOWEGO ZAPŁON ZAPŁON - polega na zapaleniu mieszaniny palnej punktowym bodźcem energetycznym, tylko w bardzo ograniczonej przestrzeni, wokół której powstaje czoło płomienia przemieszczające się następnie już samoczynnie na całą pozostałość mieszaniny. TEMPERATURA ZAPŁONU TEMPERATURA ZAPŁONU - jest to najniższa temperatura cieczy ogrzewanej w ściśle określony sposób, której pary tworzą z powietrzem mieszaninę zapalającą się przy zbliżeniu płomienia. Dotyczy tylko cieczy. ZAPALENIE ( SAMOZAPŁON) ZAPALENIE ( SAMOZAPŁON) - polega na równomiernym ogrzewaniu materiału do takiej temperatury w której zapala się on samorzutnie w całej masie, bez udziału tzw. punktowego bodźca energetycznego. TEMPERATURA ZAPALENIA TEMPERATURA ZAPALENIA - jest to najniższa temperatura materiału, który ogrzewany strumieniem ciepła dostarczonym z zewnątrz w wyniku rozkładu termicznego wydziela palną fazę lotną o stężeniu umożliwiającym jego zapalenie się tzn. samorzutne pojawienie się płomienia. Dotyczy ciał stałych i gazów. SAMOZAPALENIE SAMOZAPALENIE – jest to zjawisko zapalenia się materiału palnego w wyniku jego samonagrzewania się, które może być spowodowane procesami biologicznymi, fizycznymi lub chemicznymi.

56