11/11爆炸差不多概念【大綱考試內(nèi)容要求】：1.了解爆炸的機(jī)理及其分類；2.熟悉各種爆炸的反應(yīng)歷程。3.了解爆炸極限的阻礙因素；【教材內(nèi)容】：第二節(jié)爆炸差不多概念一、爆炸的概念(一)爆炸的機(jī)理及其分類在自然界中存在各種爆炸現(xiàn)象。廣義地講，爆炸是物質(zhì)系統(tǒng)的一種極為迅速的物理的或化學(xué)的能量釋放或轉(zhuǎn)化過程，是系統(tǒng)蘊藏的或瞬間形成的大量能量在有限的體積和極短的時刻內(nèi)，突然釋放或轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象。在這種釋放和轉(zhuǎn)化的過程中，系統(tǒng)的能量將轉(zhuǎn)化為機(jī)械功以及光和熱的輻射等。爆炸能夠由不同的緣故引起，但不管是何種緣故引起的爆炸，歸根結(jié)底必須有一定的能源。按照能量的來源，爆炸能夠分為三類，即物理爆炸、化學(xué)爆炸和核爆炸。(1)物理爆炸。物理爆炸是由系統(tǒng)釋放物理能引起的爆炸。例如，高壓蒸汽鍋爐當(dāng)過熱蒸汽壓力超過鍋爐能承受的程度時，鍋爐破裂，高壓蒸汽突然釋放出來，形成爆炸；隕石落地、高速彈丸對目標(biāo)的撞擊等物體高速碰撞時，物體高速運動產(chǎn)生的功能，在碰撞點的局部區(qū)域內(nèi)迅速轉(zhuǎn)化為熱能，使受碰撞部位的壓力和溫度急劇升高，并在碰撞部位材料發(fā)生急劇變形，伴隨巨大響聲，形成爆炸現(xiàn)象；自然界中的雷電也屬于物理爆炸，它是由帶有不同電荷的云塊間發(fā)生強烈的放電現(xiàn)象，使能量在10-6～10-7s內(nèi)釋放出來，放電區(qū)達(dá)到極大的能量密度和高溫，導(dǎo)致放電區(qū)空氣壓力急劇升高并迅速膨脹，對周圍空氣產(chǎn)生強烈擾動，從而形成閃電雷鳴般的爆炸現(xiàn)象；高壓電流通過細(xì)金屬絲時，溫度可達(dá)到2×104℃(2)化學(xué)爆炸。化學(xué)爆炸是由于物質(zhì)的化學(xué)變化引起的爆炸，如炸藥爆炸，可燃?xì)怏w(甲烷、乙炔等)爆炸。懸浮于空氣中的粉塵(煤粉、面粉等)以一定的比例與空氣混合時，在一定的條件下所產(chǎn)生的爆炸也屬于化學(xué)爆炸。化學(xué)爆炸是通過化學(xué)反應(yīng)，將物質(zhì)內(nèi)潛在的化學(xué)能，在極短的時刻內(nèi)釋放出來，使其化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物處于高溫、高壓狀態(tài)的結(jié)果。一般氣體爆炸和粉塵爆炸的壓力能夠達(dá)到2×106Pa，高能炸藥爆炸時的爆轟壓可達(dá)2×1010Pa以上，二者爆炸時產(chǎn)物的溫度均可達(dá)到3×103~5×103K，因而使爆炸產(chǎn)物急劇向周圍膨脹，產(chǎn)生強沖擊波，造成對周圍介質(zhì)的破壞。化學(xué)爆炸時，參與爆炸的物質(zhì)在瞬間發(fā)生分解或化合，變成新的爆炸產(chǎn)物。(3)核爆炸。核爆炸是核裂變(如原子彈是用鈾235、钚239裂變)、核聚變(如氫彈是用氘、氚或鋰核的聚變)反應(yīng)所釋放出的巨大核能引起的。核爆炸反應(yīng)釋放的能量比炸藥爆炸時放出的化學(xué)能大的多，核爆炸中心溫度可達(dá)數(shù)107K，壓力爆炸反應(yīng)歷程(二)爆炸反應(yīng)歷程

