燃燒之簡單定義為帶有熱與光之氧化反應，通常反應速度在高速進行時其反應熱大且有發光現象時稱為燃燒。燃燒常以瓦斯狀進行，如液態之重油、固態之木材、煤炭等在燃燒之前需經過蒸發或受熱分解產生可燃性多種瓦斯，與空氣形成易燃性混合氣，有火源時則起火燃燒。
基本介紹
- 中文名：燃燒化學
- 定義：帶有熱與光之氧化反應
- 類別：化學
- 特徵：瓦斯狀
論文集燃燒化學
第一節燃燒現象燃燒之簡單定義為帶有熱與光之氧化反應，通常反應速度在高速進行時其反應熱大且有發光現象時稱為燃燒。氧化反應中雖然產生熱，但無發光時區分為緩慢燃燒。在常態下能被氧化之物可成為可燃物，但需要活化能大，氧化熱小之物因不易維持燃燒所以稱為難燃物，不過難燃物在適當條件下如在高溫或氧氣中時燃燒變為快速，此種條件下難燃物變成易燃物，可見所謂易燃，可燃或難燃指常態下之條件而言。燃燒常以瓦斯狀進行，如液態之重油、固態之木材、煤炭等在燃燒之前需經過蒸發或受熱分解產生可燃性多種瓦斯，與空氣形成易燃性混合氣，有火源時則起火燃燒。能使某物質起燃除了可燃物與氧氣外尚需供應活化能始可。點火有多種方式，如加熱、火焰、電氣火花、磨擦熱、反應熱及壓縮熱等。起燃時因有活化能，可燃物之分子被活化後開始與氧氣反應。值得注意者只用點火手續燃燒仍無法進行，因可燃物在局部被點燃時產生之燃燒熱以熱傳導方式傳熱至周圍之可燃物。受熱之部分溫度達到著火點時燃燒得以繼續或燃燒擴大。但傳熱之熱量被奪去或被冷卻至原有熱量以下時燃燒將會停止。如前所述，某物質在空氣中或氧氣中受激烈之氧化反應產生熱與光之現象稱為燃燒。起燃時需有可燃物、充分之空氣及起燃所需之熱源。此等三要素則稱為燃燒三角(Firetriangle)。起燃後有熱之產生並進行可燃物之熱分解(Pyrolysis)，因能繼續供應易燃性瓦斯。所以燃燒得以維持不斷。維持燃燒尚需有自由基(Freeradicals)之存在，而構成燃燒四面體(Firetetrahedron)。可燃物中如火柴、火箭原料等本身含有氧來源之物在周圍無空氣之條件下仍可燃燒或爆炸。
圖1燃燒三角及燃燒四面體
一、燃燒反應如前所述燃燒屬於可燃性物質與氧化合之氧化反應。以碳氫化合物為例，燃燒後各成為CO2及H2O。CH4+2O2→CO2+2H2OC3H8+5O2→3CO2+4H2O2C4H10+13O2→8CO2+10H2OCmHn+(m+0.25n)O2→mCO2+0.5nH2O上列各式僅有最初及最後產物，其實中間有極為複雜之反應過程，通常燃燒反應被認為以連鎖反應之形態進行。以氫氣之燃燒為例其過程如下：2H2+O2→2H2O…………………..(1)上式極為簡單，實際上有H2→2H，O2→2O，H2O→OH+H等各分子互相碰撞而解離為原子狀態並生成游離基(radical)。此物則為促進連鎖反應之媒介物。氫氣燃燒之第一階段為H2分子解離為H原子(H2→2H)，再與穩定狀態之O2結合為HO2，因此物極不穩定，易與未反應之H2分子反應而依次分解如下：H+O2→HO2……………………….(2)HO2+H2→H2O2+H………………(3)HO2+H2→H2O+OH…..…………(4)2H2O2→2H2O+O2………………..(5)上式中之OH與未反應之氫反應產生H2O，同時游離出H以連鎖反應之方式進行。OH+H2→H2O+H………………..(6)氫在完全燃燒後所余者有穩定之H2O、少量H2及O2，而無剩餘之游離H及OH。H+OH→H2O……………………(7)H+H→H2………………………(8)依上述反應過程可知燃燒中所謂游離基(radical)逐漸減少時連鎖反應隨之終止。二、燃料能當作熱源之物稱為燃料，對人類而言其重要性屬於文明生活之基本條件之一。人類使用燃料之歷史由來已久，經長期之演變由古時唯一燃料之固體燃料木材開始，之後使用煤炭、再發現石油系液體燃料並發展至污染性較低之氣體燃料甚至套用核能燃料。三、燃燒之形態可燃物之燃燒因固體、液體、氣體之不同燃燒之形態則有差異。固體燃料被加熱時，由熱分解生成易燃性瓦斯而與空氣形成混合氣。液體燃料則需產生蒸氣後與空氣形成混合氣、氣體燃料直接與空氣混合則可。起燃之難易示於圖2。
圖2固體、液體氣體之燃燒及有機物在燃燒時之火焰
燃燒有多種方式，可分為下列燃燒形態：(1)擴散燃燒可燃性瓦斯分子與空氣分子互相擴散混合起燃之現象。如氫氣、甲烷、丙烷等可燃性瓦斯由噴嘴流出於空氣中被點燃時則屬之。(2)蒸發燃燒醇類、醚類等引火性液體由蒸發產生之蒸氣引火產生火焰，起燃後自液體表面繼續蒸發而維持燃燒之現象。(3)分解燃燒固體可燃物如木材、煤炭、纖維等在空氣中被加熱時先失去水分。再起熱分解而產生可燃性瓦斯，起燃後由火焰維持其燃燒。(4)表面燃燒如木炭、焦炭等物由熱分解之結果產生無定形炭化物，而在固體表面與空氣接觸之部分形成燃燒帶(Zone)。燃燒常維持在表面。鋁箔、鎂箔等燃燒可歸納在此類。表面燃燒通常不帶有明顯之火焰，有時因不完全燃燒之故或有產生一氧化碳形成火焰之可能。(5)自身燃燒(Selfburning)火炸藥在分子內含有氧而不需由空氣中之氧維持其燃燒，此系之反應速度快，燃燒速度迅速以致有爆炸性燃燒發生。