Sự cháy: 3 yếu tố tạo nên ngọn lửa

Thí nghiệm này nhằm mục đích mô tả những yếu tố cơ bản để hình thành nên sự cháy. Ba yếu tố chính tạo nên sự cháy bao gồm: chất gây cháy, chất cháy và phần năng lượng kích thích ban đầu cho sự cháy. Nếu thiếu một trong ba yếu tố trên thì sự cháy sẽ không thể xảy ra.

1 Dụng cụ và hóa chất

• Kali nitrat KNO₃
• Than củi nghiền thành bột mịn (cacbon)
• Cốc miệng hẹp (bằng thép không gỉ)
• Kẹp bằng củi
• Dây thép
• Đèn đốt Bunsen hoặc đèn đốt bằng ga
• Thìa lấy mẫu

2 Quy trình tiến hành thực nghiệm

• Dùng dây thép quấn quanh cốc với mục đích để tạo giá đỡ cho cốc. Dùng kẹp gỗ để kẹp và giữ chắc cốc.
• Cho kali nitrat vào cốc và đun nóng nhờ ngọn lửa của đèn Bunsen cho tới khi toàn bộ muối chuyển sang trạng thái lỏng (khoảng một hoặc hai phút).
• Khi đó cho tiếp vào một hoặc hai thìa bột than củi (cacbon). Một phản ứng tỏa nhiệt rất mạnh xảy ra với sự phát sinh các tia lửa : sự cháy của than củi (cacbon) trong muối kali nitrat. Lượng nhiệt của quá trình đốt cháy tỏa ra có thể đủ lớn đốt thành cốc trở thành màu đỏ da cam.
• Nếu như kali nitrat chưa phản ứng hết, có thể thêm tiếp vào cốc một thìa cacbon để cho phản ứng tiếp.

3 Giải thích

• Đểhình thành sự cháy, cần thiết phải có ba yếu tố :
  • Chất cháy, có nghĩa là chất đốt (trong trường hợp trên là than củi), tất cả các chất đốt được kí hiệu bởi các biểu tượng trên bao bì như hình vẽ ở phía dưới đây:

F - Chất dễ cháy

F+ - Chất cháy rất mạnh

GHS02

• Chất gây cháy, có nghĩa là một chất mang oxi (ở đây là kali nitrat), chúng được kí hiệu bởi các biểu tượng trên bao bì :

O - Tác nhân gây cháy

GHS03

• Một năng lượng tối thiểu, trong trường hợp trên là nhiệt, những tia lửa, một ngọn lửa, một áp suất, một sự cọ sát

• Muối kali nitrat không thể tự phản ứng khi đốt nóng nếu không có mặt chất cháy. Cacbon, khi đốt cháy được vì nhờ có sự có mặt của oxi trong không khí (chất gây cháy). Hỗn hợp (chất cháy và chất gây cháy) cũng không thể tự phản ứng nếu không cung cấp cho nó một nãng lượng tối thiểu ban đầu. Khi cung cấp cho hệ thống một lượng nhiệt nhờ vào ngọn lửa khi đó sẽ xảy ra sự cháy.
• Sự cháy sẽ tự chấm dựt nếu thiếu một trong ba yếu tố trên. Đây là một trong những khẩu hiệu của ngành cứu hỏa dưới tên tam giác lửa, khi đó chỉ cần (ít nhiếu những khó khăn) loai bỏ một trong những yếu tố trên để loại bỏ ngọn lửa :

Tam giác lửa

• Chúng ta có thể loại bỏ chất gây cháy, ví dụ như oxi trong không khí, bằng cách dùng cát trùm lên ngọn lửa, hoặc những lớp phủ dầy, bọt hay khí cacbonic (bình dập lửa bằng CO₂). Trong trường hợp này, cần phải định hướng bình chữa cháy về phía chân ngọn lửa, ở đó chính là phần chính của sự cháy (chứ không phải phần trên ngọn lửa).
• Hoặc có thể tìm cách loại bỏ năng lượng phát nhiệt bằng cách tưới nước lên ngọn lửa, cũng tương tự ở phần dươi của ngọn lửa. Nước sẽ bốc hơi khi tiếp xúc với nhiệt nhưng cũng góp phần làm giảm nhiệt độ. (Một mặt nào đó nó cũng góp phần dập tắt ngọn lửa).
• Một giải pháp cuối cùng là loại bỏ chất cháy để ngăn cản sự cháy tiếp diễn. Kĩ thuật này không được phổ biến trong việc dập tắt hỏa hoạn cho các tòa nhà, nhưng nó rất hay được sử dụng khi có đám cháy ở trong rừng. Những người lính cứu hỏa sẽ đốt cháy một dải cây có kiểm soát nằm phía trước đám cháy. Khi đám cháy lan đến vùng trống, vùng mà không còn bất cứ một chất cháy (cây) để cháy, đám cháy sẽ dừng lại. Người ta gọi đây là phưong pháp « ngăn các đám cháy rừng ».
• Chú ý 1 : Tồn tại một loại cháy khác cùng tính chất nhưng không có sự có mặt của ngọn lửa, chỉ có duy nhất một lượng nhiệt lớn : đó là sự nóng sáng. (than củi và thanh sắt đỏ lên bởi ngọn lửa, xem thực nghiệm tạo các tia lửa) và có thể tạo thành các đám cháy khi lựợng chất gây cháy đủ lớn (minh họa trong thực nghiệm sự cháy trong oxi tinh khiết). Sự nóng sáng được hiểu, theo từng trường hợp cụ thể, là một « sự cháy ở trạng thái có mức độ » hay « không hoàn toàn » (và nó ít nguy hiểm hơn).
• Chú ý 2 : Năng lượng tối thiểu ban đầu cần cung cấp cho sự cháy tùy từng trường hợpp khác nhau, nó phụ thuợ nhiều vào chất cháy và hỗn hợp chất gây cháy. Hơn nữa, năng lượng này có thể giảm rất mạnh nếu như có mặt một chất xúc tác, được minh họa trong thực nghiệm đường ăn tự bốc cháy.

4 Những điều cần ́lưu ý

Thực nghiệm cần tiến hành với sự cẩn thận vì tỏa ra một lượng nhiệt lớn và tia lửa. Khi kết thúc thực nghiệm, nhúng cốc trong nước lạnh.