(Trang 28)
MỤC TIÊU
- Nêu được khái niệm, đặc điểm của phản ứng cháy và một số ví dụ về sự cháy một số chất vô cơ, hữu cơ.
- Nêu được điều kiện cần và đủ để phản ứng cháy xảy ra.
- Nêu được khái niệm, đặc điểm cơ bản của phản ứng nổ, phản ứng nổ vật lí, phản ứng nổ hoá học.
- Trình bày được khái niệm về "nổ bụi".
- Trình bày được những sản phẩm độc hại thường sinh ra trong các phản ứng cháy và tác hại của chúng với con người.
| ? Phản ứng cháy, nỗ xảy ra phỗ biến trong tự nhiên, đời sống và sản xuất. Dựa vào đặc tính của vật liệu, con người có thể điều khiễn quá trình cháy, nỗ xảy ra đúng mục đích, an toàn. Ngược lại, một vụ cháy, nổ bất ngờ, ngoài tầm kiểm soát có thể gây thiệt hại lớn về người và tài sản. Vậy, phản ứng cháy, nỗ là gì? Chúng xảy ra khi hội tụ đủ các yếu tổ nào? |
I. PHẢN ỨNG CHÁY
1. Khái niệm
Phản ứng cháy là phản ứng oxi hoá - khử có toả nhiệt và phát sáng.
Xét về bản chất, cháy là phản ứng hoá học giữa các chất cháy với oxygen có trong không khí hoặc với một chất oxi hoá khác kèm theo sự toả nhiệt và phát sáng. Phản ứng cháy của một số chất vô cơ và hữu cơ được liệt kê ở Bảng 5.1.
Bảng 5.1. Phản ứng cháy của một số chất vô cơ và hữu cơ
| Chất cháy | Phản ứng hoá học |
| Than đá |  |
| Xăng |  |
| Dầu diesel |  |
| Magnesium |  |
(Trang 29)
2. Đặc điểm
| Phản ứng cháy luôn xảy ra với ba dấu hiệu đặc trưng: (1) có xảy ra phản ứng hoá học, (2) có toả nhiệt và (3) có phát sáng. Khi đốt cháy một chuỗi các phản ứng hoá học xảy ra nối tiếp nhau và nhiệt độ ngọn lửa được duy trì bởi chính nhiệt toả ra từ phản ứng cháy. Sự cháy sẽ tiếp diễn nếu vẫn còn nhiên liệu và có nguồn cung cấp oxygen liên tục. Khi cháy, do quá trình đối lưu, sản phẩm cháy như khói, tro, bụi bay ra, đồng thời oxygen xâm nhập vào để ngọn lửa tiếp tục cháy. |
Hình 5.1. Đốt cháy than củi |
3. Điều kiện cần và đủ để phản ứng cháy xảy ra
| Để phản ứng cháy xảy ra cần có đủ ba yếu tố: chất cháy, chất oxi hoá và nguồn nhiệt. Trong đó, chất cháy và chất oxi hoá đóng vai trò chất phản ứng, còn nguồn nhiệt cung cấp năng lượng ban đầu cho phản ứng cháy xảy ra. Nếu thiếu một trong các yếu tố này thì phản ứng cháy sẽ không xảy ra. Ba yếu tố trong tam giác cháy bao gồm:
Ví dụ: một đám cháy than có thể xảy ra khi có than (chất cháy), oxygen không khí (chất oxi hoá) và có một lượng nhiệt đủ được cung cấp ban đầu. Tuy nhiên, đám cháy chỉ xuất hiện khi có thêm ba điều kiện đủ:
|
Hình 5.2. Tam giác cháy – ba điều kiện cần để đám cháy xảy ra
a) Biểu tượng chất cháy
b) Biểu tượng chất oxi hoá Hình 5.3. Một số biểu tượng sử dụng trong phòng cháy, chữa chảy |
(Trang 30)
4. Sản phẩm cháy
Sản phẩm của quá trình cháy phụ thuộc vào bản chất của chất cháy, chất oxi hoá và đặc điểm quá trình cháy hoàn toàn hay không hoàn toàn.
