化学プラント大全 
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危険物取扱者甲種の物理学・化学では、燃焼の成立条件、物質ごとの燃え方、燃焼範囲、引火点・燃焼点・発火点、消火原理が互いに関連して出題されます。
用語を一つずつ暗記すると、次のような選択肢で迷いやすくなります。
- 液体そのものが燃えているのか、液面上の蒸気が燃えているのか
- 木炭と木材は同じ固体なのに、なぜ燃焼形態が異なるのか
- 引火点に達したら、火源がなくても燃えるのか
- 冷却消火は燃焼の三要素の何を取り除くのか
先に結論を言うと、燃焼分野は次の順に判断すると整理できます。
- 可燃物・酸素供給源・点火源がそろっているか
- 可燃物は気体・液体・固体のどれか
- 可燃性ガスまたは蒸気の濃度が燃焼範囲内か
- 外部の点火源が必要か、燃焼を継続できるか
- 消火では三要素のどれを断つか
爆発、自然発火、粉じん爆発、静電気を詳しく確認する人は、危険物取扱者甲種の静電気と着火防止攻略を確認してください。
燃焼は「急激な酸化＋発熱・発光」で捉える
酸化とは、物質が酸素と化合する反応です。そのうち、反応が急激に進んで著しく発熱し、発光を伴うものを燃焼といいます。
燃焼には炎を伴う有炎燃焼だけでなく、炎を伴わない無炎燃焼もあります。木炭やコークスの表面燃焼は、火炎を出さずに燃える代表例です。
したがって、「燃焼なら必ず炎が見える」という説明は誤りです。また、酸化反応であっても、吸熱反応を示すものは燃焼とはいいません。
試験では、燃焼を次の三層で整理します。
| 燃焼の成立 | 三要素がそろう |
|---|---|
| 燃焼の仕方 | 気体・液体・固体で異なる |
| 燃焼の停止 | 三要素の一つを除く、または連鎖反応を抑える |
燃焼の三要素を一組で覚える
燃焼が起こるために必要な三つの要素は、可燃物、酸素供給源、点火源です。どれか一つでも欠けると燃焼は起こりません。
| 要素 | 意味 | 代表例 |
|---|---|---|
| 可燃物 | 酸化されて燃える物質 | 水素、一酸化炭素、硫黄、木材、ガソリン |
| 酸素供給源 | 燃焼に必要な酸素を供給するもの | 空気、酸素、酸素を含む酸化性物質 |
| 点火源 | 燃焼開始に必要なエネルギーを与えるもの | 火炎、火花、高温面、摩擦熱 |
酸素供給源は空気だけではありません。第1類の酸化性固体や第6類の酸化性液体など、酸素を供給する物質も含まれます。
また、点火源は燃焼開始時に必要ですが、燃焼が始まった後は燃焼部分の熱が次の反応を進めます。燃焼は連鎖的に継続する酸化反応として捉えられます。
気体は予混合燃焼と拡散燃焼に分かれる
可燃性ガスは、空気と一定の濃度範囲で混ざったときに燃焼します。混合する時期によって、予混合燃焼と拡散燃焼に分かれます。
| 燃焼形態 | 空気との混ざり方 | 特徴 |
|---|---|---|
| 予混合燃焼 | 燃焼前に可燃性ガスと空気を混合する | 炎の伝ぱが速く、密閉空間では圧力が急上昇する危険がある |
| 拡散燃焼 | 燃焼時に可燃性ガスが空気中へ拡散して混合する | ガスを連続供給すると定常的な炎になりやすい |
ろうそくの炎では、ろうが気化して生じた可燃性蒸気が周囲の空気と混ざりながら燃えるため、拡散燃焼として扱います。
爆発の種類と静電気による点火については、PC-02で分けて解説しています。
液体は液そのものではなく蒸気が燃える
アルコールやガソリンなどの可燃性液体は、液体そのものが直接燃えるのではありません。液面から発生した可燃性蒸気が空気と混ざり、点火されて燃えます。これを蒸発燃焼といいます。
