爆炸极限的影响因素及反应历程

11/11爆炸差不多概念【大纲考试内容要求】：1.了解爆炸的机理及其分类；2.熟悉各种爆炸的反应历程。3.了解爆炸极限的阻碍因素；【教材内容】：第二节爆炸差不多概念一、爆炸的概念(一)爆炸的机理及其分类在自然界中存在各种爆炸现象。广义地讲，爆炸是物质系统的一种极为迅速的物理的或化学的能量释放或转化过程，是系统蕴藏的或瞬间形成的大量能量在有限的体积和极短的时刻内，突然释放或转化的现象。在这种释放和转化的过程中，系统的能量将转化为机械功以及光和热的辐射等。爆炸能够由不同的缘故引起，但不管是何种缘故引起的爆炸，归根结底必须有一定的能源。按照能量的来源，爆炸能够分为三类，即物理爆炸、化学爆炸和核爆炸。(1)物理爆炸。物理爆炸是由系统释放物理能引起的爆炸。例如，高压蒸汽锅炉当过热蒸汽压力超过锅炉能承受的程度时，锅炉破裂，高压蒸汽突然释放出来，形成爆炸；陨石落地、高速弹丸对目标的撞击等物体高速碰撞时，物体高速运动产生的功能，在碰撞点的局部区域内迅速转化为热能，使受碰撞部位的压力和温度急剧升高，并在碰撞部位材料发生急剧变形，伴随巨大响声，形成爆炸现象；自然界中的雷电也属于物理爆炸，它是由带有不同电荷的云块间发生强烈的放电现象，使能量在10-6～10-7s内释放出来，放电区达到极大的能量密度和高温，导致放电区空气压力急剧升高并迅速膨胀，对周围空气产生强烈扰动，从而形成闪电雷鸣般的爆炸现象；高压电流通过细金属丝时，温度可达到2×104℃(2)化学爆炸。化学爆炸是由于物质的化学变化引起的爆炸，如炸药爆炸，可燃气体(甲烷、乙炔等)爆炸。悬浮于空气中的粉尘(煤粉、面粉等)以一定的比例与空气混合时，在一定的条件下所产生的爆炸也属于化学爆炸。化学爆炸是通过化学反应，将物质内潜在的化学能，在极短的时刻内释放出来，使其化学反应产物处于高温、高压状态的结果。一般气体爆炸和粉尘爆炸的压力能够达到2×106Pa，高能炸药爆炸时的爆轰压可达2×1010Pa以上，二者爆炸时产物的温度均可达到3×103~5×103K，因而使爆炸产物急剧向周围膨胀，产生强冲击波，造成对周围介质的破坏。化学爆炸时，参与爆炸的物质在瞬间发生分解或化合，变成新的爆炸产物。(3)核爆炸。核爆炸是核裂变(如原子弹是用铀235、钚239裂变)、核聚变(如氢弹是用氘、氚或锂核的聚变)反应所释放出的巨大核能引起的。核爆炸反应释放的能量比炸药爆炸时放出的化学能大的多，核爆炸中心温度可达数107K，压力爆炸反应历程(二)爆炸反应历程

爆炸性物质或混合物发生爆炸有热反应和链式反应两种不同的历程。按照链式反应理论，爆炸性混合物(如可燃性气体和氧气)与火源接触后，活化分子就会汲取能量而离解为游离基，并与其他分子相互作用形成一系列的链式反应，释放燃烧热。链式反应有直链式反应和支链式反应两种。直链反应是指每一个游离基都进行自己的连锁反应，如氯和氢属于这一类反应。即氯分子在光的作用下被活化成两个氯的游离基，每一个氯的游离基都进行自己的连锁反应，而且每次反应只引出一个新的游离基，即：

Cl2+hv(光量子)=Cl·+Cl·

Cl·+H2=HCl+H·

H·+Cl2=HCl+Cl·

Cl·+H2=HCl+H·

H+Cl2=HCl+Cl·

依此类推

Cl·+Cl·=Cl2

H·+H·=H2

支链反应是指在反应中一个游离基能生成一个以上的新的游离基，如氢和氧的连锁反应属于此类反应，其反应历程为：I

H2+O2=2OH·

Ⅱ

OH·+H2=H2O+H·

Ⅲ

H·+O2=OH+O·

Ⅳ

O·+H2=OH·+H·

链式反应历程大致分为3个时期：

(1)链引发，游离基生成。

(2)链传递，游离基作用于其他参与反应的化合物，产生新的游离基。

(3)链终止，即游离基的消耗，使连锁反应终止。

链式反应速度可用下式表示：

F(c)

v=——————————

(2—1)

fs+fc+A(1-a)

