نقطه اشتعال (Flash Point) یکی از پارامتر های بسیار معروف برای شناسایی مواد آلی و برخی مواد آلی فلزی است. این نقطه به همراه نقطه جوش، نقطه ذوب و… از موارد بسیار خوب برای شناسایی مواد به شمار می رود. در این مقاله به طور کامل درباره نقطه اشتعال، نقطه خود اشتعالی و مفاهیم حول آن ها صحبت می کنیم. بیایید درباره اشتعال صحبت کنیم و با این مفهوم شروع کنیم.
اشتعال چیست؟ چگونه اتفاق می افتد؟
همه ما شعله های اجاق گاز را دیده ایم. این شعله در حقیقت یک واکنش شیمیایی است که به صورت خود به خودی و پیوسته در حال رخ دادن است. اما چه اتفاقی می افتد که گاز شهری به چنین شعله ای تبدیل می شود؟ همه ما می دانیم که سوختن (احتراق یا همان اشتعال) یک فرآیند اکسایش بسیار سریع است که طی آن ماده سوختنی با اکسیژن محیط واکنش داده و انواع مختلفی از اکسید ها (مونو اکسید، دی اکسید و…) را تولید می کند.
در این فرآیند، باید سه شرط رعایت شود تا فرآیند به خوبی شروع شود و بتواند ادامه یابد. اول این که ماده سوختنی باید به مقدار کافی در تماس با اکسیژن کافی قرار گیرد. دوم این که دما برای شروع واکنش اکسایش به حد کافی بالا باشد. سوم این که شرایط مساعد برای تداوم فرآیند وجود داشته باشد تا اشتعال بتواند تداوم داشته باشد و شعله خاموش نشود.
از این سه شرط، تنها عامل قابل اندازه گیری دمای اشتعال است. این دما برای هر ماده ای یک دمای منحصر به فرد است. با اندازه گیری این دما می توان درباره ماهیت ماده مورد نظر اظهار نظر کرد. دو دما برای اشتعال طرح می شود که ما هر یک از آن ها را در این مقاله شرح می دهیم.
نقطه اشتعال (Flash Point) چیست؟
همانطور که در بالا نیز اشاره شد؛ برای اشتعال یک ماده باید علاوه بر اکسیژن کافی و دما، ماده قابل اشتعال نیز باید به حد کافی موجود باشد. این مقدار ماده می تواند به صورت مایع، جامد یا حتی گاز وجود داشته باشد. ما نیاز داریم تا اندازه گیری هایی در شرایط یکسان انجام دهیم تا بتوانیم از نقطه اشتعال به عنوان یک پارامتر قابل اندازه گیری برای شناسایی مواد استفاده کنیم.
برای این منظور لازم است تا اندازه گیری نقطه اشتعال همه مواد در شرایطی کاملا یکسان انجام شود. بنابراین باید همه مواد را به یک حالت تبدیل کنیم. برخی مواد آلی در دمای محیط جامد، برخی مایع و برخی گاز هستند. از آنجایی که تبدیل مواد به حالت گازی بسیار آسان تر از جامد کردن و یا مایع کردن آن ها است؛ لذا اندازه گیری نقطه اشتعال فقط در شرایط گازی انجام شده و در این حالت تعریف می شود.
شاید برایتان سوال شده باشد که ما موادی داریم که امکان تبخیر نداشته و با دریافت حرارت از حالت مایع و یا جامد تجزیه می شوند؛ پس چگونه حالت گازی را برای انجام آزمایشات مان استفاده کنیم؟ خب ایراد شما کاملا وارد است اما آیا لازم است که برای همه مواد نقطه اشتعال تعریف شود؟ برخی مواد که این شرایط را دارند؛ مانند برخی پلیمر ها و امثال آن، نقطه اشتعال پذیری نداشته و این پارامتر برای آن ها اندازه گیری نمی شود.
همچنین دمای اشتعال برای موادی که قابلیت احتراق نداشته و یا قابل تبخیر نباشند نیز قابل محاسبه نیست. به عنوان مثال، آب قابل احتراق نیست یا مثلا ماده کلرید آهن شش آبه در دما های بالا، قبل از تبخیر تجزیه می شود و بنابراین برای این مواد و کلیه امثال آن ها، نقطه اشتعال قابل محاسبه نمی باشد.
اما نقطه اشتعال چیست؟ در یک تعریف استاندارد بر اساس آنچه که سازمان IUPAC (اتحادیه بین‌المللی شیمی محض و کاربردی) مطرح می کند؛ نقطه اشتعال به صورت زیر تعریف می شود:
پایین‌ترین دمایی که در آن یک مایع مقدار کافی بخار تولید می‌کند تا در مجاورت هوا و یک منبع جرقه، مشتعل شود.
این یعنی دمای اشتعال، در واقع دمایی است که یک ماده قابل تبخیر وقتی به آن دما می رسد؛ به حدی بخار تولید می کند که می تواند در مجاورت یک منبع حرارتی مثل جرقه یا یک شعله مشتعل شود. به عنوان مثال فرض کنید که ما درباره بنزن صحبت می کنیم. دمای اشتعال بنزن 11- است. یعنی هنگامی که دما به 11- درجه سانتی گراد برسد؛ بنزن به حدی بخارات تولید می کند که می توان با یک جرقه ساده آن را مشتعل کرد.
خب این مفهوم دقیق نقطه اشتعال است اما ما یک مفهوم بسیار نزدیک به این نیز داریم. دمای خود اشتعالی، این یک مفهوم بسیار نزیدک به نقطه اشتعال است اما با آن تفاوت دارد.
نقطه خوداشتعالی (Autoignition Temp) چیست؟
احتمالا تا به حال صحنه آتش گرفتن روغن داغ درون ماهیتابه را دیده اید. در این صحنه، روغن داخل ماهیتابه بدون تماس به شعله اجاق گاز، به صورت خود به خودی شعله ور می شود. این صحنه توضیح تصویری بسیار خوبی برای نقطه خوداشتعالی است. نقطه خود اشتعالی بر اساس تعریف سازمان IUPAC به صورت زیر تعریف می شود.
پایین ترین دمایی که در آن یک ماده در جو معمولی (یعنی در حضور هوا) بدون نیاز به منبع جرقه یا شعله، به‌صورت خودبه‌خود مشتعل می‌شود.
بر اساس این تعریف، هنگامی که دمای یک ماده به حدی بالا برود که حتی بدون وجود جرقه یا شعله نیز بتواند مشتعل شود؛ به آن دما نقطه خوداشتعالی گفته می شود.
نقطه اشتعال و نقطه خوداشتعالی چه تفاوتی دارند؟
این دو مفهوم بسیار به هم نزدیک اند اما یک تفاوت بسیار مهم دارند. نقطه اشتعال جایی است که بخارات ماده، در صورتی که در تماس با یک شعله یا جرقه قرار گیرند مشتعل می شوند اما نقطه خود اشتعالی جایی است که حتی اگر جرقه یا شعله ای هم نباشد؛ دمای ماده به حدی بالا می رود که می تواند خود به خودی و بدون نیاز به شعله یا جرقه در هوای اتاق بسوزد.
