為什麼麵粉和粉塵會爆炸?是什麼科學原理?

2021-01-09 科學角度觀世界

爆炸是一種很常見的現象,想要知道為什麼會爆炸,我們先了解一下什麼是爆炸。爆炸是一種極為迅速的物理或化學的能量釋放過程。物理爆炸就比如給輪胎充氣時由於氣壓太大而爆破,化學爆炸則是因為發生劇烈的化學反應導致體積迅速膨脹從而爆炸。

而粉塵爆炸屬於化學性爆炸,想要依靠化學反應形成爆炸效果,那麼這個化學反應必須要具備以下幾個特點:

1.化學反應為放熱反應

2.化學反應具有非常快速

3.化學反應的生成物為氣態

說到這三個特點,你是不是很快能夠想到一類反應,那就是燃燒反應。沒錯,通常化學爆炸都是一些可燃物迅速燃燒產生的,一般燃燒反應都具備1和3這個特點,而要想爆炸,還需要可燃物能夠快速進行燃燒,這個特點並不是所有的燃燒反應都具備的。因為化學反應的速度即與物質的性質有關,還與物質的狀態有關。

因為燃燒是燃料與氧化劑進行化學反應所產生的一種化學現象,因此,燃料與氧化劑的接觸面積大小很大程度上會影響化學反應的快慢。這個因素實際上就是粉塵容易爆炸的關鍵處,粉塵是一種很細小的顆粒。以麵粉為例,麵粉是一種可燃物,在麵粉還是小麥的時候,如果將它點燃,它只會安靜的燃燒,因為小麥的顆粒比較大,和空氣的接觸面就小了,反應速度就慢了,所以在這種情況下是不會爆炸的。就像木材燃燒一樣,燃燒反應從外到內逐漸進行,直至化為灰燼。

那麼如果將小麥磨成麵粉,情況就不一樣了,細小的顆粒表面積相比於原來大塊時會大的多,因此和空氣的接觸面也會大的多,當這些麵粉飄浮在空氣中時,如果遇到明火,則會迅速使空氣中漂浮的麵粉與空氣反應,這個反應速度極快,溫度迅速升高,體積極速膨脹,形成爆炸,特別是在密封的環境下,爆炸效果會更加明顯。

國內外就曾有多家企業因為粉塵爆炸形成災難性後果,下圖為美國帝國糖廠爆炸,沒錯,就是我們吃過的那種白砂糖,不同的地方就只是那些砂糖被磨細了,這些糖粉分散在空氣中就會具有爆炸的隱患。

因此,當固體可燃物質被磨成細粉之後會大大增強反應活性,當這些粉塵在有限的空間中達到了燃燒點,將會迅速發生化學反應,急劇放熱和膨脹,從而產生爆炸效果。這也是為什麼我們常見的爆竹中的硝都是很細的粉末。

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