Vì sao một số vật có thể chống cháy?

Ngày 30/12/1903, một tia lửa bùng phát từ cụm đèn sân khấu đã khiến nhà hát Iroquois, Chicago, Mỹ chìm trong biển lửa. “Sân khấu, rèm, rồi tất cả những thứ còn lại lần lượt bắt lửa” ông Bill Carroll – cháu của một trong những người chủ rạp hát đồng thời là một giáo sư hóa học của Trường đại học Indiana, Mỹ - cho biết. “Không có đủ lối thoát hiểm và tình hình khi đó vô cùng khủng khiếp”. Hơn 600 người đã chết trong vụ hỏa hoạn. Đây là vụ cháy một tòa nhà đơn lẻ có nhiều người thiệt mạng nhất trong lịch sử nước Mỹ.

Ngày nay, điều tồi tệ như vậy khó có thể xảy ra, vì nhiều vật liệu hiện đại có khả năng chống cháy tốt hơn. Nhưng cái gì làm cho một số vật liệu khó hoặc không bị cháy?

Theo Giáo sư Carroll, thuật ngữ “chống cháy” thực ra được dùng không chính xác, bởi vì hầu hết tất cả mọi vật chứa cacbon khi bị nung nóng đến một mức nào đó đều có thể bắt lửa và cháy. Các cụm từ “khó cháy” và “chậm cháy” là những thuật ngữ chính xác hơn. Khi được dùng đúng cách, các biện pháp phòng cháy sử dụng vật liệu khó cháy có thể dập tắt quá trình cháy. Ví dụ: nhựa bình thường dễ cháy vì nó có rất nhiều carbon và hydrogen, đây là những nhiên liệu để duy trì ngọn lửa. Xăng cũng có carbon và hydrogen, và nó còn có thể bay hơn, vì thế xăng càng dễ cháy hơn. Ngược lại, một ví dụ của vật khó cháy là đá nhân tạo Corian được dùng làm bệ bếp. Vật liệu nhựa trong đá Corian được bổ sung đá dăm làm từ oxit nhôm ngậm nước, một hợp chất hóa học không cháy. Những hòn đá nhỏ li ti này này làm cho khả năng cháy của bệ bếp bị yếu đi và vì thế bệ bếp rất khó cháy.

Mặc dù các viên đá nhỏ hút và giữ các phân tử nước nhưng không phải ướt sũng. Nó chỉ giúp cho bệ bếp mát và ngăn sức nóng tiếp xúc với nhiên liệu. Nếu có nguồn nhiệt cao (như là điếu thuốc lá đang cháy để trên bệ bếp) thì nguồn nhiệt đó trước tiên sẽ phải làm bay hơi nước xung quanh oxide nhôm sau đó mới đến làm nóng nhiên liệu, tức là làm nóng các phân tử nhựa, đủ nóng đến mức cháy được. Hơn nữa, vật liệu bệ bếp như đá Corian không chứa nhiều nhựa, chỉ ở mức đủ để kết dính các viên đá lại với nhau.

Nhiên liệu và nhiệt là hai mặt của tứ diện cháy, một tháp ba mặt trong đó mỗi mặt biểu thị cho một yếu tố cần thiết để tạo nên một đám cháy. Hai mặt còn lại là oxygen và phản ứng hóa học bền vững. Hầu hết các vật liệu – không kể đá granite và a-mi-ăng là hai trong số rất ít các vật liệu thực sự chống cháy – đều có thể tăng hoặc giảm khả năng cháy đơn giản bằng cách loại bỏ một hoặc hơn một yếu tố của tứ diện cháy. 

Không giống như đặc tính khó cháy, các hóa chất chậm cháy có thể giúp làm chậm hoặc dập tắt một ngọn lửa. Các chất làm chậm cháy bao gồm chlorine, bromine, nitrogen, phosphorus, boron hoặc các kim loại. 

Một trong những đặc điểm của chất làm chậm cháy là chúng giúp cho việc hình thành bọt than. Ví dụ: khi một miếng bánh mì bị cháy, một lớp than hình thành bên ngoài miếng bánh tạo thành lớp cách nhiệt cho phần bánh vẫn còn nguyên vẹn bên trong. Khi một ngọn lửa bao quanh một vật đã có lớp làm chậm cháy là bọt than, thì phản ứng hóa học bên trong chất làm chậm cháy xảy ra tạo thành lớp bọt cứng dễ cháy phía bên ngoài lớp than của lần cháy trước. Lớp bọt than này ngăn cản nhiên liệu tiếp xúc với oxygen và nhiệt đến một mức độ nào đó. Chính lớp than đã tạo ra một dạng kén bảo vệ của nó.

Chất làm chậm cháy được sử dụng rất phổ biến từ những năm 1970, nhưng trong vài thập kỷ gần đây, nó lại trở thành chủ đề gây tranh cãi do nó có thể gây ngộ độc. Các hóa chất phòng cháy có chứa bromine có khả năng dập lửa rất tốt nhưng không bám vĩnh viễn vào các vật liệu mà có thể thoát ra và bốc hơi, hòa trộn vào bụi hoặc không khí, từ đó có thể xâm nhập vào cơ thể con người. Theo Viện Khoa học Sức khỏe môi trường Mỹ, khi xâm nhập vào cơ thể, các hóa chất này có thể gây ra nhiều vấn đề về sức khỏe, ví dụ các rối loạn tuyến giáp, hệ miễn dịch và tăng nguy cơ ung thư. Mỹ đã cấm sử dụng các hóa chất này từ năm 2004.

Hiện các nhà khoa học đang nghiên cứu để tạo ra các chất chậm cháy bám chặt hơn vào vật liệu, hay chính là các polymer dạng chuỗi phân tử lặp lại, có khối lượng lớn hơn và không thoát ra khỏi vật liệu để thay thế cho các chất chậm cháy chứa bromine, vì phân tử bromine nhỏ hơn và có thể dễ dàng rời khỏi vật liệu và đồ vật.

Có thể sử dụng các vật liệu khó cháy và các chất chậm cháy để chữa cháy không? Chắc chắn là có, nhưng hãy nghĩ đến chúng như lựa chọn số hai, bởi phòng vẫn hơn là chữa.