爆炸性物質(zhì)或混合物發(fā)生爆炸有熱反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)兩種不同的歷程。按照鏈?zhǔn)椒磻?yīng)理論，爆炸性混合物(如可燃性氣體和氧氣)與火源接觸后，活化分子就會汲取能量而離解為游離基，并與其他分子相互作用形成一系列的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，釋放燃燒熱。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)有直鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和支鏈?zhǔn)椒磻?yīng)兩種。直鏈反應(yīng)是指每一個游離基都進(jìn)行自己的連鎖反應(yīng)，如氯和氫屬于這一類反應(yīng)。即氯分子在光的作用下被活化成兩個氯的游離基，每一個氯的游離基都進(jìn)行自己的連鎖反應(yīng)，而且每次反應(yīng)只引出一個新的游離基，即：

Cl2+hv(光量子)=Cl·+Cl·

Cl·+H2=HCl+H·

H·+Cl2=HCl+Cl·

Cl·+H2=HCl+H·

H+Cl2=HCl+Cl·

依此類推

Cl·+Cl·=Cl2

H·+H·=H2

支鏈反應(yīng)是指在反應(yīng)中一個游離基能生成一個以上的新的游離基，如氫和氧的連鎖反應(yīng)屬于此類反應(yīng)，其反應(yīng)歷程為：I

H2+O2=2OH·

Ⅱ

OH·+H2=H2O+H·

Ⅲ

H·+O2=OH+O·

Ⅳ

O·+H2=OH·+H·

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)歷程大致分為3個時期：

(1)鏈引發(fā)，游離基生成。

(2)鏈傳遞，游離基作用于其他參與反應(yīng)的化合物，產(chǎn)生新的游離基。

(3)鏈終止，即游離基的消耗，使連鎖反應(yīng)終止。

鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速度可用下式表示：

F(c)

v=——————————

(2—1)

fs+fc+A(1-a)

式中F(c)——反應(yīng)物濃度函數(shù)；

fs——鏈在器壁上銷毀因數(shù)；

fc——鏈在氣相上銷毀因數(shù)；

A——與反應(yīng)物濃度有關(guān)的函數(shù)；

a——鏈的分支數(shù)，在直鏈反應(yīng)中n=l，支鏈反應(yīng)中n>1。

熱反應(yīng)歷程是指危險物受熱發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)在某一定空間內(nèi)進(jìn)行時，假如散熱不良會使反應(yīng)溫度不斷提高，溫度的提高又會使反應(yīng)速度加快，使得熱大于失熱，導(dǎo)致爆炸發(fā)生。

至于什么情況下發(fā)生熱反應(yīng)，什么情況下發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，需依照具體情況而定，甚至同一爆炸性混合物在不同條件下有時也會有所不同。圖23所示為氫和氧按完全反應(yīng)的濃度(2H2+O2)組成的混合氣發(fā)生爆炸的溫度和壓力區(qū)間。從圖中能夠看出，當(dāng)壓力專門低且溫度不高時(如在溫度500℃和壓力不超過200Pa時)，由于游離基專門容易擴(kuò)散到器壁上銷毀，現(xiàn)在連鎖中斷速度超過支鏈產(chǎn)生速度，因而反應(yīng)進(jìn)行較慢，混合物可不能發(fā)生爆炸；當(dāng)溫度為500℃，壓力升高到200Pa和6666Pa之間時(如圖中的a和b點之間)，由于產(chǎn)生支鏈速度大于銷毀速度，鏈反應(yīng)專門猛烈，就會發(fā)生爆炸；當(dāng)壓力接著提高，超過b點(大于6666Pa)以后，由于混合物內(nèi)分子的濃度增高，容易發(fā)生鏈中斷反應(yīng)，致使游離基銷毀速度又超過鏈產(chǎn)生速度，鏈反應(yīng)速度趨于緩和，混合物又可不能發(fā)生爆炸了。

圖2—3中a和b點時的壓力，即200Pa和6666Pa，分不是混合物在低限和爆炸高限。隨著溫度增加，爆炸極限會變寬。這是由于鏈反應(yīng)需要有鏈分支反應(yīng)速度隨溫度升高而增加，而鏈終止的反應(yīng)卻隨溫度的升高而降低，故升高溫度對產(chǎn)生鏈反應(yīng)有利，結(jié)果使爆炸極限變寬，在圖上呈現(xiàn)半島形，當(dāng)壓力再升高超過c點(大于666610Pa)時，開始出現(xiàn)下列反應(yīng)：

