Физико-химические свойства и механизмы прекращения горения химически активными ингибиторами

Галогенпроизводные предельных углеводородов находят широкое применение как средство тушения и предупреждения пожаров и взрывов. Они оказывают активное воздействие на зону реакции горения, влияют на кинетику и механизм протекающих в пламени реакций и поэтому получили название "химически активных ингибиторов" (ХАИ). В качестве ХАИ чаще всего используются, как наиболее эффективные и удобные, производные метана и этана, в молекулах которых атомы водорода частично или полностью замещены атомами галогенов.

Огнетушащая эффективность галогенпроизводных предельных углеводородов увеличивается при прочих равных условиях при замещении в них атома водорода на атом галогена в следующей последовательности:

F < Cl << Br < I.

Учитывая дефицитность и достаточно высокую стоимость иодпроизводных, основными практическими ингибиторами выбраны бром-, фтор-, хлорсодержащие углеводороды. Это, например, тетрафтордибромэтан C₂F₄Br₂, трифторбромметан CF₃Br, дифтор­дибромметан CF₂Br₂, дифторхлорбромметан CF₂ClBr. Среди веществ, используемых для производства огнетушащих составов за рубежом, следует назвать трифторхлордибромэтан CF₃-CBr₂Cl, тетрахлорметан CCl₄, хлорбромметан CH₂ClBr, фторхлордибромметан CFClBr₂, трибромметан CHBr₃ и т.д. [4]

2.5.1. Номенклатура

Галогенпроизводные предельных углеводородов, используемые в качестве ХАИ, имеют торговые наименования. В странах СНГ ранее они назывались фреонами, в настоящее время их принято называть хладонами. За рубежом получило распространение название "галлоны".

Для их условного обозначения существуют две системы. Согласно зарубежной номенклатуре, номер галлона составляется следующим образом. Первая цифра соответствует числу атомов углерода, вторая - фтора, третья - хлора, четвертая - брома, пятая - иода. Количество атомов водорода определяется по оставшимся в молекуле соответствующего предельного угле­водорода валентным связям, исходя из общейформулы C_n(HFClBrI)_2n+2. Например, C₂HF₃ClBr обозначается как галлон 2311, С₂F₄Вr₂ - как галлон 2402 и т.д.

По принятой в СНГ номенклатуре номер хладона формируется таким образом, что первая цифра соответствует числу атомов углерода за вычетом единицы, вторая - числу атомов водорода плюс единица, третья - числу атомов фтора. На присутствие в молекуле ХАИ брома указывает буква В и соответствующая цифра по числу его атомов. Количество атомов хлора определяется по оставшимся свободным связям в молекуле. Например, C₂HF₃BrCl в данном случае обозначается как хладон 123В1, C₂F₄Br₂ - хладон 114В2, CF₃Br - хладон 13В1, CF₂ClBr - хладон 12В1 и т. д.

2.5.2. Физико-химические свойства

Некоторые физико-химические свойства отдельных химически активных ингибиторов представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Основные физико-химические свойства ХАИ

Показатель	114В2	12В2	13В1	12В1
Химическая формула	C2F4Br2	CF2Br2	CF3Br	CF2ClBr
Агрегатное состояние	жидкость	жидкость	газ	газ
Молярная масса
Температура кипения, ^оС			-58	-4
Температура замерзания, ^оС	-110	-75	-168	-161
Плотность жидкости при 20 ^оС, г/м^3	2,2	2,3	1,6	1,8
Плотность пара при 20 ^оС, кг/м^3	10,9	12,0	6,2	6,9
Теплота сгорания, кДж/моль
Температура самовоспламенения, ^оС		-		-
Концентрационные пределы распространения пламени, об. %: в воздухе в кислороде	нет 29 – 52	нет нет	нет нет	нет нет

Из представленных данных видно, что хладоны 114В2 и 12В2 – это тяжелые жидкости. Остальные при нормальных условиях являются газообразными веществами. Вещества данного класса имеют высокую плотность как в жидком, так и в газообразном состоянии. Последнее обстоятельство обеспечивает возможность создания струи и проникновения капель в пламя, а также удержания паров около очагов горения.

Галогенпроизводные предельных углеводородов имеют низкие температуры замерзания, обладают хорошими диэлектрическими характеристиками.

Реакционная способность и склонность к термическому разложению веществ рассматриваемого класса зависят от галогенов, входящих в их состав, и понижаются в ряду иод – бром – хлор – фтор.

Галогенпроизводные, используемые в качестве огнетушащих средств, относятся к трудногорючим веществам. Однако в атмосфере кислорода некоторые из них становятся горючими.