حریق چیست؟ انواع آتش، مثلث حریق و محصولات آتش سوزی

خطر آتش‌سوزی و انفجار در تمام محیط‌ها وجود دارد، از محیط‌های صنعتی گرفته تا ساختمان‌های مسکونی و حتی جنگل‌ها و منابع طبیعی! هر حادثه آتش‌سوزی می‌تواند نگرانی عمده‌ای برای انسان‌ها ایجاد کند. جالب است بدانید خسارات ناشی از آتش‌سوزی ممکن است آسیب‌های جدی به چرخه کامل اقتصاد یک کشور وارد آورد.

آتش یا حریق چیست؟

آتش مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی و اکسیداسیون سریع مواد قابل اشتعال است که معمولاً به صورت واکنش‌های گرمازا (واکنش‌های اکسوترمیک)، به همراه دود، حرارت، شعله و گاز ظاهر می‌گردد. در شکل زیر مواد تشکیل‌دهنده حریق و سپس در سمت راست خروجی‌های آتش را مشاهده می‌کنید.

وقوع هر آتش نیاز به زمینه‌های فیزیکی و شیمیایی محل وقوع دارد. اصولاً عوامل مؤثر در ایجاد آتش‌سوزی متعدد است ولی برای ایجاد آتش وجود ۴ عامل زیر که بـه هـرم آتش معروف است ضروری است و در صورت حذف حداقل یکی از آن‌ها ادامه حریق ممکن نیست. این عوامل شامل: اکسیژن، حرارت (گرما)، سوخت (مواد قابل اشتعال) و واکنش‌های زنجیره‌ای است.

• نقش اکسیژن در حریق

اکسیژن یکی از سه جزء اصلی مثلث آتش است که برای رخ دادن حریق لازم است؛ دو جزء دیگر گرما و سوخت هستند. بدون مقدار کافی اکسیژن، واکنش احتراق نمی‌تواند ادامه یابد یا حتی آغاز شود. در هوایی که ما تنفس می‌کنیم، تقریباً ۲۱ درصد از آن را اکسیژن تشکیل می‌دهد، که بیش از مقدار لازم برای اغلب آتش‌سوزی‌ها است.

حریق می‌تواند در محیط‌هایی با حداقل ۱۶٪ اکسیژن به وقوع پیوندد. این بدان معنی است که حتی اگر سطح اکسیژن در هوا کمی از حالت معمول کمتر باشد، باز هم احتمال روشن شدن آتش وجود دارد. اگرچه، شدت و سرعت احتراق ممکن است در این شرایط کاهش یابد، زیرا میزان اکسیژن کمتر، محدود کننده فرآیند احتراق است.

علاوه بر این، برخی مواد شیمیایی مانند پراکسیدها (R-O-O-R)، نیترات‌ها (HNO3) و برخی اکسیدهای آلی، حاوی اکسیژن "داخلی" هستند که می‌تواند در فرآیند احتراق مورد استفاده قرار گیرد. این مواد به طور مستقل از اکسیژن محیطی که در آن قرار دارند، می‌توانند به حریق کمک کنند و در برخی موارد، احتراق آن‌ها می‌تواند بسیار سریع و شدید باشد.

بنابراین، کنترل آتش‌سوزی‌های ناشی از این نوع مواد به اقدامات خاصی نیاز دارد، زیرا روش‌های معمولی ممکن است کارایی لازم را نداشته باشند. اطفاء حریق ناشی از مواد دارای اکسیژن داخلی معمولاً نیاز به مواد خاموش‌کننده‌ای دارد که بتوانند واکنش احتراق را متوقف کنند، نه فقط با کاهش دما یا جدا کردن اکسیژن محیطی.

این پیچیدگی‌ها سبب می‌شوند که مهندسان ایمنی و آتش‌نشان‌ها باید آموزش‌های ویژه‌ای داشته باشند و تجهیزات خاصی را برای مقابله با این نوع حریق‌ها به کار ببرند. همچنین در رشته مهندسی حریق به طور کامل درباره آتش در قالب درس‌های شبیه‌سازی حریق توضیح داده می‌شود.

• نقش مواد سوختنی در حریق

مواد سوختنی، که می‌توانند جامد، مایع، یا گاز باشند، اساساً موادی هستند که قابلیت تجزیه شیمیایی در حضور اکسیژن (اکسیداسیون) را دارند و این فرآیند با آزادسازی گرما همراه است. برخی از این مواد می‌توانند به طور طبیعی موجود باشند مانند چوب یا زغال، در حالی که برخی دیگر به صورت مصنوعی تولید می‌شوند، مانند بنزین یا مواد پلاستیکی.

