Sharing Chemistry with the Community

Hóa học của khói độc sinh ra trong vụ cháy

Trong những ngày qua, khi bạn xem tin tức trên các website hay báo, đài đều đưa tin về các vụ cháy lớn, nhỏ xảy ra trên khắp đất nước. Những thiệt hại mà chúng để lại gây hậu quả vô cùng nghiêm trọng không những mất mát về nhà cửa… mà còn liên quan đến tính mạng con người. Nhưng đâu là nguyên nhân gây ra những vụ cháy này? Có vẻ chúng ta nên chờ kết luận của công an điều tra để biết thêm chi tiết.

Nhưng nguyên nhân tại sao mỗi gia đình hay chung cư đều có bố trí tốt các cửa thoát hiểm mà người ta vẫn không thể thoát ra ngoài khỏi đám cháy? Một lý do chính cho câu hỏi này là khói có thể dày hoặc dày đặc đến nỗi người ta bị mất phương hướng và hít phải khói độc sản sinh ra trong đám cháy. Bên cạnh đó còn một vài nguyên nhân khác nữa.

Do vậy, chủ đề hôm nay của chúng ta sẽ đề cập đến hóa học của khói độc sinh ra trong các vụ cháy, để cho các bạn có cái nhìn rõ hơn về vấn đề này mà thôi.

Tổng quan

Theo Hiệp hội Chống cháy Quốc gia ở Mỹ (gọi tắt là NFPA), người ta ghi nhận rằng hầu hết các trường hợp tử vong vì hỏa hoạn là kết quả của việc hít phải khói (chiếm 50-80%) hơn là bị bỏng. NFPA lưu ý rằng cứ mỗi 20 giây ở một nơi nào đó trên quốc gia của họ, thì một phòng cứu hỏa lại phải đối phó với một trận hỏa hoạn.

Một phút một lần, một vụ hỏa hoạn có thể xảy ra trong nhà hoặc tòa nhà khác có nhiều người.

Trong lịch sử, một số vụ cháy rất nổi tiếng và gây tử vong đã xảy ra trong các khu vực đông đúc, nơi công cộng như câu lạc bộ đêm và nhà hát, tuyên bố có đến hàng trăm nạn nhân. May mắn thay, đây không phải là tiêu chuẩn. Các chuyên gia cứu hoả nhận thấy rằng, hầu hết các đám cháy ngày nay xảy ra trong nhà của một người hoặc một chiếc xe và thường liên quan đến một hoặc hai nạn nhân.

Việc hít phải khói độc xảy ra khi bạn hít thở những sản phẩm bị cháy trong quá trình cháy. Kết quả đốt cháy từ sự đổ vỡ nhanh chóng của một chất bằng nhiệt (thường được gọi là đốt). Khói là hỗn hợp các hạt nóng và khí. Không thể dự đoán thành phần chính xác của khói do lửa tạo ra. Các sản phẩm bị cháy, nhiệt độ của lửa, và lượng oxy sẵn có cho lửa tạo ra sự khác biệt về loại khói sản xuất.

Chuyện gì xảy trong đám cháy?

Một số lượng lớn các chất hữu cơ và vô cơ có trong khói hiện diện, gây ra kích ứng cảm giác của mắt và chảy nước mắt, dẫn đến mắt không thấy gì hết vì mất tầm nhìn.Chúng ta sẽ lấy thí dụ về một vụ cháy xảy ra trong một căn phòng giả định nha. 30 giây đầu tiên sẽ xảy ra chuyện gì nào?

  • Các mối đe dọa độc hại xuất hiện (sẽ trình bày trong phần sau), kết quả là dẫn đến ho, nghẹt thở, thở khò khè từ cổ họng và kích thích phế quản.
  • Nhiệt tạo ra và bức xạ của chúng tăng dần.
  • Mật độ khói dày đặc dẫn đến tầm nhìn hạn chế.

Vậy 2 phút tiếp theo sẽ ra sao?