H·+O2——HO2·

HO2·+H2——H·+H2O2

HO2·+H2O——OH·+H2O2

產(chǎn)生游離基H·和OH·這兩個反應(yīng)是放熱的，結(jié)果使反應(yīng)釋放出的熱量超過從器壁散失的熱量，從而使混合物的溫度升高，進(jìn)一步加快反應(yīng)，促使釋放出更多的熱量，導(dǎo)致熱爆炸的發(fā)生。

【例題】：懸浮于空氣中的粉塵(煤粉、面粉等)以一定的比例與空氣混合時，在一定的條件下所產(chǎn)生的爆炸，屬于（）。

A.物理爆炸

B.化學(xué)爆炸

C.碰撞爆炸

D.機(jī)械爆炸

【答案】：B爆炸極限二、爆炸極限(一)爆炸極限的差不多理論及其阻礙因素爆炸極限是表征可燃?xì)怏w和可燃粉塵危險性的要緊示性數(shù)。當(dāng)可燃性氣體、蒸氣或可燃粉塵與空氣(或氧)在一定濃度范圍內(nèi)均勻混合，遇到火源發(fā)生爆炸的濃度范圍稱為爆炸濃度極限，簡稱爆炸極限。將這一濃度范圍的混合氣體(或粉塵)稱作爆炸性混合氣體(或粉塵)。可燃性氣體、蒸氣的爆炸極限一般用可燃?xì)怏w或蒸氣在混合氣體中的所占體積分?jǐn)?shù)來表示；可燃粉塵的爆炸極限是以在混合物中的質(zhì)量濃度(g／m3)來表示。可燃性氣體的體積分?jǐn)?shù)及質(zhì)量濃度比在20℃時的換算公式如下：L1000M273MY=——×————×————=L×——（2—2）10022.4273+202.4式中L——體積分?jǐn)?shù)，Y——質(zhì)量濃度，g／m3。M——可燃性氣體或蒸氣的相對分子質(zhì)量；22.4——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下(0℃把能夠爆炸的最低濃度稱作爆炸下限；能發(fā)生爆炸的最高濃度稱作爆炸上限。用爆炸上限與下限濃度之差與爆炸下限濃度之比值表示其危險度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極限范圍越寬，其爆炸危險性越大。可燃性氣體、蒸氣或粉塵在爆炸極限范圍內(nèi)，遇到熱源(明火或溫度)，火焰瞬間傳播于整個混合氣體(或混合粉塵)空間化學(xué)反應(yīng)速度極快，同時釋放大量的熱，生成專門多氣體，氣體受熱膨脹，形成專門高的溫度和專門大的壓力，具有專門強的破壞力。可燃性氣體、蒸氣或粉塵爆炸極限的概念能夠用熱爆炸理論來解釋。當(dāng)可燃性氣體、蒸氣或粉塵的濃度小于爆炸下限時，由于在混合物中含有過量的空氣，過量空氣的冷卻作用及可燃物濃度的不足，導(dǎo)致系統(tǒng)得熱小于失熱，反應(yīng)不能連續(xù)下去；同樣，當(dāng)可燃性氣體(或粉塵)的濃度大于爆炸上限時，則會有過量的可燃物，過量的可燃物不僅因缺氧而不能參與反應(yīng)、放出熱量，反而起冷卻作用，阻止了火焰的蔓延。因此，也還有爆炸上限達(dá)100％的可燃?xì)怏w和蒸氣(如環(huán)氧乙烷、硝化甘油等)，可燃性粉塵(如火炸藥粉塵)。這類物質(zhì)在分解時會自身供氧，使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行下去。隨著氣體壓力和溫度的升高，越容易引起分解爆炸。【例題】：乙烷在空氣中的爆炸極限范圍是3～15%，那么乙烷在空氣中爆炸的危險度H是＿＿＿。A1B2C.3D4【答案】：D【解析】：依照H=(L上—L下)/L下=（15-3）/3=4一、多選題:1、以下有關(guān)爆炸極限講法正確的是：＿＿＿。A.爆炸極限是表征可燃?xì)怏w和可燃粉塵危險性的要緊示性數(shù)B.可燃性氣體、蒸氣的爆炸極限一般用可燃?xì)怏w或蒸氣在混合氣體中的所占質(zhì)量濃度(g／m3)來表示C.可燃粉塵的爆炸極限是以在混