四、引火點與發火點(FlashpointandAutoignitionpoint)接近於可燃性液體或固體之表面置一小火焰，將可燃性物緩慢加熱，此時自可燃性物產生之蒸氣(瓦斯)由小火焰能引燃之最低溫度稱為引火點。亦可認為可燃性瓦斯之濃度達到燃燒下限時之溫度。引火點之測定ASTM，NFPA，JIS等均採用Pensky-Mertens，Cleveland(引火點80℃以上)及Tagliabue(引火點80℃以下)。此等裝置參考消防化學(II)。發火點指可燃物受熱時不藉火焰或電器火花引火也能自燃之溫度，如容器中置有可燃物用加熱包(Heatingmantle)緩慢加熱至被加熱物由本身起燃所需最低溫度。發火點與著火點屬同意語，以化學立場稱為發火，以機械觀點則用著火。瓦斯在燃燒時如氫氣或一氧化碳與氧氣之化學反應屬於最簡單之反應例。多種化合物之燃燒過程極為複雜，為進行燃燒該物質產生之可燃瓦斯需達到燃燒下限及在一定溫度下始可。一旦燃燒開始產生之熱將周圍之瓦斯及空氣加熱至能繼續維持反應時才有火焰存在。液體及固體易與氧氣反應者其發火溫度則低，對固體燃料而言受熱時不易產生易燃揮發性成分者只有表面燃燒、所以燃燒速度慢。表1為常見燃料之發火溫度。
燃燒名稱空氣中之發火點氧氣中之發火點氫氣609℃588℃苯580℃566℃無煙炭500℃甲烷572560二硫化碳120107焦炭420~620乙烷632556正-戍烷290258瀝青炭380~420乙烯472450甲苯552516木炭300丙烷49048592汽油430415丁烷510Cetan#60柴油247242乙炔490表1氣、液、固體燃料之發火溫度五、自然發火與混合發火(1)自然發火某種物質在空氣中常溫常壓下由化學變化產生反應熱經蓄熱以致溫度上升至發火點而自燃之現象。在空氣中立刻發火或在水分、濕氣存在下緩慢或激烈發火者稱為準自然發火性物。(2)影響自然發火之各因素在空氣中常溫常壓下且無火源而物質本身能自燃時應有必備之條件：1蓄熱：自然發火之起因來自於氧化、分解、聚合、吸附、發酵等產生之熱蓄積引起反應系內部溫度之上升，因此蓄熱則為重要因素之一。當反應系之熱平衡呈現散熱大於蓄熱時則可避免自然發火。a.熱傳導度：氣體、液體、固體中氣體之熱傳導度最小，依次為液體及非金屬固體、金屬則最大。依此觀點氣體最容易燃燒，金屬則較難。對物質之構造而言，粉狀物、纖維狀、多孔質者在結構內部產生之氧化熱較難傳導至表面，類似保溫之效果所以內部溫度容易上升。b.空氣之影響：通風良好之處能自發熱體之外部加以冷卻，因為不易蓄熱，所以自然發火之可能性較低。2熱之產生速度：熱之產生速度與蓄熱相同對自然發火有重大關係。發熱量與反應速度之乘積則為熱之產生速度，設單位量之發熱量為Q時反應熱之產生速度為Q．Ae-E/RTA：頻度係數cm/s；E：活化能cal/mol.；R：氣體定數cal/mol.；T：絕對溫度。K由上式可知發熱量雖大，倘反應速度小時此物質之熱產生速度則小。3發熱量、表面積、溫度、水分等因素：發熱量大之物質較易自然發火。發熱體屬於易傳熱者因容易散熱而不易蓄熱。當溶劑類滲透在多孔質或纖維等表面積大之物體時因有充分之氧氣供應，且周圍有熱傳導不良之空氣所包圍，結果處於防止散熱之狀態。溫度與反應速率有密切關係，溫度愈高，反應愈快，危險性則增加。為緩和反應之進行采降溫措施則可。水分過多不易自燃，但微量水分之存在則對自然發火有催化作用。
自然發火案例：自然發火可分為分解熱、氧化熱、吸附熱、聚合熱及發酵熱。a.由分解熱起燃之物此系有硝化棉，塞璐珞等物。以硝化棉為例，在空氣中由水解及熱分解生成熱，由反應熱之蓄積而起燃。起初硝化棉受微量水分引起水解產生硝酸，在此反應中H+及OH-有促進分解之功能。當硝化棉之NO2斷裂為NO2→NO+[O]時氧化繼續進行以致起燃。b.由氧化熱起燃之物油脂類可分為幹性油、半幹性油及非幹性油。如棉花、破布、木屑等表面積極大之物體上附著幹性油時因與空氣之接觸面大所以易受氧化而由氧化熱之蓄積引起自燃。油脂類受氧化之難易可用碘價(Iodinevalue)表示，碘價指100g油脂能吸收之碘克數，油脂之碘價在100以下時稱為非幹性油；100~130者為半幹性油；130以上則屬幹性油。日常生活中屬於幹性油而與自然發火有關者有桐油，亞麻仁油，菜子油等。幹性油之反應過程可用下式表示：
動植物油在燃燒時煙少，燃燒速度慢，輻射熱小，有很多特異點。c.由吸附熱起燃之物活性碳於製造後粒子表面之活性大，在空氣中吸附各種成分而發熱，此時吸附之氧氣繼續促進氧化，由吸附熱及氧化熱形成蓄熱條件，散熱不良時溫度則上升。d.由聚合熱起燃之物工業界常用醋酸乙烯CH2=CH(OCOCH3)，丙烯晴CH2=CH－CN，液態氫化氰H－CN，苯乙烯C6H5－CH=CH2等單體合成多種聚合物。在合成過程中聚合熱失控時會引起火災或爆炸。
準自然發火性物在空氣中發火點低或與空氣接觸時能自燃之物，因大部分與水接觸時能發火，有時亦稱為禁水性物。如鋰Li，鈉Na，鉀K，鈣Ca，鎂Mg等金屬外尚有40餘種(參考消防化學II)