سرعتی که در آن یک ماده می‌سوزد و شعله پخش می‌شود، بستگی به خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آن ماده دارد. به عنوان مثال، کاغذ سریع‌تر از چوب می‌سوزد. برخی مواد ممکن است در شرایط خاصی قابلیت احتراق داشته باشند اما در شرایط معمولی به عنوان ماده سوختنی شناخته نشوند، زیرا ممکن است نیاز به شرایط خاصی مانند حرارت بالا، فشار، یا محیطی خاص برای شروع احتراق داشته باشند.

مواد سوختنی همچنین می‌توانند به دو دسته اصلی تقسیم شوند: سوختنی‌های معمولی مانند چوب و کاغذ، و سوختنی‌های خطرناک مانند بنزین، الکل، و گازهای اشتعال‌پذیر. مواد سوختنی خطرناک معمولاً به عنوان ریسک آتش‌سوزی شناخته می‌شوند زیرا می‌توانند به سرعت شعله‌ور شوند و حریق گسترده‌ای ایجاد کنند.

کنترل و مدیریت مواد سوختنی بخش مهمی از پیشگیری از حریق است. شناسایی و ایمن‌سازی این مواد، کاهش خطرات ناشی از آن‌ها، و تدابیر لازم برای مواجهه با حوادث احتمالی، از اقدامات اساسی در ایمنی حریق به شمار می‌روند.

• نقش حرارت در حریق

برای شروع هر آتش‌سوزی لزوماً نیاز به درجه حرارت کافی است، حتی در مواقعی که حریق شروع شده باشد، اگر حرارت کاهش یابد دامنه حریق محدود و بالاخره خاموش می‌گردد. حرارت لازم در مطالعه آتش‌گیری مواد با سه اصطلاح تعریف می‌گردد:
۱- نقطه شعله‌زنی Flash point
۲- نقطه آتش‌گیری Fire Point
۳- درجه اشتعال Ignition Temperature (خود به خود سوزی اتفاق می‌افتد.) 

• نقش واکنش‌های زنجیره‌ای

واکنش‌های زنجیره‌ای در فرآیند احتراق و حریق نقش کلیدی دارند. در این فرآیندها، مولکول‌ها یا اتم‌های موجود در ماده سوختنی به طور مداوم با اکسیژن واکنش نشان می‌دهند، که این واکنش‌ها منجر به تولید رادیکال‌های آزاد و دیگر محصولات واکنش می‌شوند.

این رادیکال‌های آزاد خود به سرعت با مولکول‌های دیگر واکنش داده و رادیکال‌های آزاد جدیدی تولید می‌کنند. این فرآیند به صورت یک زنجیره ادامه پیدا می‌کند و تا زمانی که سوخت و اکسیژن به اندازه کافی در دسترس باشند، واکنش ادامه می‌یابد.

در حقیقت، این واکنش‌های زنجیره‌ای هستند که باعث می‌شوند حریق بتواند به سرعت گسترش یابد و از یک نقطه به نقاط دیگر سرایت کند. این واکنش‌ها به طور معمول بسیار سریع انجام می‌شوند و می‌توانند حتی در دماهای نسبتاً پایین‌تر نیز رخ دهند.

گرمای آزاد شده در این واکنش‌ها نیز بخش مهمی از فرآیند احتراق است. این گرما به افزایش دمای مواد مجاور کمک کرده و احتمال واکنش‌های احتراقی بیشتر را افزایش می‌دهد. این امر به نوبه خود باعث تولید رادیکال‌های بیشتر و تداوم فرآیند سوختن می‌شود.

کنترل واکنش‌های زنجیره‌ای در حریق می‌تواند شامل کاهش دسترسی به اکسیژن (مثلاً با استفاده از کپسول‌های آتش‌نشانی یا پوشاندن مواد سوختنی) و یا خنک کردن مواد سوختنی تا دمایی که واکنش‌های احتراقی نتوانند ادامه یابند، باشد.

رادیکال‌های آزاد ناپایدار

رادیکال‌های آزاد ناپایدار (Transient free radicals) مولکول‌ها یا اتم‌هایی هستند که دارای الکترون‌های ناجفت هستند و بنابراین بسیار واکنش‌پذیر می‌باشند. این رادیکال‌ها "ناپایدار" نامیده می‌شوند زیرا معمولاً در وضعیت پایداری قرار ندارند و سریعاً وارد واکنش‌های شیمیایی می‌شوند تا به حالت پایدارتری برسند.

در فرآیند احتراق، تولید رادیکال‌های آزاد ناپایدار یک قسمت مهم از زنجیره واکنش‌هایی است که به آتش‌سوزی منجر می‌شود. این رادیکال‌ها می‌توانند با سوخت یا اکسیژن واکنش نشان داده و باعث تولید محصولات جدید و انتشار بیشتر گرما شوند که این امر به نوبه خود، فرآیند احتراق را تسریع می‌کند. در واقع، رادیکال‌های آزاد ناپایدار نقش حیاتی در ادامه و تشدید حریق دارند.