液体本体 → 蒸発 → 可燃性蒸気 → 空気と混合 → 点火・燃焼
そのため、可燃性液体の危険性を判断するときは、液面だけでなく蒸気の漏えいと低所への滞留に注意します。
「液体の表面が燃えている」と見える場合でも、試験上の燃焼主体は液面上の蒸気です。
固体は表面・蒸発・分解・自己燃焼に分ける
固体の燃焼は、熱を受けた後に何が燃えるかで分類します。
| 燃焼形態 | 燃えるもの・仕組み | 代表例 |
|---|---|---|
| 表面燃焼 | 熱分解も蒸発もせず、固体表面が直接燃える | 木炭、コークス、金属粉、鉄粉 |
| 蒸発燃焼 | 固体が蒸発・昇華し、その蒸気が燃える | 硫黄、ナフタレン、固形アルコール |
| 分解燃焼 | 熱分解で生じた可燃性ガスが燃える | 木材、紙、石炭、プラスチック |
| 自己燃焼 | 物質内部の酸素により燃焼する | ニトロセルロース、セルロイド |
表面燃焼は固体に特有で、原則として炎を出さない無炎燃焼です。木炭は表面燃焼ですが、木材は熱分解で可燃性ガスを生じるため分解燃焼です。
自己燃焼は分解燃焼の一種として扱われ、可燃物自体が内部に酸素をもっています。空気中の酸素がなくても反応が進み得る点が、通常の分解燃焼との違いです。
「固体はすべて表面燃焼」「石炭は表面燃焼」「ニトロセルロースは表面燃焼」という選択肢は誤りです。
燃焼範囲は薄すぎても濃すぎても燃えない
可燃性ガスや可燃性蒸気は、空気との混合割合が一定の濃度範囲にあるときだけ燃焼します。この範囲を燃焼範囲または爆発範囲といいます。
| 濃度が薄すぎる | 燃焼下限界より低い | 可燃物が不足して燃えない |
|---|---|---|
| 燃焼範囲内 | 下限界以上・上限界以下 | 点火源があれば燃焼する |
| 濃度が濃すぎる | 燃焼上限界より高い | 酸素が不足して燃えない |
燃焼下限界が低い物質は、少ない可燃性ガスでも燃焼可能です。また、下限界から上限界までの幅が広い物質ほど、燃焼可能な条件が多いため危険性が高いと判断します。
一般に温度や圧力が上がると、上限界は高く、下限界は低くなり、燃焼範囲が広がる傾向があります。燃焼範囲は物質固有の一つの数字ではなく、条件によって変化する点に注意してください。
引火点・燃焼点・発火点を比較する
引火点、燃焼点、発火点は、外部の点火源と燃焼継続の有無で区別します。
| 温度 | 外部の点火源 | 定義 |
|---|---|---|
| 引火点 | 必要 | 液面上に燃焼下限界濃度の蒸気を発生し、点火すると燃え出す最低の液温 |
| 燃焼点 | 必要 | 点火後も燃焼を継続できる可燃性蒸気を供給する最低温度 |
| 発火点 | 不要 | 空気中で加熱したとき、自ら燃焼を開始する最低温度 |
通常の大小関係は、次のとおりです。
引火点 ＜ 燃焼点 ＜ 発火点
引火点は、液体がその温度で直接燃えるという意味ではありません。燃えるのは液面上の蒸気です。また、引火点より低い温度でも蒸気は発生していますが、燃焼に必要な濃度へ達していません。
発火点は点火源なしで燃焼を始める温度です。「引火点に達すると火源なしで燃える」「発火点まで炎を近づけても燃えない」という説明は誤りです。
消火は三要素のどれを断つかで判断する
消火の基本は、燃焼の三要素のうち一つを取り除くことです。
| 取り除く要素 | 消火原理 | 代表的な考え方 |
|---|---|---|
| 可燃物 | 除去消火 | ガスの元栓を閉め、燃料供給を止める |
| 酸素供給源 | 窒息消火 | 泡、不燃性ガス、ふた、砂などで空気を遮断する |