混合發火性物兩種以上之物質經混合或接觸後由化學反應發熱而起燃之組合，依反應狀態可分為：(1)混合後立刻燃燒或爆炸。(2)混合後立刻產生可燃性氣體或毒氣。(3)混合後經過一段時間才開始反應。需注意某些化合物單獨存在時為非燃性或穩定性高之物，當混合後則成為混合發火性物。通常一方系氧化性物而另一方屬於可燃性物。如第(3)項往往在無防備下發生。混合發火性物之組合眾多。可參考NFPAHazardousMaterials49,491M，表2為其中之一小部分。其它與化學火災有關物質之起火原因及氧化性物與還原性物之組合能起燃或爆炸之部分可參考表3及表4
表2混合後能發火或爆炸之組合物質名稱避免混合之物質鹵素(Cl、Br、I)氨氣、氫氣、紅磷、鹼金屬、銅、鋅、鋁等金屬強酸類及酸無水物氨氣、不飽和油脂、可燃性有機物過氧化物(如Na2O2)鋁或鎂粉、碳化鈣、乙醚、硫黃，可燃性有機物氯酸鹽硫黃、金屬粉、氨氣、強酸過氯酸鹽硝酸銀、氯化錫漂白粉硝酸、乙炔
表3與化學火災有關物質及起火原因由氧化而易起燃之物黃磷活性碳賽璐珞塗料渣聚丙烯纖維聚乙烯氯聚合體環氧樹脂在空氣中受氧化而發熱由吸附熱而發熱,長時間在空氣中分解而發熱製造後尚有餘熱而氧化反應製造中之異常反應而起火製造中之異常反應而起火由濕氣或加水時起燃之物金屬鈉金屬粉硫化鈉磷化鋁磷化鈣高濃度漂白粉鹼土類金屬過氧化物與水分接觸時起火與水分接觸時起火與水分接觸時發熱與水分接觸時發熱與水分接觸時發熱與水分接觸或加其它藥品時發熱與水分接觸或加其它藥品時發熱含油物質油渣(含幹性油)油布(含幹性油)含油活性白土由油脂之氧化熱而起燃由油脂之氧化熱而起燃由油脂之氧化熱而起燃氣體氧氣乙炔泄漏或反覆壓縮時起燃曳漏或反覆壓縮時起燃具有氧化性之物質硫酸、硝酸過氧化氫硝酸鈉、氯酸鈉亞氯酸鈉過氧化苯甲醯甲乙基酮過氧化物過氧化鈉高錳酸鉀溴酸鉀疊氮化合物紅磷加有機物或藥品時起燃加有機物或藥品時起燃加有機物或藥品時起燃由高溫或重擊時起燃重擊下易爆炸加金屬類強鹼，氧化物時易爆炸與藥品接觸或加水時起燃加有機物或藥品時起燃加有機物或藥品時起燃由余熱而起燃由摩擦，重擊而起燃
表4由氧化性物與還原性物之組合能起燃或爆炸之組合氧化性物還原性物備註氯酸鹽、過氯酸鹽高錳酸鹽、硝酸鹽重鉻酸鹽及過氧化物硫黃、木碳、金屬類、磷、硫化銻、有機物由摩擦、重擊、加熱時易發生危險過氧化氫(高濃度)水溶液金屬類、粉塵、金屬氧化物、有機物急速加入時放出大量氧氣濃硝酸磷化氫、硫化氫、或其它有機物苦味酸有機物無水鉻酸苯胺、辛那、丙酮、無水醋酸、乙醇、黃油起火或爆炸液態空氣氫氣、甲烷、乙炔、鈉金屬、金屬類爆炸液態氧氫氣、甲烷、乙炔、鈉金屬、金屬類爆炸氯氣黃磷、乙炔、氨氣起燃溴金屬類起燃六、理論空氣量維持繼續燃燒需不斷地供應空氣，但空氣量過多時燃燒瓦斯之溫度降低熱效率則變低，當空氣量過少則成為不完全燃燒。為保持完全燃燒所需最少空氣量稱為理論空氣量。(1)燃料之理論空氣量對碳為主之燃料而言，燃燒時有下列反應C+O2→CO2當12g碳與22.4L氧反應時生成22.4L二氧化碳，易燃物在空氣中燃燒時倘需計算理論空氣量時依下列方法則可。空氣中氧與氮之比例為21:79，為燃燒lkg純碳時
依上式為燃燒1kg純炭時則需8.9m3空氣。再以甲烷及丙烷在燃燒時所需空氣以下式而得。
七、燃燒界限可燃性蒸氣或瓦斯在空氣中(氧氣中)其濃度在該物質特有之範圍記憶體在時始能起燃。濃度過低時因易燃性瓦斯之不足而無法燃燒，能點燃易燃性瓦斯所需最低濃度稱為燃燒下限(Lowerlimit)，但超出某一濃度時因氧氣之不足無法起燃，能被點燃之最高濃度稱為燃燒上限(UpperLimit)，燃燒下限與燃燒上限之間只要供應適當能量時則可起燃(或爆炸)，上下限之間稱為燃燒(或爆炸)範圍(F1ammab1eLimitorExplosionLimit)。燃燒上下限依各危險物品而異。以氫氣為例其燃燒下限為4%上限為75%(圖3)。其它化合物之上下限則示於表5
圖3氫氣之爆炸界限註：燃燒範圍燃燒界限通常對可燃性瓦斯或蒸氣之混合瓦斯之容量(%)表示，燃燒下限濃度L(Vol.%)與燃燒熱Q(Kcal/mol)之間有下式之關係L．Q=Const．(Burgess-Wheeler式)L與Q有反比之關係，碳氫化合物時其平均值為L．Q=ll,000(Kcal/mol)八、混合瓦斯之燃燒界限計算例二種以上之可燃性瓦斯或蒸氣混合物之燃燒界限可用路．謝多列法則計算而得。依此法則可燃性瓦斯或蒸氣之種類為a、b、c…，單獨存在時之瓦斯燃燒界限各為La、Lb、Lc(%)時混合瓦斯之燃燒界限Ln(%)為Ln(%)=100…………………(1)(Pa/La)+(Pb/Lb)+(Pc/Lc)
Pa、Pb、Pc=a、b、c..........混合瓦斯之容量(%)Pa+Pb+Pc‧‧‧=100
設有H230%，CO15%，CH455%之混合物以計算燃燒界限時H2、CO、CH4之燃燒上限各為75%，74%及15%，下限各為4.0%，12.5%及5%，所以上限=100=23.4(%)…………………(2)(30/75)+(15/74)+(55/15)
下限=100=5.2(%)…………………(3)(30/4.0)+(15/12.5)+(55/5.3)
當可燃性混合瓦斯加入非燃性瓦斯如CO2時可依下列方式計算燃燒範圍。
可燃性混合氣體當加入不活性氣體如CO2時燃燒範圍可自圖5及(1)式計算例：設有H230%，N230%，CO230%，CO10%之混合氣其燃燒範圍1/N230%及H215%之混合氣為aCO230%及H215%之混合氣為bCO10%之氣體為c此時a及b自圖5得a：上限75%，下限13%，b：上限67%下限13%。因CO之上限為74%。下限12.5%，混合瓦斯之燃燒界限為上限=100=71(%)(45/75)+(45/67)+(10/74)
