Produkty spalania

Dym – mieszanina gazowych produktów spalania substancji organicznych. W mieszaninie tej rozproszone są mikroskopijne cząsteczki stałe, ciekłe i gazowe. Polskie Normy określają dym jest fazę produktów rozkładu termicznego i spalania materiału rozpraszającą światło, składającą się z cząstek, które stanowić mogą kropelki cieczy, fragmenty ciała stałego oblepione cieczą lub substancją smolistą. Dym posiada charakterystyczny dla siebie zapach, smak, barwę, gęstość oraz toksyczność i jest uzależniony od rodzaju substancji, z których powstaje. Na podstawie wydzielającego się dymu można określić rodzaj palącej się substancji.  Substancje w nim zawarte mogą być przyczyną chorób nowotworowych i zmian genetycznych.

Płomień – zjawisko płomienia można określić jako widzialną objętość gazową, w której zachodzą procesy spalania (rozkład termiczny, utlenianie). Płomień powstaje w przestrzeni,  w której zachodzi termiczna reakcja spalania. W zależności od rodzaju materiału spalanie może przybierać postać jednorodną (charakteryzuje się płomieniem, właściwy jest dla mieszanin gazów lub par cieczy z powietrzem) lub różnorodną (żarzenie na powierzchni utlenianego materiału). Niektóre materiały (np. alkohole) spalają się płomieniem prawie niewidocznym, natomiast materiały bogate w węgiel (np. pochodne ropy naftowej) palą się intensywnym, kopcącym płomieniem. Zjawisko świecenia płomienia polega na żarzeniu się (w skutek działania energii cieplnej) cząstek węgla oddzielających się od płonącego materiału.

Sadza - produkt powstający w trakcie niepełnego spalania paliw. Głównym, choć nie jedynym składnikiem sadzy jest amorficzna postać węgla. Oprócz tego sadza zawiera zwykle drobne struktury grafitopodobne, niewielkie ilości fulerenów i struktur fulerenopodobnych oraz resztki spalanych substancji organicznych.

Sadza w istocie powstaje w wyniku nie tyle spalania ile pirolizy paliw, która towarzyszy procesowi spalania. W przypadku spalania z występowaniem płomienia sadza zaczyna formować się w najbardziej gorącej części płomienia (zwykle białej lub niebieskiej), gdzie występuje wysoka temperatura i deficyt tlenu. W takich warunkach paliwa organiczne ulegają rozkładowi do krótkich, prostych lub cyklicznych węglowodorów nienasyconych (np: acetylenu czy cyklobutadienu), odpowiednich karborodników oraz gazowego wodoru. Powstające karborodniki i nienasycone węglowodory rekombinują szybko z sobą na skutek czego powstają struktury quasipolimeryczne, które następnie zbijają się w struktury sferyczne, w których zaokludowany jest wodór.

W kolejnym etapie, po opuszczeniu najbardziej gorącej strefy płomienia, ze struktur sferycznych uwalnia się wodór na skutek procesu dyfuzji i jednocześnie świeżo utworzone struktury sferyczne zbijają się w stałe kłębki i łańcuchy. Proces ten ma miejsce w tej części płomienia, która ma barwę jasnożółtą. Typowa temperatura formowania się sadzy to  ok. 1400 °C. Jeśli gorąca strefa płomienia jest wystarczająco duża i zawiera wystarczająco dużo tlenu to wówczas pierwotne struktury sferyczne zamiast ulec zbiciu w sadzę ulegają procesowi utleniania i płomień nie generuje sadzy.

Istnieje wiele badań naukowych sugerujących, że wdychanie powietrza zawierającego sadzę może powodować różnego rodzaju schorzenia układu oddechowego, krwionośnego i powodować zmiany nowotworowe.

 

Spaliny, gazy spalinowe – gazowy efekt procesu spalania paliwa.