| 点火源・熱 | 冷却消火 | 水などで熱を奪い、燃焼継続に必要な温度より下げる |
冷却消火は、液体なら引火に必要な蒸気を十分発生できない温度へ下げ、固体なら熱分解による可燃性ガスの発生を抑える考え方です。
ただし、実火災で使用できる消火方法は物質ごとに異なります。試験知識だけで注水可否を判断せず、物質ごとのSDS、施設の緊急時手順、消防機関の指示を優先してください。
危険物別の具体的な消火剤と注水可否は、危険物取扱者甲種の消火方法一覧で整理しています。
抑制消火は燃焼の連鎖反応を遅らせる
除去・窒息・冷却に加え、燃焼の連鎖反応を化学的に抑える方法を抑制消火といいます。負触媒効果とも呼ばれます。
三つの消火原理へ抑制を加え、消火の四要素と表現する場合があります。
試験では、次の対応を固定してください。
| 除去 | 可燃物を断つ |
|---|---|
| 窒息 | 酸素供給を断つ |
| 冷却 | 熱を奪う |
| 抑制 | 燃焼の連鎖反応を遅らせる |
試験で間違えやすい12項目
- 燃焼は急激な酸化反応で、著しい発熱と発光を伴う
- 燃焼には炎を伴わない無炎燃焼もある
- 燃焼の三要素は可燃物、酸素供給源、点火源である
- 酸素供給源は空気だけではない
- 可燃性液体では液体そのものではなく蒸気が燃える
- 木炭・コークス・鉄粉は表面燃焼である
- 木材・紙・石炭・プラスチックは分解燃焼である
- 硫黄・ナフタレン・固形アルコールは蒸発燃焼である
- ニトロセルロース・セルロイドは自己燃焼である
- 燃焼範囲は下限界と上限界の間である
- 引火点と燃焼点は外部火源が必要だが、発火点では不要である
- 除去・窒息・冷却・抑制は作用する対象が異なる
4段階の暗記手順
1. 三要素を固定する
可燃物、酸素供給源、点火源を声に出し、それぞれの代表例を一つずつ挙げます。
2. 状態から燃え方を選ぶ
気体は予混合・拡散、液体は蒸発、固体は表面・蒸発・分解・自己という順で分類します。
3. 火源の要否で温度を分ける
引火点と燃焼点は火源が必要、発火点は火源が不要と覚えます。次に、引火点では一時的、燃焼点では継続という違いを加えます。
4. 消火原理を逆向きにたどる
除去なら可燃物、窒息なら酸素、冷却なら熱、抑制なら連鎖反応という対応を往復します。
30秒セルフテスト
- 燃焼の三要素を答えられるか
- 可燃性液体では何が燃えているか
- 木炭と木材の燃焼形態を区別できるか
- 硫黄とニトロセルロースの燃焼形態を答えられるか
- 燃焼下限界より低い混合気が燃えない理由を説明できるか
- 引火点・燃焼点・発火点の火源の要否を答えられるか
- 除去・窒息・冷却・抑制が何へ作用するか答えられるか
迷った項目があれば、その項目だけ一次資料と問題演習へ戻してください。
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まとめ
危険物取扱者甲種の燃焼基礎を、成立条件、燃焼形態、燃焼範囲、温度、消火原理の順に整理しました。
- 燃焼の三要素は可燃物、酸素供給源、点火源である
- 気体は予混合・拡散、液体は蒸発、固体は表面・蒸発・分解・自己燃焼に分ける
- 可燃性ガスや蒸気は燃焼下限界と上限界の間で燃える
- 引火点と燃焼点は外部火源が必要で、発火点では不要である
- 引火点では燃え出し、燃焼点では燃焼を継続できる
- 除去は可燃物、窒息は酸素、冷却は熱、抑制は連鎖反応へ作用する
問題では、用語だけを見ず、「何が燃えるか」「火源は必要か」「燃焼は継続するか」「何を取り除くか」の四つを確認してください。