下限=100=13(%)(45/13)+(45/13)+(10/12.5)
通常可燃性瓦斯在一定濃度下壓力上升時燃燒範圍變寬，理由為溫度上升反應速度變大，產生熱則大；一方面散熱速度小，下限變低，上限升高．燃燒範圍變寬。可燃性瓦斯加入N2、H2O(水蒸氣)、CO2等非燃性瓦斯時原有燃燒範圍變狹，再提高比例時，成為加入比熱大之不活性瓦斯愈能顯示混合氣之燃燒範圍變狹之效果。表5易燃物品之燃燒上下限註：*部分系政府有關部門所特彆強調其危險性之化合物中文名稱英文名稱化學式下限LELVol.上限UELVol.比重水=1T.H.V.分子量二乙氧基乙烷AcetalCH3CH(OC2H5)21.610.40.8118.17乙醛acetaldehydeCH3CHO4.0600.8200PPM44.05*丙酮AcetoneCH3COCH32.612.80.81000PPM56.08乙炔acetyleneCH≡CH2.5310.61826.02*丙烯醛AcroleinCH2chchO2.8310.840.1PPM56.06丙烯睛AcrylonitrileCH2=CHCN3.0170.8020PPM53.06丙烯醇AllylalcoholCH2=CHCH2OH2.5180.852PPM58.083-丙烯胺AllylamineCH2=CHCH2NH22.2220.857.093-溴丙烯AllylbromideCH2=CHCH2Br4.47.30.4120.99*3-氯丙烯AllylchlorideCH2=CHCH2Cl2.911.10.91PPM76.53氨AmmoniaNH316250.7750PPM17.03戌醇AmylalcoholCH3(CH2)3CH2OH1.210.00.8100PPM38.15戌胺AmylamineC5H13N2.2220.887.16氯戌烷AmylchlorideCH3(CH2)3CH2Cl1.68.60.9106.6*苯BenzeneC6H61.37.10.910PPM78.11氯甲苯BenzylChlorideC6H5CH2Cl1.1126.59二環己烷Bicylohexyl(CH2(CH2)4CH)20.75.10.9166.10苯基苯Biphenyl(Diphenyl)(Phenylbenzene)C6H5C6H50.65.31.2154.20*丁二烯ButadieneCH2=CHCH=CH21000PPM54.09丁烷butaneCH3CH2CH2CH31.98.50.6(液態)58.12乙酸丁酯(醋酸丁酯)ButylacetateCH3COOC4H91.77.60.9150PPM116.16丁醇Butylalcohol(1-Butanol)(Propylcarbinol)(Propylmethanol)CH3(CH2)2CH2OH1.411.20.874.12丁胺Butylamine(1-AminoButane)C4H9NH21.79.30.3150PPM73.14丁基苯ButylbenzeneC6H5C4H90.85.80.9134.21氧化丁烯Butyleneoxide(CH3)2COCH21.518.30.8372.02丁醛Butyraldehyde(Bytaldehyde)CH3(CH2)2CHO2.512.50.872.10二硫化碳CarbondisulphideCS21.350.01.320PPM76.14一氧化碳CarbonmonoxideCO12.57450PPM28.01CarbonOxysulfide(CarbonylSulfide)COS12292.160.0氯苯Chlorobenzene(Chlorobenzol)(Monochlorobenzene)(Phenylchloride)C6H5Cl1.37.11.175PPM112.562－氯丁二烯2-Chloro-1,3Butadiene(Chloobutadiene)(Chloroprene)CH2=CCl－CH=CH24.020.01.088.49氯ChlorineCl21PPM70.922－氯丙烯2-Chloropropylene(2-Chloropropene)CH3CCl=CH24.5160.9376.45三氟氯乙烯Chlorotrifluoro-ethyleneFCCL=CF28.438.7116.40環己烷Cyclohexane(Hexahydrobenzene)(Hexamethylene)C6H121.380.8300PPM84.16環己醇Cyclohexanol(Hexalin)(Hydralin)C6H11OH1.050PPM100.16環己酮Cyclohexanone(PimelicKetone)C6H10O1.18.10.950PPM98.15環丙烷Cyclopropane(Trimethylene)(CH2)32.410.40.7242.08
