金属在燃烧过程中的性质及影响

（一）金属的组成

在元素周期表中有85种金属元素，除汞是液体之外，常温常压下的所有金属都是固体。金属由金属键构成，金属里具有自由电子，因而表现出良好的导电性、导热性，同时金属的熔点都比较高，通常具有一定的刚韧性。现实生活中，金属一般是以单质或合金两种形式加以运用。在空气中性质稳定的金属（如铁、铜、铝等）通常被加工制造成各种形状的设备和零件，有时则被制成金属粉屑，如金粉（铜粉）、铝粉（银粉）等；而性质活泼的金属则要特殊保存，如K、Na一般保存在煤油中。

（二）金属的燃烧过程

由于金属及其氧化物的熔点、沸点不同，金属的燃烧类型主要有两种，即蒸发燃烧和表面燃烧。

1.金属的蒸发燃烧

低熔点活泼金属如钠、钾、镁、钙等，容易受热熔化变成液体，继而蒸发成气体扩散到空气中，遇到火源即发生有焰燃烧，这种燃烧现象称为金属的蒸发燃烧。发生蒸发燃烧的金属通常被称为挥发金属。实验证明，挥发金属沸点比它的氧化物熔点要低（钾除外），见表8-11。所以在燃烧过程中，金属固体总是先于氧化物被蒸发成气体，扩散到空气中燃烧，而氧化物则覆盖在金属的表面上；只有当燃烧温度达到氧化物的熔点时，固体表面的氧化物也变成了蒸气扩散到气相燃烧区，在与空气的界面处因降温凝聚成固体微粒，从而形成白色烟雾。因此，生成大量氧化物白烟是金属蒸发燃烧的最明显特征。

金属的蒸发燃烧过程是：金属固体→金属液体→金属蒸气→与空气混合→均相有焰燃烧→金属氧化物白烟。

表8-11 挥发金属及其氧化物的性质 （单位：℃）

2.金属的表面燃烧

像铝、铁、钛等高熔点金属通常被称为非挥发金属。非挥发金属的沸点比它的氧化物的熔点要高，见表8-12。所以在燃烧过程中，金属氧化物总是先于金属固体熔化变成气体，使金属表面裸露与空气接触，发生非均相的无火焰燃烧。由于金属氧化物的熔化消耗了一部分热量，减缓了金属的氧化燃烧速度，固体表面呈炽热发光现象，如氧焊、电焊、切割火花等。非挥发金属的粉尘悬浮在空气中可能发生爆炸，且无烟生成。

金属的表面燃烧过程是：金属固体→炽热表面与空气接触→非均相无焰燃烧(www.xing528.com)

表8-12 非挥发金属及其氧化物的性质 （单位：℃）

（三）金属的燃烧特点

金属的燃烧性能不尽相同，有些金属在空气或潮气中能迅速氧化，甚至自燃；有些金属只是缓慢氧化而不能自行着火；某些金属，特别是IA族的锂、钠、钾，IIA族的镁、钙，IIIA族的铝，还有锌、铁、钛、锆、铀、钚在片状、粒状和熔化条件下容易着火，属于可燃金属，但大块状的这类金属点燃比较困难。低熔点固体的燃烧一般以蒸发燃烧形式进行；高熔点固体的燃烧通常则是表面燃烧。

有些金属如铝和钢，通常不认为是可燃物，但在细粉状态时可以点燃和燃烧。金属镁、铝、锌或它们的合金的粉尘悬浮在空气中还可能发生爆炸。

还有些金属如铀、钚、钍，它们既会燃烧，又具有放射性。在实际运用上，放射性既不影响金属火灾，也不受金属火灾性质的影响，使消防复杂化，而且造成污染问题。在防火中还需要重视某些金属的毒性，如汞。

金属的热值较大，所以燃烧温度比其他材料的要高（如Mg的热值为610000kJ/kg，燃烧温度可高达3000℃以上）。大多数金属燃烧时遇到水会产生氢气引发爆炸；还有些金属（如钠、镁、钙等）性质极为活泼，甚至在氮气、二氧化碳中仍能继续燃烧，从而增大了金属火灾的扑救难度，需要特殊灭火剂如三氟化硼、7150等进行施救。

【思考与练习题】

1.简述木材的燃烧过程。

2.以聚氨酯材料燃烧的火灾为例，论述高聚物燃烧的危害特点。

3.金属燃烧有何特点？