  • Tất cả những điều nêu trên đều có mặt và tăng cường.
  • Khói lan tỏa, chủ yếu tích tụ và tạo thành một lớp nóng ở mức trần nhưng nhanh lan xuống sàn, do đó, trong phòng sẽ chứa ít oxygen hơn mức bình thường. Nếu mức oxy dưới 7%, nó sẽ trở thành nguyên nhân chính gây mất năng lực và tử vong.
  • Tuy nhiên, chẳng hạn mức O2 thấp không thể tồn tại trừ khi khói cũng rất nóng. Do đó, bề mặt da và hệ thống tỏa nhiệt cũng là những yếu tố chính. Sự kết hợp này là những yếu tố chính gây ra mất năng lực và chết chóc. Khí trong khói trên cũng chứa carbon monoxide (CO). Mặc dù khí này là nguy hiểm nhưng nó không phải là một nguy hiểm chết người.
  • Nếu vật liệu cháy có chứa nitơ (như các vật dụng bằng len, nylon, polyacrylonitrile, aldehyde, melamine-formaldehyde, vv) khói sẽ chứa hydrogen cyanide (HCN). Loại khí này, mạnh hơn nhiều so với CO, có thể là hấp thụ khi hít phải và nhanh chóng tác động, nhưng nó không phải là một yếu tố quan trọng.
  • Nếu vật liệu cháy có chứa clo, brom, hoặc flo (như với polyvinyl chloride, neoprene, polytetrafluoroethylene, polyvinyl florua, chất làm chậm brominated, vv) thì hydrogen chloride (HCl), hydrofluoride (HF), và hydrogen bromide (HBr) được tạo ra.
  • Những chất kích thích vô cơ này thêm vào cùng với các chất kích thích hữu cơ luôn luôn hiện diệ trong khói, làm trầm trọng thêm sự kích động và dẫn đến ngạt khói. Hơn nữa, chúng được biết đến là các chất ăn mòn ngay lập tức bề mặt đường hô hấp và cũng sẽ góp phần làm chậm trễ và dài hạn, tác dụng phụ lâu dài của phổi.
  • Ngoài ra, HCl cũng dễ kết hợp với nước để sản xuất một lớp khói trắng dày đặc có thể làm giảm khả năng hiển thị xuống 0 trước sự tồn tại củanhiệt, CO, HCN, vv. Điều này có thể gây nguy hiểm cho bạn.

Nguyên nhân gây tử vong của việc hít khói độc?

Có rất nhiều nguyên nhân gây tử vong do việc hít phải khói nhưng trong đó có một vài nguyên nhân tiêu biểu. Sau đây, chúng ta sẽ tìm hiểu một vài trong số chúng nha.

Sự đốt cháy chỉ đơn giản là quá trình sử dụng oxy gần lửa và dẫn đến cái chết khi không có oxy cho một người để hít thở. Những chất gây ngạt thở

  • Hơn nữa, khói có thể chứa các sản phẩm không gây hại trực tiếp cho một người, nhưng chúng chiếm không gian cần thiết cho oxy. Carbon dioxide hoạt động theo cách này.

Các hợp chất gây kích ứng

  • Quá trình đốt cháy có thể dẫn đến sự hình thành các hóa chất gây ra thương tích trực tiếp khi chúng tiếp xúc với da và màng nhầy.
  • Những chất này phá vỡ lớp lót bình thường của đường hô hấp. Sự gián đoạn này có thể gây ra sưng, sưng đường thở và suy hô hấp.
  • Thí dụ về các chất gây kích ứng hóa học có trong khói bao gồm sulfur dioxide, amoniac, hydroclorid và clo.