鄰二氯苯0-Dichlorbenzene(0-Dichlorobenzol)C6H4Cl22.29.21.350PPM147.011.2二氯乙烷1,2-DichloroethaneCH3CHCl250PPM98.921.2二氯乙烯1,2-DichloroethyleneClCH=CHCl9.712.81.3200PPM96.92二乙胺Diethylanine(C2H5)2NH1.810.10.725PPM73.14二氟氯乙烷Difluoro-ChlororethaneCF2ClCH36.217.91.12100.47二甲胺Dimethylamine(CH3)2NH2.814.40.6810PPM45.08*二甲基甲醯胺DinethylFormamideD.M.PHCON(CH3)22.215.20.910PPM73.09偏二甲胼1,1-Dimethyl-hydrazine(CH3)2NNH22950.81mg/m360.10二甲基硫DimethylSulfide(CH3)2S2.219.70.866.15二甲亞硫DimethylSulfoxide(CH3)2SO2.628.51.193.1二聚戊烯DipenteneC10H160.76.10.9136.23環氧-(1,2)-氨-(3)-丙烷EpichlorohydrinCH2CHOCH2Cl3.821.01.25PPM92.53乙烷EthaneC2H63.012.50.4530.07*乙醇胺EthanolamineNH2CH2CH2OH1.013PPM61.08*乙酸乙酯EthylacetateCH3COOC2H52.211.00.9400PPM38.10*丙烯酸乙酯EthylAcrylateCH2=CHCOOC2H51.30.925PPM100.11乙醇EthylAlcohol(Ethanol)C2H5OH3.3190.81000PPM46.07乙胺EthylamineC2H5NH23.514.00.845.08乙苯EthylbenzeneC2H5C6H51.06.70.9100PPM106.16溴乙烷EthylBromideC2H5Br6.711.31.4200PPM108.98乙基氯EthylChlorideC2H5Cl3.815.40.91000PPM64.52環乙基戊烷EthylcyclopentaneC2H5C5H91.16.70.898.07乙烯EthyleneH2C=CH22.736.00.5728.05二氯乙烷Ethylene-DichlorideEthuleneGlycolMonoacetateEthyleneGlycolMonoethylEtherCH2ClCH2Cl
CH2OHCH2OOCCH3
HOCH2CH2OC2H56.2
1.816
14.01.3
1.1
0.9
200PPM98.96
104.10
90.12*己烷HexaneCH3(CH2)4CH31.17.50.7500PPM86.17甲丁酮3-HexanoneC2H5COC3H71.180.82100.16*醯胼HydrazineH2NNH22.9981.01PPM32.05
氫氣HydrogenH24.0752.016氰化氫HydrogenCyanideHCN5.640.00.710PPM27.03硫化氫HydrogenSulfideH2S4.044.01.18520PPM34.08羥胺HydroxylamineNH2OH1.233.03*乙酸異戌醇IsoamylAcetateCH3COOCH2CH2CH(CH3)21.07.50.9100PPM130.19*異戌醇異丁烷IsoamylAlcoholIsobutane(CH3)2CHCH2OH(CH3)3CH1.21.89.08.40.8100PPM88.1558.04*乙酸異丁醇IsobutylAcetateCH3COOCH2CH(CH3)22.410.40.9150PPM116.16*異丁醇異丁苯IsobutylAlcoholIsobutylbenzene(CH3)2CHCH2OH(CH3)2CHCH2C6H51.20.8210.96.00.80.910PPM72.14134.21異丁基氨異丁基甲酸IsobutylChlorideIsobutylFormate(CH3)2CHCH2ClHCOOCH2CH(CH3)22.01.78.880.90.8892.53102.13*乙二酸甲醚環氧乙烯EthyleneGlycol
EthyleneOxideCH3OCH2CH2OHCH2OCH22.53.614.01001.00.925PPM50PPM76.0944.05乙醚乙基甲酸EthylEtherEthylFormateC2H5OC2H5HCO2C2H51.92.836.016.00.70.9400PPM100PPM74.1274.08乙硫醇EthylMercaptanC2H5SH2.818.00.80.5PPM62.03硝酸乙酯EthylNitrateCH3CH2ONO24.01.191.07亞硝酸乙酯EthylNitriteC2H5ONO3.0500.975.07丙酸乙酯EthylPropionateC2H5COOC2H51.9110.9102.13乙丙基醚EthylPropylEtherC2H5OC