مثلث آتش چیست؟ — به زبان ساده

آشنایی با مفهوم ساده مثلث آتش و اجزای آن که به مثلث سوخت هم معروف است، برای تمامی مردم امری ضروری به شمار می‌آید. به بیان دیگر، مثلث آتش به مدل ساده‌ای می‌گویند که اجزای آتش و همچنین شرایط لازم برای ایجاد آتش را بیان می‌کند. در این مطلب به بررسی «مثلث آتش» (Fire Triangle) می‌پردازیم و یاد می‌گیریم که چه عواملی بر تشکیل شدن آتش یا خاموش کردن آن تاثیر دارند.

مثلث آتش چیست؟

مثلث آتش یا مثلث سوخت بیان‌کننده سه جز اصلی برای ایجاد و ادامه شعله آتش است. این سه جزء عبارتند از:‌

• حرارت (گرما)
• سوخت (ماده سوختنی)
• اکسیژن

فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم – بخش شیمی در فرادرس

کلیک کنید

هر یک از موارد بالا، سه ضلع یک مثلث را می‌سازند و بنابراین در صورتیکه هر یک از این عوامل حذف شوند یا در جایی حضور نداشته باشند، مثلث آتش تشکیل نخواهد شد و به بیان بهتر، آتش ایجاد نمی‌شود.

اجزای مثلث آتش

همانطور که گفته شد،‌ حرارت، سوخت و اکسیژن سه ضلع اصلی مثلث سوخت را تشکیل می‌دهند که در ادامه، اجزای این مثلث را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کنیم.

حرارت

برای شعله‌ور شدن و ایجاد آتش به‌ حرارت (گرما) نیاز داریم. به پایین‌ترین دمایی که در آن، یک ماده آتش می‌گیرد، «نقطه شعله‌ور شدن» (Flash Point) می‌گویند که این نقطه برای هر ماده متفاوت است.

متاسفانه به هنگام وقوع یک واکنش سوختن، حرارت نیز آزاد می‌شود که دمای ماده سوختنی را افزایش می‌دهد. در برخی از موارد، برای خاموش کردن آتش و پایین آوردن دما می‌توان از آب استفاده کرد.

سوخت

اگر هیچ ماده سوختنی نداشته باشیم، آتشی هم تشکیل نمی‌شود. خانه و محل کار افراد مملو از مواد آتش‌زا است که از جمله آن‌ها می‌توان به کاغذ، روغن، نفت (نفت سفید) چوب و پارچه اشاره کرد. هریک از این مواد می‌توانند نقش یک سوخت را برای ایجاد آتش ایفا کنند.

برخی از مواد نسبت به مواد دیگر، سریع‌تر و ساده‌تر آتش می‌گیرند. سخت‌ترین ضلع مثلث آتش برای حذف شدن، ماده سوختنی (سوخت) است. بنابراین، برای جلوگیری از آتش‌سوزی بهتر است تا حد ممکن، این مواد در مکانی امن و به شکلی ایمن ذخیره‌سازی شوند.

اکسیژن

برای این‌که یک واکنش سوختن به طور کامل ادامه داشته باشد به اکسیژن نیاز داریم. در اثر سوختن یک ماده به همراه اکسیژن، واکنش سوختن ادامه می‌یابد و فرآورده اصلی حاصل از آن، گرما خواهد بود. اتمسفر زمین مخلوطی از عناصر مختلف است که به هنگام بررسی اجزای تشکیل‌دهنده هوا در می‌یابیم که ۲۱ درصد هوا از اکسیژن تشکیل شده است. بنابراین برای ایجاد آتش به میزان کافی اکسیژن وجود دارد.

شاید دیده باشید که به هنگام آتش‌سوزی، از پارچه‌های ضد حریق و پتو برای خاموش کردن آتش استفاده می‌کنند چراکه با این کار، اکسیژن از مثلث آتش حذف و آتش خاموش می‌شود.

