4.3　化验室的防爆安全

氧化、燃烧、爆炸，本质上都是氧化反应，只是反应速率不同而已。爆炸往往比着火会造成更大的危害，且多数情况下只能预防。一旦发生，就难以预防。因此，凡涉及爆炸性试剂的操作、储存、运输，都要十分小心，必须严格按照有关规程运作。

4.3.1　基础知识

（1）强氧化剂

强氧化剂是指具有强烈氧化性的物质。它们在标准电极电位顺序中的位置越低，标准电极电位越正，在化学反应中越容易获得电子，那么这类物质（分子、原子或离子）就是越强的氧化剂。

氧化剂本身一般不会燃烧，但在空气中遇酸或受潮、强热或与其他还原性物质、易燃物、可燃物接触，即可分解引起燃烧或与可燃物构成爆炸性混合物。

化验室中常见的强氧化剂有氟、三价钴盐、过硫酸盐（或）、过氧化氢、过氧化物、高锰酸盐（或）、氯酸盐（或）、溴酸盐（或）、重铬酸盐（或）、氯等。

（2）爆炸性物质

爆炸性物质指具有猛烈爆炸性的物质。当其受到高热、摩擦、冲击或与其他物质接触发生作用后，能在瞬间发生剧烈反应，产生大量的热量和气体，并使气体的体积迅速增加而引起爆炸。

下列物质均属于敏感性强、易分解和引起爆炸的物质：臭氧、过氧化物（含特有的—O—O—基）；氯酸和高氯酸化合物（含特有的Cl—O原子团）；氮的卤化物（含特有的=N—X基，X表示卤素）；亚硝基化合物（含特有的—NO基）；雷酸盐（含特有的—ONC基或原子团—N=C）；乙炔等炔类和炔化物（含—C≡C—基）。

实际上，某些强化剂本身就是爆炸性物质，如硝酸铵、过氧化物、高氯酸盐。在分析测试中直接涉及的爆炸性试剂、物品其实并不多，常涉及的主要有苦味酸、三硝基甲苯、钢瓶易燃气体等。然而值得警惕的是有些试剂单独存在时，虽属于危险物化学品，却不致爆炸。可一旦与其他物质相混合，或撞击时，就会剧烈爆炸，这种潜在的致爆因素反而更加危险，不容忽视。

（3）爆炸和爆炸极限

①爆炸　爆炸是物质极迅速地发生突然变化时，其分子、原子或原子核内的能量转变为物质运动能的结果，在爆炸的一瞬间有大量的能量释放。爆炸时，物质状态急剧改变，温度和压力剧烈升高。化学反应所发生的爆炸（例如氢、氧混合物的爆炸，三硝基甲苯的爆炸等）和原子核分裂链式反应所引起的爆炸都是典型的爆炸。

注：本书只限于讨论化学反应所引起的爆炸。

②爆炸极限　可燃气体、可燃液体的蒸气（或可燃粉尘）与空气混合并达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸，这个遇到火源能够发生爆炸的浓度范围，叫做“爆炸极限”。通常用可燃气体、蒸气（或粉尘）在空气中的体积分数（％）来表示。

可燃气体、蒸气（或粉尘）与空气的混合物并不是在任何混合比例下都有可能发生爆炸，而是有一个发生爆炸的浓度范围，即有一个最低的爆炸浓度——爆炸下限，和一个最高的爆炸浓度——爆炸上限，只有在这两个浓度之间，才有爆炸的危险。如果可燃气体、蒸气（或粉尘）在空气中的浓度低于爆炸下限，遇到明火既不会爆炸，也不会燃烧；高于爆炸上限，遇到明火虽然不会爆炸，但接触空气却能燃烧。因为低于爆炸下限时，空气所占的比例很大，可燃物质的浓度不够；高于爆炸上限时，则含有大量可燃物质，而空气却不足，缺少助燃的氧气。