3H71.79.00.883.05*甲醛FormaldehydeHCHO7.0730.8155PPM30.03燃料油(煤油)Fueloilno.10.751-汽油GasolineC5H12到C9H201.36.00.3500PPM-庚烷HeptaneCH3(CH2)CH31.056.70.7500PPM100.20異丁醛異庚烷異己烷IsobutyraldehudeIsoheptaneIsohexane(CH3)2CHCHO(CH3)2CHC4H9(CH3)2CHC3H71.61.01.010.66.07.00.80.70.772.10異戌烷Isopentane(CH3)2CHCH2CH31.47.50.672.30*乙酸異丙酯IsopropylAcetate(CH3)2CHOOCCH35.880.9250PPM102.13*異丙醇IsopropylAlcohol(CH3)2CHOH2.0120.8400PPM60.09異氯丙烷IsopropylChloride(CH3)2CHCl2.810.70.578.54異丙醚IsopropylEther(CH3)2CHOCH(CH3)21.47.90.7102.17噴射燃料JetFuelJP-41.38.0-甲烷MethaneCH45.015.016.04*甲醇(木精)Methanol(MethylAlcohol)CH3OH6.7360.8200PPM32.04*乙酸甲酯MethylAcetateCH3COOCH33.1160.9200PPM116.12丙烯酸甲酯MethylAcrylateCH2=CHCOOCH32.8251.010PPM86.09甲胺MethylamineCH3NH24.920.731.06溴甲烷MethylBromide2-Methyl-2-Butane3-Methyl-1-ButeneCH3Br(CH3)2CHCH2CH3
(CH3)2CHCH3CH31.2
1.59.0
9.10.8
0.694.95*甲丁酮MethylButylKetoneClI3COC4H91.280.8100PPM100.16氯甲烷MethylChlorideCH3Cl10.717.40.9250.49二氯甲烷MethyleneChlorideCH2CL215.5661.3500PPM84.9二甲醚MethylEther(CH3)2O3.4270.6619PPM46.07苯乙烯StyreneC6H5．CH：CH21.28.9100PPM104.14四氯乙烯四氫化呋喃TetrachloroethyleneTetrahydrofuran(DiethyleneOxide)C2Cl4C4H8O211.80.9100PPM200PPM165.8572.10四氫化呋喃甲醇TetrahydrofurfurylAlcoholC4H7OCH2OH1.59.71.1102.13四氫荼TerahydronaphthaleneC6H2(CH3)2C2H40.85.01.0132.20甲苯TolueneC6H5CH31.17.10.9100PPM92.13
2,4二異氰酸Toluene-2,4-DiisocyanateCH3C6H3(NCO)20.99.51.20.02PPM174.15三氯乙烯TrichloroethyleneClHC：CCl212.5901.5100PPM131.40三乙胺三乙烯醇三氟氯乙烯TriethylamineTriethyleneGlycolTrifluorochloroethylene(C2H5)3NHOCH2(CH2OCH2)2CH2OHCF2：CFCl1.20.9
24.08.09.2
40.30.71.1
1.3125PPM
101.19150.17
116.47醋酸乙烯VinylAcetateCH2：CHOOCCH32.613.40.936.09醋酸乙炔VinylAcetyleneCH2：CHC：CH211000.6952.04甲乙醚MethylEthylEtherCH3OC2H52.010.10.761.07*丁酮MethylEthylKetoneC2H5COCH31.8100.8200PPM72.12甲酸甲酯MethylformateCH3OOCH5.0231.0100PPM50.05甲胼MethylhydrazineCH3HNNH24.00.90.2PPM46.07*甲基異丁酮MethylIsobutylKetoneCH3COCH2CH(CH3)21.47.50.8100PPM100.16乳酸甲酯MethyLactateCH3CHOHCOOCH32.21.1104.10甲硫醇MethylMercaptanCH3SH3.921.80.90.5PPM48.102-甲基丙烷2-MethylpropaneMethylpropionateCH3CH2COOCH31.02.09.61.30.988.10戌酮MethylpropylKetoneCH3COC3H71.58.20.8200PPM86.13*石腦油Napahtha0.96.0200PPM-*硝基苯NitrobenzeneC6H5NO21.24.3123.11戌烷PentaneCH3(CH2)3CH31.57.80.61000PPM