- Quá trình cháy hoàn toàn: Nếu đủ hoặc thừa oxygen thì quá trình cháy thường xảy ra hoàn toàn, các nguyên tố hoá học trong chất cháy được chuyển hoá thành các sản phẩm bền và không còn khả năng cháy tiếp.
- Quá trình cháy không hoàn toàn: Nếu thiếu oxygen hoặc nồng độ oxygen thấp thì quá trình cháy sẽ xảy ra không hoàn toàn, tạo ra sản phẩm cháy vẫn còn chứa các sản phẩm độc hại và còn có khả năng cháy tiếp như hơi nhiên liệu, muội than, carbon monoxide,....
Các sản phẩm quá trình cháy thường gây ô nhiễm môi trường đất, nước, không khí và ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người (Bảng 5.2).
Bảng 5.2. Tác hại của một số sản phẩm cháy đến sức khoẻ và môi trường
| Sản phẩm | Tác hại |
| CO2 | Không khí chứa nhiều CO2 sẽ gián tiếp gây thiếu oxygen cho quá trình hô hấp, gây hôn mê, bại não (Ví dụ: đun bếp than trong phòng kín, làm việc gần lò nung vôi thủ công đang hoạt động,...). CO2 là nguyên nhân chính làm tăng hiệu ứng nhà kính, gây hiện tượng nóng lên toàn câu. |
| CO | CO có khả năng kết hợp với hemoglobin trong hồng cầu, làm giảm khả năng vận chuyền O2. Con người sẽ bị bất tinh sau vài giây và tử vong sau vài phút nếu hít thở không khí có chứa 1,28% thể tích là khí CO. |
| SO2 | SO2 ở nồng độ thấp có thể gây co thắt phế quản, ở nồng độ cao gây viêm niêm mạc đường hồ hấp, ảnh hưởng đến chức năng của phổi. SO2 là nguyên nhân chính gây mưa acid, có thể làm chết cây cối, ăn mòn các công trình kiến trúc bằng đá và kim loại. |
| NO2 | Hít thờ không khí chứa nhiều NO2 gây tổn thương niêm mạc phồi, ảnh hưởng đến chức năng của phổi, mắt, mũi, họng. NO2 và các oxide của nitrogen là tác nhân gây mưa acid, gây thủng tầng ozone. |
| HCI | HCI gây ngửa da, ho, chảy nước mắt. Nếu bị nhiễm nặng có thể đau đầu hoặc gây tồn thương phổi. |
| Khói, bụi mịn, bồ hóng | Khói, bụi mịn, bồ hóng khi xâm nhập vào phổi sẽ dẫn đến các bệnh về hô hấp. Bên cạnh đó, khói, bụi mịn, bồ hóng còn có thề gây ra các bệnh ở mắt, da, tim mạch,... Bụi mịn cũng là một trong các tác nhân gây ung thư. |
(Trang 31)
| ? 1. Trình bày khái niệm và các đặc điểm cơ bản của phản ứng cháy. 2. Tính nhiệt toả của phản ứng đốt cháy một số loại than đá theo đơn vị kJ/kg, biết than đá chứa 84% khối lượng carbon và giả thiết toàn bộ nhiệt lượng toả ra khi đốt than đá đều sinh ra từ phản ứng: C(s) + O2(g) →CO2(g) 3. Than tổ ong hiện vẫn được một số nơi sử dụng để đun nấu. Một viên than tổ ong nặng 1200 g có chứa 40% carbon về khối lượng. a) Tính số mol carbon có trong một viên than tổ ong. b) Tính thể tích khí CO2 tạo ra ở điều kiện chuẩn khi đốt cháy hoàn toàn viên than trên. Tại sao hiện nay các nhiên liệu hoá thạch được khuyến cáo hạn chế sử dụng trên toàn thế giới? c) Tại sao đun bếp than tổ ong trong phòng ngủ để sưởi ấm có thể gây hôn mê, bại não? 4. Một loại gas dùng làm nhiên liệu đun nấu có thành phần chính gồm C3H8 và C4H10 theo tỉ lệ mol tương ứng là 2 : 3. a) Tính phần trăm thể tích mol alkane trên trong khí gas. b) Tính phần tử khí trung bình của khí gas. Khí gas nặng hơn không khí bao nhiêu lần? Tại sao sau khi hơi gas rò rỉ sẽ tích tụ ở những nơi thấp trên mặt đất? |
II. PHẢN ỨNG NỔ
1. Khái niệm
Phản ứng nổ là phản ứng xảy ra với tốc độ rất nhanh, mạnh, toả nhiều nhiệt và ánh sáng, gây ra sự tăng thể tích đột ngột, tạo ra tiếng nổ mạnh.
