燃焼の三要素ってなに？消防士向けに説明します！

皆さん、こんにちは！

今回は火災現場で非常に重要な燃焼の三要素についてお伝えしたいと思います！

すでに消防士の方はこの言葉は聞いたことがあると思いますが、これから消防士になる、もしくは目指している方は聞いたことがないと思います。この言葉を学べば、消防士に大きく関わる「炎」がなぜ起こるのか、なぜ燃焼が継続するのか、どのようにすれば消火することができるのを考えることができます。

このブログでわかること

・燃焼の三要素とはなにか

・最近は燃焼の四要素？

まず、燃焼の三要素とは、可燃物、支燃物、着火エネルギーのことです。これらが揃うことで炎が発生し、燃焼が維持されます。そのため、消火活動を行う上で、これらの三要素のうち少なくとも一つを取り除く必要があります。

燃焼の三要素を1つずつ説明していきたいと思います。

可燃物

まずは可燃物についてです。可燃物とは、燃焼反応によって熱や光を発生する物質のことです。木材や紙、布、ゴムなどの可燃物が一般的な例です。ものが燃焼するにはまず燃えるものがなければ燃焼しませんよね。可燃性ガスなどもこれらに含まれます。

支燃物

次に支燃物についてです。主に酸素をイメージしていいと思います。酸素とは、空気中に含まれる酸素ガスのことです。酸素がある限り、燃焼反応は維持されます。燃料が酸素と反応することで、熱エネルギーが放出され、火災や爆発などの危険が発生する可能性があります。

酸素は空気中に約21%含まれており、火災が起こると、空気中の酸素が燃焼反応を促進するため、火の勢いが増します。

酸素は燃焼反応において酸化剤として働き、燃料と反応することで熱エネルギーを発生させます。具体的には、燃料が酸素分子と反応して、燃焼生成物として二酸化炭素や水蒸気などが生成されます。この反応は、燃料分子の結合エネルギーを解放し、熱エネルギーを発生させます。

また、燃焼反応中には酸素の存在が必要不可欠ですが、酸素自体は可燃性がないため、燃焼反応によって生成される熱や火花があっても、酸素自体は燃えることはありません。

ここまでは支燃物＝酸素で説明してきましたが、実は支燃物とは酸素だけはありません。

＜酸素分子以外の酸化剤による燃焼＞　（例：花火、固体燃料ロケットの推進剤）
花火は、酸化剤（塩素酸カリウムなど）から発生する酸素が支燃物となります。

＜自己反応性物質の燃焼＞　（例：無煙火薬、爆薬）
火薬や爆薬の多くは、１つの物質が可燃物と支燃物の両方を含んでいます。
自己反応性物質……他の支燃物（空気中の酸素など）がなくても、熱や衝撃を加えることにより燃焼・爆発する物質。ダイナマイトの原料となるニトログリセリンなど。

さらに、酸素を含んでいなくても、酸化力が強く、可燃物と急速に結びついて大量の熱を放出する物質（たとえば塩素ガスやフッ素ガス）は、支燃物として作用します。ものが燃えるときに起こる酸化反応は、酸素との反応だけではありません。

最後は少し難しい話になってしまいましたが知識として取り入れておいて良いと思います。

熱

最後に熱についてです。常温では可燃物は燃焼しないので外部から熱エネルギーを与えて発火状態にしないと燃焼は起こりません。火災に見られる熱エネルギーの例を少し紹介します。

【火炎エネルギー】・・・コンロ、ストーブ、調理器具など

【電気的エネルギー】・・・電気花火、静電花火、過電流など

【機械的エネルギー】・・・摩擦花火、衝撃花火など

【科学的エネルギー】・・・混合、酸化、発酵

可燃物を加熱した場合、なんらかの火源によって点火しなくても、自然に発火する最低の温度を発火点または発火温度と呼びます。

燃焼の四要素？

最近では「燃焼の三要素」ではなく「燃焼の四要素」とい言われることが多くあります。

三要素から増えたもう一つの要素とはなんなんのでしょうか。

それは「連鎖」です。

可燃物と酸素が反応することで化学反応熱が生じます。その熱によって化学反応の開始及び維持するためのエネルギーが生じます。これが化学反応の連鎖になります。

燃焼の連鎖反応とは、燃料の分子が酸素分子と反応し、発生する中間体が他の分子と反応することで燃料が燃焼する反応過程のことを指します。

一般的に燃料が燃焼する過程は、以下の3つの反応段階に分けられます。

点火反応：燃料と酸素が触れることで、エネルギーが与えられ、反応が開始します。
過程反応：点火反応で生成された中間体が、他の分子と反応を繰り返し、燃料の分子を酸素と反応させて、エネルギーを放出します。
消失反応：燃料と酸素が反応し尽くすと、燃焼が完了し、反応生成物が放出されます。

燃焼の連鎖反応では、中間体が他の分子と反応することで反応が加速されます。例えば、メタンの燃焼においては、最初に点火反応によってメタン分子と酸素分子が反応すると、中間体であるメチルラジカルが生成されます。このメチルラジカルは、他の酸素分子と反応して、中間体であるメチルペルオキシラジカルを生成します。さらに、このメチルペルオキシラジカルが他のメタン分子と反応して、新たなメチルラジカルを生成することで、反応が連鎖的に加速されます。

このように、燃焼の連鎖反応は、中間体を介した反応によって燃焼が加速される反応過程であることが特徴です。

実は私はこの記事を書くまで上記のことは知りませんでした。ここまで知っていなくても問題はなさそうですがこれも知識として身につけておけば、ワンランク上の消防士になれるでしょう。