موارد تکمیلی در خصوص مثلث آتش

حال که ضلع‌های مثلث آتش را شناختیم و یاد گرفتیم که برای خاموش کردن آتش باید حداقل یکی از این سه ضلع حذف شود، موارد دیگری را نیز در خصوص مثلث آتش مطرح می‌کنیم. از جمله این موارد این است که ماده سوختنی، خود ممکن است شامل اکسیژن هم باشد. همچنین از منابع گرما می‌توان به خورشید، سطوح داغ، جرقه، اصطکاک و انرژی الکتریکی اشاره کرد.

بنابراین، در صورتی که یک سوخت در معرض هر یک از منابع حرارتی بالا قرار بگیرد، امکان شعله‌ور شدن آن وجود دارد و توجه داشته باشید که سوخت می‌تواند در هر سه حالت یعنی جامد، مایع یا گاز وجود داشته باشد.

هرم آتش چیست ؟

«چهارضلعی آتش» (Fire Tetrahedron) یا به عبارت دیگر، هرم آتش، علاوه بر سه ضلع مثلث آتش شامل وجه چهارمی به نام «واکنش زنجیری شیمیایی» (Chemical Chain Reaction) است.

هرم آتش در حقیقت همان مثلث آتش است اما واکنش شیمیایی در آن به عنوان یک بخش مجزا در نظر گرفته می‌شود. نحوه عملکرد برخی از خاموش‌کننده‌های آتش به گونه‌ای است که در سطح مولکولی،‌ موادی را به آتش اضافه و از ادامه واکنش زنجیری شیمیایی جلوگیری می‌کنند و به این ترتیب سبب خاموش شدن آتش می‌شوند.

زمانی‌ که آتش، شعله‌ور می‌شود، تداوم واکنش گرماده زنجیری سبب ادامه آتش می‌شود و تا زمانی که یکی از ضلع‌های مثلث حذف نشده باشد، این اتفاق ادامه دارد. در برخی موارد از کف (فوم)‌ برای خاموش کردن آتش بهره می‌گیرند چراکه سبب حذف اکسیژن می‌شود.

از آب برای پایین آوردن دمای سوخت و حذف یا پراکنده کردن آن بهره می‌گیرند. از «هالومتان» (Halomethane) یعنی ماده‌ای با فرمول شیمیایی مشابه متان $$(CH_4)$$ که هیدروژن آن با یک هالوژن جایگزین شده است برای حذف رادیکال‌های آزاد بهره می‌گیرند. این ماده در نهایت به عنوان مانعی شامل یک گاز خنثی برای واکنش شیمیایی عمل می‌کند و مانع ادامه شعله می‌شود.

واکنش‌های سوختن، واکنشی شیمیایی به شمار می‌آیند و همانطور که گفته شد، با ایجاد حرارت، به تداوم شعله کمک می‌کنند. زمانی که آتش شامل سوختن فلزاتی همچون لیتیوم، منیزیم و تیتانیوم باشد، به آتش کلاس D معروف است و انرژی آزاد شده حاصل از سوختن، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. این فلزات با آب سریع‌تر از اکسیژن واکنش می‌دهند و در نتیجه، انرژی بیشتری آزاد می‌شود.

ریختن آب روی چنین شعله‌هایی، نه تنها باعث خاموش شدن آن‌ها نمی‌شود بلکه ممکن است حرارت شعله را بیشتر کند و حتی سبب انفجار شود. در این موارد، خاموش‌کننده‌های حاوی دی‌اکسید کربن در برابر این شعله‌ها موثر نیستند و از مواد دیگری (مانند ماسه) برای خاموش کردن آتش بهره می‌گیرند. به این ترتیب، با حذف هریک از وجه‌های هرم، آتش خاموش خواهد شد.

اکسیدکننده

وجود اکسیدکننده‌ها از عواملی هستند که تدوام شعله آتش را سبب می‌شوند. در بیشتر موارد، این اکسنده، هوای اطراف یا به به عبارت دقیق‌تر، اکسیژن موجود در هوا است. با حذف هوا می‌توان آتش را خاموش کرد. به طور مثال اگر یک لیوان را بر روی شعله‌ای از شمع قرار دهید، بعد از چند ثانیه، با مصرف اکسیژن باقی‌مانده و اتمام آن، خاموش می‌شود. برعکس اگر در کوره‌ها یا به هنگام سوختن چوب، هوا دمیده شود، آتش، شعله‌ورتر خواهد شد.