Ví dụ: Các vụ nổ do thuốc nổ, bom, mìn, đạn pháo cỡ lớn, bộc phá, thuỷ lôi, xăng dầu, bình gas, trạm điện.
Về bản chất, một vụ nổ là sự giải phóng năng lượng đột ngột, toả ra môi trường xung quanh, tạo thành sóng âm, gây ra sóng nổ hoặc sóng xung kích. Một vụ nổ thường gây thải hại bởi âm thanh lớn, nhiệt lượng, ánh sáng và sóng nổ.
Sóng nổ là sóng phát ra từ tâm vụ nổ, lan truyền ra môi trường xung quanh với một áp suất rất cao. Sóng nổ gây ra các chấn thương do các mảnh vỡ và do áp lực lớn tác động lên cơ thể, đặc biệt trong môi trường nước và không khí. Nổ sinh ra từ các vụ nổ hạt nhân có sức tàn phá khủng khiếp nhất.
Hình 5.4. Một vụ nổ bom hat nhân
2. Đặc điểm
Phản ứng nổ có các đặc điểm sau:
- Tốc độ phản ứng nhanh: Phản ứng xảy ra rất nhanh trong khoảng thời gian rất ngắn. Đây là đặc điểm khác biệt so với phản ứng cháy thông thường.
- Toả nhiệt nhiều: Sự toả nhiệt mạnh là điều kiện để duy trì phản ứng nổ. Phản ứng toả càng nhiều nhiệt thì tốc độ phản ứng càng cao, phản ứng càng triệt để, tốc độ lan truyền càng nhanh, sức công phá càng lớn.
- Tạo áp suất cao: Áp suất gây ra ở tâm nổ rất cao, trong một vụ nổ, nếu lượng khí sinh ra càng nhiều và nhiệt độ càng cao thì sức tàn phá càng lớn.
Vụ nổ có thể sử dụng với mục đích xây dựng (phá đá, đào hầm, phá dỡ công trình), mục đích giải trí (pháo hoa, pháo sáng,...),....
| EM CÓ BIẾT Đương lượng nổ Năng lượng được giải phóng ra từ vụ nổ gọi là sức công phá, hay đương lượng nổ, được xác định theo thang đo của thuốc nổ TNT. Bảng 5.3. Hiệu đương lượng nổ và giá trị năng lượng ứng
Sức công phá của bom nguyên tử Trong chiến tranh thế giới thứ hai, quân đội Mỹ đã ném hai quả bom nguyên tử xuống thành phố Hiroshima và Nagasaki vào ngày 6 và ngày 9 tháng 8 năm 1945. Quả bom ném xuống Hiroshima chứa nguyên tố phóng xạ 235U, phát nổ ở cách mặt đất khoảng 600 m với đương lượng nổ là 15 kiloton. Vụ nổ ngay lập tức giết chết hàng chục nghìn người và sau đó còn hàng chục nghìn người chết do chất độc trong, nhiễm độc phóng xạ và gây ra hậu quả di truyền cho nhiều người đến tận ngày nay. Với sức tàn phá huỷ diệt, vũ khí hạt nhân đã bị thế giới lên án. Hiệp ước cấm vũ khí hạt nhân của Liên Hợp Quốc có hiệu lực từ ngày 22 tháng 1 năm 2021, trong đó cấm sử dụng, phát triển, sản xuất, thử nghiệm, dự trữ và đe doạ sử dụng vũ khí hạt nhân. |
3. Phân loại
Các vụ nổ được phân làm ba loại: nổ vật lí, nổ hoá học và nổ hạt nhân.