Hoá chất

  • Ngoài ra, khi chúng ta phơi nhiễm nhiều hóa chất cùng một lúc có thể thúc đẩy nhanh quá trình tử vong.Lửa có thể tạo ra các hợp chất gây tổn hại bằng cách can thiệp vào việc sử dụng oxy ở cơ thể ở mức tế bào.
  • Carbon monoxide, hydrogen cyanide, và hydrogen sulfide là tất cả các ví dụ về hóa chất sản xuất trong các đám cháy gây cản trở việc sử dụng oxy trong tế bào trong quá trình sản xuất năng lượng.
  • Nếu việc cung cấp oxy hoặc sử dụng oxy được ức chế, các tế bào sẽ chết.
  • Ngộ độc carbon monoxide đã được tìm thấy là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu trong khói sinh ra trong đám cháy.

Ảnh hưởng của từng loại hóa chất đối với cơ thể

Đối với CO

Đặc điểm loại khí này là không màu, không mùi, không vị, khuyếch tán mạnh, có tỉ trọng xấp xỉ tỉ trọng không khí. Nồng độ CO cao có thể được sản xuất nhanh chóng trong quá trình đốt cháy những vật liệu hữu cơ. Tác động tàn phá và gây tử vong của CO được tạo ra thông qua ba cơ chế khác nhau:

  • Kết hợp với hemoglobin: giảm khả năng oxy trong máu.
  • Kết hợp với hemoglobin dẫn đến sự thay đổi đường cong phân ly của HbO2 sangtrái: làm cho nó khó khăn hơn (và ở mức cao COHb hầu như không thể) cho O2 được tái sử dụng, giải phóng từ hemoglobin vào tế bào.
  • Kết hợp với myoglobin: làm suy yếu sự phân bố O2 đến cơ tim và xương.

Nói tóm lại như sau: Khi đi vào cơ thể, khí CO cạnh tranh với oxy để kết hợp với hemoglobin trong máu tạo thành cacboxy hemobglobin (HbCO). Chất này ngăn chặn khả năng giải phóng oxy trong tế bào, làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu. Khi hít phải khí này, con người sẽ bị thiếu oxy, nhức đầu, nôn mửa, mệt mỏi và dẫn đến tử vong.

Sự suy giảm oxy

Chúng ta không thể đánh giá vai trò của sự suy giảm O2 từ các phép đo mẫu máu của nạn nhân trong vụ cháy. Quá nhiều yếu tố liên quan trước lúc chết, hi vọng việc phân tích máu động mạch có thể phản ánh hàm lượng O2 của khói lửa.

Bình thường người lớn có khoảng 1 lít oxy trong máu và 600 ml oxy trong không khí phế nang. Số lượng sử dụng lúc nghỉ ngơi là khoảng 0,25 đến 0,3 lít / phút và lên đến 3,0 lít / phút ở tập thể dục tối đa. Trong khi giảm O2 từ 20,9% ở bình thường xuống 10% sẽ có một số hiệu ứng không hiệu quả, hàng loạt tác động sẽ xảy ra dưới 7%.

Nồng độ thấp (và xuống gần 0%) có thể xuất hiện trong đám cháy khi khói thoát ra từ ngọn lửa. Nhiệt gần ngọn lửa cũng là một mối đe dọa tiềm ẩn. Khi khói cuốn đi và pha loãng, nhiệt bị mất và có bổ sung O2. Như vậy, mối quan tâm chính của sự suy giảm O2 là khả năng các chất phụ gia có thể hoặc kết hợp với các loại khí cháy khác. Do vậy, khi hàm lượng O2 thấp và nhiệt có thể dẫn đến tử vong.

Đối với cyanide

Hai cơ chế đã được xác định cho các hiệu ứng tàn phá và gây tử vong của cyanide. Chúng có thể được tóm tắt như sau:

  • Gắn với cytochrome oxidase ở cấp độ ty thể, ngăn ngừa O2 được các tế bào sử dụng. Sự hấp thụ oxy giảm khi hít phải HCN đã được chứng minh trực tiếp trên chuột lang nhà.
  • Kích thích tần số hô hấp (thở nhanh), ngay sau đó là sự hấp thụ O2 giảm kéo dài cho đến khi co giật, ngừng hô hấp và tử vong đã được chứng minh trong khi hít HCN ở chuột và khỉ.

