滅火球裡的科學

生活科學趣談

這個 AFO™(Auto Fire Off) 每顆售價 6.5美元;再來看另一款更早上市(2004年)的 Elide Fire Ball,每顆售價9美元

二者的滅火成分都是乾粉,不過 Elide Fire Ball 的乾粉顏色偏白而 AFO 的乾粉偏黃,因此前者是小蘇打(碳酸氫鈉),後者則是磷酸二氫銨(純的磷酸二氫銨為白色,當滅火劑時依規定得染成黃色)。

小蘇打在受熱時可生成二氧化碳氣體來滅火,反應式為 2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

磷酸二氫銨在燃燒火焰中則是先吸熱分解出磷酸和氨,隨後進行3個步驟而最終生成P2O5(嚴謹的說法應該是P4O10)。由於每一步反應均是吸熱反應,而且都有H2O的生成,因此相較於小蘇打有較好的冷卻效果;加上分解產生的游離氨能與火焰燃燒反應中產生的OH自由基反應,減少燃燒反應產生的自由基,因此能降低燃燒反應速率。只要火焰中游離氨濃度夠高,與火焰接觸面積夠大,中止自由基的速率一旦大於燃燒反應生成自由基的速率時,鏈式燃燒反應就會被終止而導致火焰的熄滅,因此目前市面上的乾粉滅火器(ABC類)大多是充填磷酸二氫銨。
(1) 2NH4H2PO4 → 2H3PO4 + 2NH3
(2) 2H3PO4 → H4P2O7 + H2O
(3) H4P2O7  → 2HPO3 + H2O
(4) 2HPO3  → P2O5 + H2O

小蘇打或磷酸二氫銨受熱後所生成的水則在高溫條件下汽化為水蒸氣,由於每毫升的水在汽化後,其體積膨脹量將近1700倍【註:1×V=(1/18)×0.082×(100+273),V=1.699公升】,因此這種膨脹效應更有利於將乾粉噴散至更寬廣的範圍,可參考先前這篇→《彭巴效應》。

各位朋友或許會懷疑僅由以上這些反應就能使滅火球在瞬間將乾粉炸出來嗎?答案當然不行,這是因為滅火球裡還有火藥,藉由球內包藏的引信點燃核心的炸藥從而將乾粉炸開。由下則影片介紹當初R&D的過程,在33秒處可見到引信被點燃的畫面

下則影片則呈現滅火球在1分8秒處先經由球的上方孔洞噴出火焰的畫面,所以這顆滅火球應該稱作「滅火彈」才名符其實

這就如同早期使用充填 四氯化碳 的滅火彈之滅火機制,都是藉由火藥先將滅火材料炸散,從而將燃燒三要素(可燃物、助燃物、達到燃點)中的「助燃物」隔絕以達成滅火之目的

延伸閱讀

註:廚房的油類火災(B類)不適合;另外,啤酒約含5%酒精,也不宜拿來滅火