72.15戌醇3-PentanolCH3CH2CH(OH)CH2CH31.29.00.898.15順戌烯1-Pentene-cisCH3(CH2)2CH：CH21.58.70.770.13石油醚PetroleumEther-1.15.30.6-丙醛Propanal(Propionaldehyde)CH3CH2CHO2.917.00.858.08丙烷PropaneCH3CH2CH32.29.50.581000PPM44.09*乙酸丙酯PropylAcetateC3H7OOCCH32.080.9102.13丙醇PopylAlcoholCH3CH2CH2OH2.113.50.8200PPM60.09丙胺PropylamineCH3(CH2)2NH22.010.40.759.11丙苯PropylbenzeneC3H7C6H50.86.40.9120.19氯丙烷丙烯1,2二氯丙烷PropylChloridePropylenePropyleneDichlorideC3H7ClCH2CHCH3CH3CHClCH2Cl2.62.03.411.111.114.50.90.511.278.4842.08113.931,2丙二醇PropyleneGlycolCH3CHOHCH2OH2.612.51.076.091,2環氧丙烷PropyleneOxideOCH2CHCH32.837.00.9100PPM58.08丙炔Propyne(Allylene)CH3C：CH1.740.03氯化乙烯VinylChlorideCH3CHCl3.6330.9500PPM62.50*丙烯睛及其它丙烯睛類化合物VinylCyanide(Acrylonitrite)VinylEthylAlcloholVinylEthylEtherVinylideneChlorideVinylideneFluorideCH2：CHCNCH2：CH(CH2)2OHCH2：CHOC2H5CH2：CCl2CH2：CF23.0
4.7
1.77.35.5
17
34
281621.3
0.8
0.84
0.81.3
20PPM
25PPM
53.06
72.02
72.0496.9564.02
*二甲苯XyleneC6H4(CH3)21.17.00.9100PPM106.16
九、蒸氣密度與引火性之難易自然界中大多數之蒸氣密度大於空氣。於是易沉降蓄積在低洼處。蒸氣較空氣輕者穿透空氣向上漂浮，相反者往下沉。以低分子之碳氫化合物為例，天然氣以甲烷(CH4)為主成分，漏泄時在天花板附近之濃度最高，接近於地上之濃度最低，其中間帶成為爆炸範圍。再以液化石油氣(C3H8及C4H10)為例，漏泄時其蒸氣密度比空氣重，所以其蒸氣往下沉，倘有排水溝而能流出場外。此時上面之蒸氣密度稀薄而下面濃度高，中間帶則成為燃燒範圍。參考圖6
圖6易燃瓦斯－空氣混合物之密度與爆炸難易之關係(左圖CH4，右圖C3H8)如圖6所示，事前能預知易燃性瓦斯究竟比空氣重或輕則可利用為防災及爆炸後之鑑析參考。化合物以蒸氣或瓦斯狀態存在時其相關密度可自產生蒸氣之化合物之分子量與相關空氣之分子量(約為29)依下式求出：瓦斯之蒸氣密度=瓦斯之分子量空氣之分子量以CH4為例，CH4之V.D.(VaporDensity)=16/29=0.55(註：C=12，H=1.0)再以C3H8為例，C3H8之V.D.=44/29=1.52由此案例。天然氣漏泄時其V.D.為0.55所以往上漂，液化石油氣系丙烷、丁烷等之混合物。丙烷本身之V.D.為1.52因此往下沉。爆炸案件發生時倘有此種基本常識或對爆炸之前因後果之判斷有所幫助。至於能揮發之易燃液體可產生多少量之蒸氣則參考消防化學(II)。
十、熱化學方程式化學方程式中除了表示反應產物外尚有反應熱者稱為熱化學方程式，而發熱以+，吸熱以－表示。H2(gas)+1/2O2(gas)→H2O(gas)+57.6Kca1H2(gas)+1/2O2(gas)→H20(1iq)+68.4Kca1在上式中68.4－57.6=10.8KCal屬1mol水之蒸發潛熱。含氫燃料於燃燒後產生水蒸氣，所以發熱量有二，通常采水蒸氣變為水時之較大數值(高發熱量)為多。例：1g原子之碳與1mol氧生成1molCO2時C+O2→CO2+97.0Kcal在高溫下部分CO2會轉為CO，此時則屬吸熱反應C+O2→2CO－38.2Kca1實用上與反應有關之物質，氣體時用m3，固體時用kg表示。H2+1/2O2→H2O(液體)+3050Kca1/m3H2C+O2→CO2+8080Kca1/kg上式各表示1m3氫燃燒時得3050Kcal之熱及1kg碳燃燒時得8080Kcal之意。
