Металлы отличаются от других твердых горючих веществ тем, что на их поверхности в процессе окисления образуются твердые оксиды, пленка которых препятствует прямому контакту реагирующих веществ. Опыты по возгоранию металлов показали, что некоторые из них (Fe, Al, Zn, Sn) в компактном состоянии способны гореть только в виде кусочков, проволочек, фольги, ленты. В виде же порошка они способны даже самовозгораться и гореть в большой массе. Другие металлы (К, Na, Li) способны возгораться и гореть в компактном состоянии и в большой массе.

На способность металлов возгораться и гореть большое влияние оказывают химические и физические свойства как самих металлов, так и их оксидов. Особенно большое влияние на возгораемость и характер горения оказывают температуры плавления и   кипения металлов и их оксидов. По этим физическим свойствам металлы подразделяются на летучие и нелетучие.

Все эти металлы имеют низкую температуру плавления и при горении находятся в жидком состоянии. Температура кипения их (кроме калия) ниже температуры плавления оксидов, поэтому на жидком металле могут находиться твердые оксиды.

При контакте металлов с источником зажигания, например с пламенем, они нагреваются и окисляются. Оксиды всех металлов, приведенные в табл. 7.7, пористы и не способны изолировать поверхность металла от дальнейшего окисления, а следовательно, и нагревания. Через некоторое время металл расплавляется и начинает испаряться.

Пары его диффундируют сквозь пористый твердый оксид в воздух. Когда концентрация паров в воздухе будет достаточная для воспламенения, возникает горение. Зона диффузионного горения (короткое пламя) устанавливается вблизи поверхности оксида, и большая часть теплоты реакции передается металлу, в результате этого он нагревается до температуры кипения. Кипение металла вызывает разрыв корки оксида и более интенсивное горение.

Таблица 7.7

Свойства летучих металлов и их оксидов

Так как температура горения летучих металлов превышает температуру кипения их оксидов, последние находятся в зоне горения в газообразном состоянии. Из зоны горения пары оксидов диффундируют как в твердую корку оксидов, так и в воздух, где они, охлаждаясь, конденсируются и превращаются затем в мельчайшие твердые частицы оксида – дым. Образование белого плотного дыма является одним из признаков горения летучих металлов.

Нелетучие металлы имеют свои особенности горения (табл. 7.8).

Таблица 7.8

Свойства нелетучих металлов и их оксидов

Из данных табл. 7.8 видно, что температура плавления оксидов часто ниже температуры кипения металлов, поэтому они могут находиться на поверхности металла в жидком состоянии. Поэтому оксиды в значительной степени замедляют окисление металлов. Горение этих металлов происходит энергичнее в состоянии порошков, аэрозолей и стружки без образования дыма.

Титан способен образовывать твердый раствор оксида в металле, поэтому у него отсутствует отчетливая поверхность раздела между оксидом и металлом. Кислород воздуха имеет возможность диффундировать через оксид, в результате этого горение может продолжаться, если титан покрыт слоем твердого оксида. Температура горения титана около 3000 ⁰С, т. е. ниже, чем температура кипения его оксида. В связи с этим в зоне горения оксид титана находится в жидком состоянии, поэтому при горении титана плотного белого дыма также не образуется.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие элементы входят в состав целлюлозных материалов?

2. Какие элементы входят в состав полимерных материалов?

3. Какую температуру называют температурой воспламенения древесины?

4. Каковы особенности горения металлов?