برخی از مواد شیمیایی مانند گاز فلوئور، نمک‌های پرکلرات مانند آمونیوم پرکلرات $$(NH_4ClO_4)$$ یا کلر تری‌فلوئورید $$(ClF_3)$$، به عنوان یک اکسنده حتی قوی‌تر از اکسیژن عمل می‌کنند.

راه های خاموش کردن آتش

برای خاموش کردن آتش، یکی از سه ضلع مثلث آتش یا یکی از وجه‌های هرم آتش باید حذف شود. بدون حرارت کافی، آتشی شکل نمی‌گیرد. حذف حرارت می‌تواند بوسیله موادی صورت بگیرد که مقدار گرما را در آتش، کاهش می‌دهند که به طور معمول از آب برای این کار استفاده می‌شود.

حذف اخگرهای آتش نیز می‌تواند سبب حذف منبع حرارتی شود. علاوه بر این، اگر منبع آتش، جریان الکتریکی باشد، قطع جریان سبب قطع منبع اصلی ایجاد شعله می‌شود.

در صورت عدم وجود سوخت نیز آتش خاموش می‌شود. این سوخت ممکن است به صورت طبیعی یعنی با مصرف شدن حین آتش‌سوزی یا به صورت مکانیکی و شیمیایی حذف شود. جداسازی سوخت از عوامل بسیار مهم در مقابله با آتش‌سوزی جنگل‌ها به شمار می‌آید. در این شرایط، به دلیل غلظت پایین بخارات سوخت در شعله آتش، انرژیِ آزاد شده و به دنبال آن دمای شعله کاهش می‌یابند که در نهایت سبب خاموش شدن آتش می‌شود.

بدون وجود اکسیژن نیز آتشی شکل نمی‌گیرد. با کاهش غلظت اکسیژن، سرعت سوختن نیز کاهش می‌یابد که برای این کار از کپسول‌های دی‌اکسید کربن یا پتوی ضد حریق بهره می‌گیرند.

نقش آب در آتش

آب می‌تواند دو نقش متفاوت داشته باشد. زمانی که مواد سوختنی جامد داشته باشیم، این سوخت جامد، فرآورده‌های حاصل از پیرولیز به شکل تابشی تولید می‌کند. این فرآیند را می‌توان به وسیله آب متوقف کرد زیرا آب ساده‌تر از فرآیند پیرولیز سوخت تبخیر می‌شود و به این ترتیب، اینرژی از سطح سوخت حذف و با سرد شدن سبب توقف پیرولیز خواهد شد. به هنگام مقابله با آتش، به این فرآیند «سردسازی سطحی» (Surface Cooling) می‌گویند.

زمانی که فاز گاز - مانند دود یا شعله - داشته باشیم، مواد سوختنی را نمی‌توان از اکسنده جدا کرد و با نگاهی به مثلث آتش متوجه می‌شویم که تنها راه، کاهش حرارت است. در این شرایط، قطرات آب در فاز گازی تبخیر و سبب کاهش دما می‌شوند. بنابراین در این شرایط، اضافه کردن بخار آب سبب تبدیل مخلوط گازی به یک ماده غیرسوختنی خواهد شد. این کار به قطراتی با اندازه کمتر از 0/2 میلی متر نیاز دارد که در آتش‌نشانی به آن «سردسازی گاز» (Gas Cooling) می‌گویند.

در موارد زیر نمی‌توان از آب برای خاموش کردن آتش استفاده کرد:

• شعله حاصل از جریان الکتریکی: آتش‌سوزی که با جریان برق صورت گرفته و این جریان قطع نشده باشد را نمی‌توان با آب خاموش کرد زیرا آب در این موارد به عنوان هادی جریان الکتریکی عمل می‌کند.
• آتش‌سوزی حاصل از مواد هیدروکربنی: به دلیل اختلاف چگالی و همچنین خاصیت آب‌گریزی مواد هیدروکربنی، استفاده از آب سبب پخش شدن آتش می‌شود. به طور مثال، اضافه کردن آب به شعله حاصل از نفت، سبب بخش شدن آن می‌شود زیرا آب و نفت با یکدیگر مخلوط نمی‌شوند.
• آتش‌سوزی حاصل از فلزات: زیرا شعله‌های حاصل از سوختن این مواد، گرمای بسیار زیادی دارد و آب ممکن است در اینجا به عنوان یک اکسنده عمل کند.

