Почему в присутствии углекислого газа огонь перестаёт гореть?

Процесс прекращения горения в среде углекислого газа ( $C{O}_2$) объясняется сочетанием химических и физических факторов. Чтобы поддерживать пламя, необходимы три условия (так называемый «треугольник огня»): горючее вещество, окислитель (обычно кислород) и высокая температура. Углекислый газ эффективно воздействует на два из этих факторов. 1. Вытеснение окислителя Для поддержания горения большинства веществ концентрация кислорода в воздухе должна составлять не менее 14–16%. При подаче углекислого газа в зону горения он замещает собой атмосферный воздух.

• Изоляция: $C{O}_2$ тяжелее воздуха (его молярная масса составляет примерно 44 г/моль против средней массы воздуха в 29 г/моль). Благодаря этому он оседает вниз, «окутывает» горящий предмет и создает барьер, препятствующий доступу нового кислорода к топливу. Разбавление: Даже если кислород не вытеснен полностью, примесь углекислого газа снижает его концентрацию до уровня, при котором химическая реакция окисления становится невозможной.

2. Охлаждение зоны реакции Горение — это экзотермическая цепная реакция. Для её продолжения выделяемого тепла должно быть достаточно для подготовки новых порций топлива (пиролиза или испарения).

• Теплоемкость: Углекислый газ обладает способностью поглощать тепловую энергию. Когда он попадает в пламя, часть энергии расходуется на нагрев самого газа, что снижает общую температуру в зоне горения.
• Эффект фазового перехода: В углекислотных огнетушителях газ находится под давлением в сжиженном состоянии. При выпуске он резко расширяется и частично превращается в «сухой лед» с температурой около -78,5°C, что вызывает мгновенный термический шок и охлаждение горящей поверхности ниже точки воспламенения.

3. Химическая инертность В обычных условиях углекислый газ является продуктом полного окисления углерода. Это означает, что он химически стабилен и не поддерживает горение (в отличие от кислорода). Он не вступает в реакцию с топливом, а выступает в роли «балласта», который гасит кинетическую энергию сталкивающихся молекул реагентов, замедляя и в итоге останавливая цепную реакцию. Важное исключение: Углекислый газ не является универсальным средством тушения. Некоторые активные металлы (например, магний, калий или натрий) способны гореть даже в среде $C{O}_2$. В этом случае магний забирает кислород из молекулы углекислого газа по реакции: $2Mg+C{O}_{2}2MgO+C$В результате пламя не только не гаснет, но может усилиться, а углерод выделится в виде сажи. Я могу подготовить для вас сравнительную таблицу эффективности различных типов огнетушителей (порошковых, пенных, углекислотных) для разных классов пожаров. Желаете ознакомиться?