了解各种可燃气体或蒸气（或粉尘）的爆炸极限，对做好防火、防爆工作具有重要意义。各种可燃、易爆气体在空气中（或在氧气中）的爆炸极限见表4.2。混合后可引起燃烧、爆炸的试剂组合见表4.3。

4.3.2　化验室的防爆

（1）化验室发生爆炸的主要原因

实验室中产生爆炸的原因主要来自以下两方面：一是器皿内和大气间压力差逐渐加大；二是反应时反应区域内的压力急剧升高或降低。

①器皿内和大气间压力差加大引起的爆炸

a.当器皿内壁的压力减小时，如器皿壁的坚固性不够，仪器被压碎，这种爆炸称为“压碎爆炸”，这是危险性较小的一种爆炸。在器皿壁的厚度和机械强度相同时，器皿能支持压力的限度在很大程度上决定于器皿的形状。

发生压碎爆炸时，可能伤及爆炸器皿附近的工作人员。如果被压碎的器皿中盛的是有毒物或可燃物，或是能与空气形成爆炸混合物的物质，就有可能发生中毒、失火或爆炸混合物的极强爆炸，危险性更大。

b.当器皿内部的压力加大到器皿爆炸的限度时，能够成为爆炸的原因的能量就是压缩气体或蒸气的热能。这类爆炸要比压碎爆炸危险得多，如果使用有害物质工作，还会引起中毒、失火或形成爆炸混合物的第二次爆炸。

②化学反应区域内压力急剧改变引起/导致爆炸

a.某些化合物（所谓爆炸物质）迅速分解，且在分解过程中一般都会离析出大量气体，同时放出大量的热。如乙醚中的亚乙基过氧化物、氮的卤化物等。

b.在固体和液体物质间发生迅速反应，结果产生大量的气体或放出大量的热，以致仪器四周气体容积急剧增大。如镁、锌或其他轻金属与硝酸的反应；用高氯酸处理与其不混合的某些固体有机物试样的反应等。

c.当气体间迅速反应时，反应获得的产物有着与原来物质不同的容积，结果导致压力急剧改变。如果反应时放出热量，必然使气体混合物的容积迅速扩大。

（2）防爆措施

在使用危险物质工作时，为了消除爆炸的可能性或防止发生人身事故，应遵守下列原则。

①使用预防爆炸或减少其危害后果的仪器和设备。

②要清楚地知道所用的每一种物质的物理和化学性质、反应混合物的成分、使用物质的纯度、仪器结构（包括器皿的材料）、进行工作的条件（温度、压力）等。

③将气体充于预先加热的仪器内部时，不要用可燃性气体排空气，或相反地用空气排出可燃气体，应该使用氮或二氧化碳来排除，否则就有发生爆炸的危险。

④在能够保证实验结果的可靠性和精密度的前提下，危险物质都必须取用最小量来完成相应的测试工作，并且绝对不能使用明火加热。

⑤在使用爆炸物质进行测试分析工作时，必须使用软木塞或橡皮塞并应保持其充分清洁，不可使用带磨口塞的玻璃瓶，因为关闭或开启玻璃塞的摩擦都可能成为爆炸的原因。

干燥爆炸物质时，绝对禁止关闭烘箱门，最好在惰性气体气氛下进行，保证干燥时加热的均匀性与消除局部自燃的可能性。

⑥完成气相反应时，要了解改变气相反应速率的普遍影响因素（光、压力、表面活性剂、器皿材料及杂质等）。

要及时销毁爆炸性物质的残渣：卤氮化合物可以用氟使之成为碱性而销毁；叠氮化合物及雷酸银可由酸化来销毁；偶氮化合物可与水共同煮沸；乙炔化物可以用硫化铵分解；过氧化物则用还原方法销毁。

⑦决不允许将水倒入浓硫酸中。

注意：进行隔绝空气加热时，应加热均匀，以防温度骤降导致爆炸；使用强碱熔样时，应防止坩埚沾水而爆炸；点燃氢气时，应检查氢气的纯度。