- Nổ vật lí là nổ do sự giải phóng thể tích đột ngột sau khi chất bị nén dưới một áp suất cao. Ví dụ: nổ bình khí nén, nổ đường ống dẫn khí nén, nổ săm xe khi bơm quá căng. Trong vụ nổ vật lí không xảy ra các phản ứng hoá học.
- Nổ hoá học là nổ do sự giải phóng rất nhanh năng lượng hoá học dự trữ trong các phần tử thành động năng, nhiệt năng, ánh sáng, âm thanh,.... Ví dụ: nổ bom, mìn, thuốc nổ, gas, hydrogen, methane, acetylene,.... Nổ hoá học bắt nguồn từ các phản ứng hoá học và thường phức tạp hơn nhiều so với nổ vật lí.
- Nổ hạt nhân là vụ nổ gây ra bởi phản ứng nhiệt hạch hoặc phản ứng phân hạch. Phản ứng hạt nhân kèm theo giải phóng nhiệt lượng rất lớn.
(Trang 33)
4. Nổ bụi
Nổ bụi là vụ nổ gây ra bởi quá trình bốc cháy nhanh của các hạt bụi mịn phân tán trong không khí bên trong một không gian hạn chế, tạo ra sóng nổ. Nổ bụi có khả năng gây ra thương vong cho nhiều người và có thể làm sụp đổ một phần hay toàn bộ công trình, tương tự như nổ khí. Nổ bụi là một trường hợp của nổ hoá học.
Nổ bụi xảy ra khi có đủ năm yếu tố: nguồn oxygen, nguồn nhiệt, nhiên liệu (bụi có thể cháy được), nồng độ bụi mịn đủ lớn và không gian đủ kín. Thiếu một trong các yếu tố trên sẽ không hình thành vụ nổ bụi.
Các chất bụi rắn gây ra "nổ bụi" hầu hết là các vật liệu hữu cơ hoặc vô cơ ở dạng rắn, có khả năng bốc cháy trong không khí và toả nhiệt mạnh. Ví dụ: vật liệu hữu cơ như bột ngũ cốc (ngô, bột mì, bột gạo,...), bột đường, bột nhựa, bột gỗ, bột vải, bột cao su, bột dược phẩm,...; vật liệu vô cơ như bột kim loại (aluminium, magnesium, zinc, iron,...), bột phi kim (than, sulfur, phosphorus, silicon,...).
Hình 5.5. Một vụ nỗ bụi công nghiệp
| ? 5. Hiện tượng nào sau đây là nổ vật lí? Hiện tượng nào là nổ hoá học? a) Nổ quả bóng bay do bơm quá căng. b) Nổ chùm bóng bay chứa khí hydrogen do bật lửa. |
| EM ĐÃ HỌC Phản ứng cháy, nổ kèm theo sự giải phóng năng lượng lớn và tốc độ phản ứng nhanh. Để xuất hiện một đám cháy cần hội tụ đủ ba yếu tố: chất cháy, chất oxi hoá và nguồn nhiệt. Phản ứng nổ là phản ứng xảy ra với tốc độ rất nhanh, kèm theo sự tăng thể tích đột ngột và giải phóng năng lượng lớn. Các sản phẩm của phản ứng cháy, nổ như CO2, CO, SO2, NO2 gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ và môi trường. |
| EM CÓ THỂ Viết phản ứng hoá học xảy ra của các chất cháy thông dụng, tính toán lượng không khí cần thiết cho quá trình đốt cháy. Dựa vào bản chất của chất cháy, nhận biết nguy cơ gây cháy, nổ để có biện pháp phòng ngừa và chữa cháy phù hợp. |