W skład spalin wchodzą:

·        produkty reakcji chemicznej utleniania paliwa w spalaniu zupełnym
·        produkty reakcji chemicznej utleniania paliwa w spalaniu niezupełnym
·        produkty reakcji chemicznej syntezy pomiędzy substancjami chemicznymi znajdującymi się w obszarze działania reakcji utleniania, zachodzące pomiędzy składnikami aktywnymi paliwa, składnikami nieaktywnymi (balastowymi) paliwa, towarzyszącymi gazami obojętnymi oraz częściowymi produktami reakcji chemicznych pojawiającymi się w trakcie reakcji utleniania i reakcji innych syntez

·         niewykorzystana część substancji aktywnych paliwa w postaci gazowej lub pary
·         substancje nieaktywne paliwa w postaci gazowej lub pary
·         gazy obojętne

Do spalin zalicza się wszystkie substancje, które podczas procesu spalania znajdowały się w postaci gazowej, niezależnie od tego, w jakim stanie skupienia będą one później, po ochłodzeniu się w atmosferze tych gazów. Tak więc do spalin zalicza się również drobne cząstki ciekłe (mgła) powstałe w wyniku skroplenia par w chłodnącym gazie spalinowym, jak również drobne cząstki stałe (dym) utworzone w wyniku krzepnięcia roztopionych kropel mgły, sublimacji, lub też wytrącone bezpośrednio z reakcji chemicznych. Ze względów technologicznych (oczyszczanie gazów spalinowych), do spalin zalicza się również towarzyszące tym gazom rozdrobnione cząstki stałe (zarówno aktywne, jak i balastowe) paliwa porwane ruchem gazów spalinowych.

Gazy spalinowe nie pozostają bez wpływu na środowisko naturalne, a część ich składników jest wręcz toksyczna. Maksymalne dopuszczalne stężenie toksyn i innych szkodliwych substancji (zapylających, tworzących ogniska kondensacji smogu) w spalinach określają normy. Duże ilości spalin są również uważane za przyczynę efektu cieplarnianego.

Lotne produkty spalania- dwutlenek węgla powstaje w wyniku pełnego spalania (utleniania) węgla stanowiącego główny składnik substancji organicznych. Gaz ten nie jest trujący, ale jednak w zamkniętych pomieszczeniach może być niebezpieczny. Przy stężeniach powyżej 10% CO2 może powodować objawy niedotlenienia, przy 15% stężenia powoduje utratę przytomności, a po przekroczeniu stężenia ponad 30% może spowodować śmierć.

Tlenek węgla jest produktem niepełnego spalania węgla, powstaje przy niedoborze tlenu (np. w zamkniętych pomieszczeniach), bezbarwny, bez zapachu, lżejszy od powietrza i silnie trujący. W organizmie ludzkim powoduje, że krew nie może pobierać tlenu do oddychania – po kilku oddechach przy stężeniu 0,03 mg/l może wywołać śmierć. Dwutlenek siarki jest nierzadko składnikiem dymów pożarowych. Można go rozpoznać po silnym, drażniącym zapachu. Działa niebezpiecznie na śluzówki oczu i górnych dróg oddechowych. Siarkowodór to gaz o charakterystycznym zapachu zgniłych jaj, silnie trujący – poraża układ oddechowy, a wchłaniany może być nawet przez skórę. Cyjanowodór może powstawać w efekcie spalania niektórych tworzyw sztucznych, bezbarwny o migdałowym zapachu. Działa bardzo silnie trująco na układ oddechowy i naczyniowo-ruchowy. Wodór to najlżejszy gaz bez zapachu i barwy, szczególnie niebezpieczny ze względu na silną wybuchowość – wybucha przy zetknięciu z tlenem lub substancjami utleniającymi.  

Stałe produkty spalaniasadza i odpady mineralne, czyli popiół. Sadzę tworzą nie spalone cząsteczki węgla wydzielone z substancji o strukturze zawierającej znaczne ilości węgla. Do substancji tych można zaliczyć pochodne ropy naftowej czy smoliste drewno. Sadza (produkt niepełnego spalania) może ulegać dalszemu wypalaniu. Zjawisko to możemy obserwować w pożarach kominowych. Powstawanie popiołu jest charakterystyczne dla pożarów mate­riałów stałych (np. drewnianych konstrukcji budynków). Wysoka temperatura, jaka wytwarza się w środowisku pożaru, może stapiać popiół i tworzyć szklistą masę zwaną żużlem.