第二節物質之化學反應一、反應熱(Heatofreaction)反應熱指發生化學反應時產生或吸收之熱量而言，化學反應約可分為數項:A+B→AB………………化合AB→A+B………………分解AB+C→AC+B…………置換AB+CD→AC+BE………複分解A×n→An…………………聚合設物質A，B………各有n1，n2…………莫耳反應時n1A+n2B+……n1'C+n2'D+…+Q(cal)Q為反應熱，以純碳為例在空氣中燃燒時C(s)+O2(g)→CO2(g)+94,400cal上式表示純碳12克與1莫耳氧反應產生1莫耳二氧化碳22.4公升及94,400cal熱量。二、生成熱(Heatofformation)某物質由構成元素直接產生時其反應熱則為生成熱。化學反應之反應熱系生成物質之生成熱之和減去反應物質生成熱之和，以CO為例：CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g)此時之生成熱為QCO2=94,380，QCO=26,700，QH2O=57,900所以反應熱為94,380－57,900－26,700=9,780cal生成熱也能自燃燒熱計算，生成物之生成熱之和減去化合物之燃燒熱則可。以乙醛為例：CH3CHO+O2→2CO2(g)+2H2O(l)因為生成熱為：CO2=94.38Kcal，H2O=68.38Kcal而CH3CHO之燃燒為279.0Kcal。∴2×(94.38)+2×(68.38)－279.0=46.52Kcal/mol對乙炔而言C2H2+5×1/2O2→2CO2+H2O∴2×(94.38)+68.38－312=-54.86Kcal/mol碳氫化合物之生成熱來自C及H之生成熱加H2O之生成熱再減去碳氫化合物之燃燒熱：QF=94.38×(n)+68.38(m/2)－QC註：碳氫化合物(CnHm)，QC：碳氫化合物之燃燒熱(cal/mole)三、燃燒熱物質由氧氣完全燃燒時產生之熱，通常以1莫耳之熱量表示。燃燒熱有定容燃燒熱與定壓燃燒熱之分，使用熱量計(calorimeter)測定時屬於定容燃燒熱Qv，至於Qp由下式而得：Qp=Qv－nrt物質之生成熱可自燃燒熱計算，有機物中難以直接計算生成熱者用燃燒熱計算。以苯為例其生成熱為：C6H6(l)+15/2O2=6CO2+3H2O(l)+782,700C6H6(l)=C6H6(g)－7,5006C(石墨)+3H2(g)=C6H6(g)+QpQp=6×(94,300)+3×(68,300)－(782,700+7,500)=-19,500實用上1公斤物質之燃燒熱稱為發熱量而以Kcal/kg表示。
表6物質之生成熱(kcal/mol)(3,7,11)名稱生成熱名稱生成熱名稱生成熱CH417.7C8H105.9HCl(dil)39.46C2H620.2C7H8-2.9HNO3(dil)49.80C3H824.8C6H6-11.8HO2(l)63.38C4H1029.7C2H4-12.5SO2(g)69.30C5H1234.9C2H2-54.7CO2(g)94.38C6H1237.2H2SO4(dil)207.5
表7物質之燃僥熱(kcal/mol)(2,12)名稱燃燒熱名稱燃燒熱名稱燃燒熱CO68.1CH4212.8C3H8530.5H268.3CS2265.6C4H10687.9S69.3C2N2271.4C6H6789.0NH375.7PH3277.5C6H5CH3943C(石墨)94.0C2H2312.4C6H141,003H2S132.9C2H5OH336.7C6H4(CF3)21,088CH3OH182.5C2H4337.2C10H81,220CH3COOH202.0C2H6372.8C14H101,685
瓦斯之燃燒熱應在一定溫度及一定壓力下在乾燥狀態以Kcal/m3表示，欲換算在前後不同溫度、壓力、濕度之燃燒瓦斯之燃燒熱時將舊條件下之燃燒熱除以新條件下之容積則可：H1/H2=V1/V2Hi：舊瓦斯之燃燒熱，Vi：新條件下之瓦斯容積四、連鎖反應(Chainreaction)燃燒則屬於連鎖反應之一，多種化學反應並非單一種反應而是連續性之化學反應，在連續反應過程中反應生成物不斷地產生而成為下一反應之反應物，因此一旦反應開始則成一連串之連鎖反應。氯氣與氫氣之反應為例H2+Cl2→2HCl屬於連鎖反應，此反應在黑暗中無法進行，但在日光下易起反應，Cl原子與H2分子反應生成HCl，同時產生活化氫原子並與氯分子反應產生HCl及Cl原子。火災時有複雜且有連續性之化學反應，因反應物之種類多，在極為複雜之反應過程中速度有快慢之別。連鎖反應(Chainreaction)為續發反應之一種，反應生成物依次成為下一段反應並無限繼續。如H2與Cl2反應時依下列方式進行：H2+Cl2→2HClCl2→2ClCl+H2→HCl+HH+Cl2→HCl+Cl只要有足夠反應物之存在反應則可繼續進行。在上列反應中活化狀態之H與Cl以連鎖反應之煤介方式存在面稱為Carrier(擔體)。此反應在黑暗中殆不起作用，惟最初之擔體可由照光產生。Cl原子與H2分子反應產生HCl，同時生成活化H與Cl2分子反應成為HCl與Cl原子，HCl與Cl雖然被活化，但有不活性分子如HCl或H與Cl互相碰撞時則失去活性，當擔體減少時等於反應之結束。連鎖反應中產生不只一個連鎖擔體，生成二個擔體時反應速度增加，生成更多則接近爆炸現象。此現象稱為chainbranching(連鎖分支)。對氫氧混合瓦斯而言Freeradical(自由基)為OH及游離原子之O、H。此反應可藉點火步驟可產生最初之OHOH+H2→H2O+HH+O2→OH+OO+H2→OH+H上式中第一段為連鎖反應之開始，第二及第三段屬於分支反應，被消耗一個擔體時如上式所示比原來多出一個擔體，所以反應仍可急速進行。