式中F(c)——反应物浓度函数；

fs——链在器壁上销毁因数；

fc——链在气相上销毁因数；

A——与反应物浓度有关的函数；

a——链的分支数，在直链反应中n=l，支链反应中n>1。

热反应历程是指危险物受热发生化学反应，反应在某一定空间内进行时，假如散热不良会使反应温度不断提高，温度的提高又会使反应速度加快，使得热大于失热，导致爆炸发生。

至于什么情况下发生热反应，什么情况下发生链式反应，需依照具体情况而定，甚至同一爆炸性混合物在不同条件下有时也会有所不同。图23所示为氢和氧按完全反应的浓度(2H2+O2)组成的混合气发生爆炸的温度和压力区间。从图中能够看出，当压力专门低且温度不高时(如在温度500℃和压力不超过200Pa时)，由于游离基专门容易扩散到器壁上销毁，现在连锁中断速度超过支链产生速度，因而反应进行较慢，混合物可不能发生爆炸；当温度为500℃，压力升高到200Pa和6666Pa之间时(如图中的a和b点之间)，由于产生支链速度大于销毁速度，链反应专门猛烈，就会发生爆炸；当压力接着提高，超过b点(大于6666Pa)以后，由于混合物内分子的浓度增高，容易发生链中断反应，致使游离基销毁速度又超过链产生速度，链反应速度趋于缓和，混合物又可不能发生爆炸了。

图2—3中a和b点时的压力，即200Pa和6666Pa，分不是混合物在低限和爆炸高限。随着温度增加，爆炸极限会变宽。这是由于链反应需要有链分支反应速度随温度升高而增加，而链终止的反应却随温度的升高而降低，故升高温度对产生链反应有利，结果使爆炸极限变宽，在图上呈现半岛形，当压力再升高超过c点(大于666610Pa)时，开始出现下列反应：

H·+O2——HO2·

HO2·+H2——H·+H2O2

HO2·+H2O——OH·+H2O2

产生游离基H·和OH·这两个反应是放热的，结果使反应释放出的热量超过从器壁散失的热量，从而使混合物的温度升高，进一步加快反应，促使释放出更多的热量，导致热爆炸的发生。

【例题】：悬浮于空气中的粉尘(煤粉、面粉等)以一定的比例与空气混合时，在一定的条件下所产生的爆炸，属于（）。

A.物理爆炸

B.化学爆炸

C.碰撞爆炸

D.机械爆炸

【答案】：B爆炸极限二、爆炸极限(一)爆炸极限的差不多理论及其阻碍因素爆炸极限是表征可燃气体和可燃粉尘危险性的要紧示性数。当可燃性气体、蒸气或可燃粉尘与空气(或氧)在一定浓度范围内均匀混合，遇到火源发生爆炸的浓度范围称为爆炸浓度极限，简称爆炸极限。将这一浓度范围的混合气体(或粉尘)称作爆炸性混合气体(或粉尘)。可燃性气体、蒸气的爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合气体中的所占体积分数来表示；可燃粉尘的爆炸极限是以在混合物中的质量浓度(g／m3)来表示。可燃性气体的体积分数及质量浓度比在20℃时的换算公式如下：L1000M273MY=——×————×————=L×——（2—2）10022.4273+202.4式中L——体积分数，Y——质量浓度，g／m3。M——可燃性气体或蒸气的相对分子质量；22.4——标准状态下(0℃把能够爆炸的最低浓度称作爆炸下限；能发生爆炸的最高浓度称作爆炸上限。用爆炸上限与下限浓度之差与爆炸下限浓度之比值表示其危险度H，即：H=(L上—L下)/L下或H=(Y上—Y下)/Y下(2—3)H值越大，表示可燃性混合物的爆炸极限范围越宽，其爆炸危险性越大。可燃性气体、蒸气或粉尘在爆炸极限范围内，遇到热源(明火或温度)，火焰瞬间传播于整个混合气体(或混合粉尘)空间化学反应速度极快，同时释放大量的热，生成专门多气体，气体受热膨胀，形成专门高的温度和专门大的压力，具有专门强的破坏力。可燃性气体、蒸气或粉尘爆炸极限的概念能够用热爆炸理论来解释。当可燃性气体、蒸气或粉尘的浓度小于爆炸下限时，由于在混合物中含有过量的空气，过量空气的冷却作用及可燃物浓度的不足，导致系统得热小于失热，反应不能连续下去；同样，当可燃性气体(或粉尘)的浓度大于爆炸上限时，则会有过量的可燃物，过量的可燃物不仅因缺氧而不能参与反应、放出热量，反而起冷却作用，阻止了火焰的蔓延。因此，也还有爆炸上限达100％的可燃气体和蒸气(如环氧乙烷、硝化甘油等)，可燃性粉尘(如火炸药粉尘)。这类物质在分解时会自身供氧，使反应持续进行下去。随着气体压力和温度的升高，越容易引起分解爆炸。【例题】：乙烷在空气中的爆炸极限范围是3～15%，那么乙烷在空气中爆炸的危险度H是＿＿＿。A1B2C.3D4【答案】：D【解析】：依照H=(L上—L下)/L下=（15-3）/3=4一、多选题:1、以下有关爆炸极限讲法正确的是：＿＿＿。A.爆炸极限是表征可燃气体和可燃粉尘危险性的要紧示性数B.可燃性气体、蒸气的爆炸极限一般用可燃气体或蒸气在混合气体中的所占质量浓度(g／m3)来表示C.可燃粉尘的爆炸极限是以在混