Loại cyanide này hiện nay đã được tìm thấy trong những nạn nhân ngạt khói. Tuy nhiên, những cơ chế này cần được nghiên cứu thực nghiệm trên người vì khả năng hấp thu, phân bố, chuyển hóa, và bài tiết cyanide phức tạp hơn nhiều so với CO, và có rất ít trong các tài liệu hướng dẫn những khía cạnh này trong hoặc sau khi hít phải cyanide.

Đối với HCl

HCl được thải ra từ polyvinyl clorua (PVC) dưới dạng khói trắng dày đặc và theo sau đó là mật độ dày đặc khói đen (có hàm lượng CO rất cao) ở nhiệt độ cao. Các mối đe dọa trước mắt là tầm nhìn bằng không, gây kích ứng và ăn mòn cao của HCl.

Người ta sử dụng các con chuột lang là mô hình thích hợp nhất để sử dụng nghiên cứu ảnh hưởng của HCl bởi vì động vật này, như con người, được biết là phát triển thành thanh quản và co thắt phế quản dẫn đến ngạt thở. Người ta cho chúng phơi nhiễm với HCl khi nghỉ ngơi và vận động vừa phải.

Kết quả là thất bại đã xảy ra rất nhanh (60 giây) ở 600 ppm trong khi vận động theo sau là tử vong do ngộp thở. Vì vậy, HCl có sức mạnh hơn nhiều và là một hóa chất có khả năng tiêu hao nhanh hơn CO nhưng có ít hiệu lực hơn HCN. Vai trò của nó trong các vụ cháy là không thể để xác định từ các mẫu máu hoặc mô từ nạn nhân.

Thay vào đó, bởi vì một số khí này có thể bám trên bề mặt, những mẫu bồ hóng có thể được thu thập trên bề mặt sạch, và phân tích clorua có thể được sử dụng để chỉ ra sự có mặt của nó trong khói lửa. Ngoài ra, một loạt các kim loại như antimon, kẽm, vv có thể được thêm vào công thức PVC. Vì vậy, việc phân tích kim loại cũng cho chúng ta biết thêm thành phần của nhựa PVC.

Đối với khí CO2

Đây là chất gây nên hiệu ứng nhà kính. Khí này sẽ gây độc tuy theo hàm lượng của chúng. Mức độ ảnh hưởng của CO2 lên cơ thể con người có thể biến đổi từ nhức đầu, xây ẩm, run rẩy, cảm giác kim chích, khó thở, đồ mồ hôi, tăng nhịp, tăng huyết áp và dẫn đến bất tỉnh.

Đối với các nitric oxide

Ở liều cao sẽ gây hại cho hệ mạch máu. Người mang thai khi hít phải khí này thường xuyên sẽ gây dị dạng thai nhi, biến đổi DNA và các bệnh đa xơ cứng.

Đối với Sulfur dioxide: Sẽ gây rối loạn hô hấp cho người.

Đối với các phần tử cực nhỏ: Các thành phần này sẽ gây tổn hại mô phổi và phát triển thành một số dạng ung thư.

Các hợp chất hydrocarbon đa vòng: Sẽ gây tổn hại lên da và hệ tự miễn của cơ thể.

Trên đây là một vài kiến thức tổng quan về các loại khí độc sản sinh ra trong các vụ cháy. Nếu bạn phơi nhiễm với chúng lâu và không có biện pháp an toàn để bảo vệ thì sẽ rất nguy hiểm khi có vụ cháy xảy ra đấy các bạn. Nhớ lưu ý các bước bảo vệ và thoát khỏi vụ cháy càng nhanh càng tốt nhé!

Hi vọng bài viết sẽ giúp ích cho các bạn phần nào. Hãy bảo vệ chính bạn và những người thân nhé! “Đừng chết vì thiếu hiểu biết hay ý thức kém”.

Tham khảo msu.edu, Baomoi, Webmd, C&EN và Doi: 10.1080/20024091064246.

Leave a Reply