معرفی فیلم آموزش علوم تجربی پایه هشتم - بخش شیمی

آشنایی با مثلث آتش از جمله دروسی است که دانش‌آموزان در علوم تجربی پایه هشتم با آن آشنا می‌شوند. به توجه به اهمیت این موضوع برای دانش‌آموزان و افرادی که می‌‌خواهند با نحوه تشکیل آتش و خاموش کردن آن آشنا شوند، «فرادرس»، آموزشی در ۵ ساعت و شش درس آماده کرده است که یکی از مباحث آن به مثلث آتش اختصاص دارد. در ادامه، به معرفی این دروس خواهیم پرداخت.

در درس اول با روش‌های جداسازی مواد و انواع مخلوط‌ها آشنا می‌شویم. همچنین شناساگرهای اسید و باز و انحلال‌پذیری نیز مباحث درس اول را تشکیل می‌دهند. درس دوم،‌ تغییر شیمیایی و تغییر فیزیکی را بررسی می‌کند مثلث سوخت نیز از جمله مباحث مهم این فصل به شمار می‌آید.

درس چهارم، پنجم و ششم همگی به اتم و درون آن اختصاص دارد. مفاهیم عدد اتمی و عدد جرمی و کاربرد ایزوتوپ‌ها به همراه بررسی عنصرها و نماد شیمیایی آن‌ها همگی در این دروس بررسی می‌شوند. بیان نظریه اتمی و انواع مدل‌های اتمی نیز از جمله مباحثی هستند که دانش‌آموز در درس‌های انتهایی با آن آشنا می‌شود. تعریف یون و همچنین کاتیون و آنیون در درس آخر آموزش داده خواهد شد و در انتها نیز تشکیل نمک طعام بررسی می‌شود.

فیلم آموزش علوم تجربی – پایه هشتم – بخش شیمی در فرادرس

کلیک کنید

مثلث آتش چند بعدی در آتش سوزی جنگل ها

در رابطه با آتش‌سوزی در طبیعت، مثلث آتش را می‌توان به صورت «چند مقیاسی» (Multi-Scale) یا چند بعدی نیز مورد بررسی قرار داد تا فهم بهتری در خصوص گسترش آتش با مقیاس چندین کیلومتر و روز یا آتش‌سوزی مجدد در دهه‌های آینده و مسافت‌های بیشتر بدست آورد. به همین دلیل، ضلع‌های مثلث سوخت در مقیاس‌های بزرگ‌تر، نام‌های دیگری را به خود اختصاص می‌دهند که در تصویر زیر مشخص شده‌اند و در ادامه به توضیح آن‌ها خواهیم پرداخت.

با وجود این‌که حضور گرما و حرارت برای ایجاد شعله لازم است، توپوگرافی (مکان‌نگاری) برای بررسی گسترش آتش نیز اهمیت دارد. علاوه بر این، منابع اشتعال‌پذیر نیز برای توصیف آتش‌سوزی مجدد در مقیاس‌های زمانی طولانی‌تر نیز مهم به شمار می‌آیند.

اکسیژن سبب اصلی تداوم یک آتش‌سوزی است و تغییرات آب و هوایی و بادها، این اکسیژن را برای آتش تامین می‌کنند و همانطور که می‌دانید، الگوهای طولانی‌مدت آب‌وهوایی را با نام «اقلیم» (Climate) می‌شناسند. ضلع دیگر مثلث آتش یعنی سوخت نیز در بررسی آتش‌سوزی جنگل‌ها در ابعاد بزرگتر با نام «پوشش گیاهی» شناخته می‌شود.