miniatura|Fum per espantar les abelles (bee smoker) El fum és un sistema dispers d'un gas en el qual hi ha partícules sòlides. La mida d'aquestes partícules oscil·la entre 0,005 i 0,01 μm. És un subproducte obtingut de la piròlisi o de la combustió incompleta de focs, brases, espelmes, xemeneies, motors de gasoli, etc.).
Aquestes substàncies són diferents segons el foc, el material cremat i l'ambient. En igualtat de condicions alguns materials emeten més fum que altres. Tot i que cada material emet un fum diferent, quant a color i densitat, de vegades és difícil saber el que s'està cremant, però ens pot orientar. Els colors que pot adoptar són:
Fum blanc: es dona per la combustió de materials vegetals. Fum groc: és produït per substàncies químiques que contenen sofre, àcid clorhídric o àcid nítric. Fum gris: s'emet per materials compostos per cel·lulosa o fibres artificials. Fum negre clar: és produït per la combustió del cautxú. Fum negre fosc: el produeixen els plàstics, petroli i materials acrílics.
Una altra classificació que podem fer del fum és si es crema o no en presència d'oxigen. El fum blanc normalment es produeix en incendis amb alt contingut d'oxigen mentre que el fum negre es dona en incendis amb falta d'oxigen.
La inhalació de fum és una de les principals causes d'asfíxia i mort de les víctimes d'un incendi. El fum mata per intoxicació, ja que molts dels seus components són tòxics i/o irritants, com és el cas del monòxid de carboni. Conté també altres partícules cancerígenes, que a la llarga poden provocar càncer.
Fonts El fum prové de la combustió incompleta. Idealment, els combustibles es cremen amb oxigen donant diòxid de carboni i aigua en un procés ràpid, però a la realitat el procés és molt més complex. Aquest procés és una combinació de piròlisi i combustió. La piròlisi és el procés pel qual s'absorbeix calor per a convertir components del combustible a diòxid de carboni, monòxid de carboni, vapor d'aigua, vapors i gasos d'hidrocarburs molt combustibles. En aquest procés també es dona formació de matèria en partícules sòlides i la formació de l'hulla. Amb el despreniment de gasos i vapors d'hidrocarburs comença la combustió on es produeix la flama. Com que els combustibles no són purs, juntament amb la combustió dels vapors, s'alliberen altres substàncies i partícules. Tot aquest conjunt forma el fum.
Composició i propietats Les partícules visibles del fum estan compostes principalment de carboni (sutge). Altres partícules poden estan constituïdes per gotes de quitrà condensat o per partícules sòlides de cendra. Però, poden haver presents moltes altres espècies, ja que la composició del fum depèn de la naturalesa del combustible i de les condicions de la combustió. Depenent de la mida de les partícules, el fum pot ser visible o invisible a simple vista. El principal material que compon el fum són les partícules grans, encara que els principals danys són causats per la inhalació de les partícules petites.
Els focs amb una elevada disponibilitat d'oxigen cremen a temperatures altes i produeixen poca quantitat de fum. Les partícules que es generen es componen sobretot de cendra i d'aerosol condensat d'aigua. Però, els incendis amb poc contingut d'oxigen produeixen una àmplia gamma de compostos, molts d'ells tòxics. El carboni i l'hidrogen són oxidats completament a diòxid de carboni i aigua, tot i que es pot produir hidrogen gas en comptes d'aquest últim. En canvi, l'oxidació parcial del carboni produeix monòxid de carboni, i els materials que contenen nitrogen poden produir cianur d'hidrogen, amoníac i òxids de nitrogen.
La piròlisi de materials, especialment la combustió incompleta o el cremat sense un subministrament d'oxigen adequat, també produeix una gran quantitat d'hidrocarburs, tant alifàtics (metà, età, etilè, acetilè) com aromàtics (benzè i els seus derivats, hidrocarburs aromàtics policíclics) i terpens. També poden estar presents compostos heterocíclics, i els hidrocarburs més pesats es poden condensar a quitrà. El fum amb un elevat contingut de quitrà és d'un color groc marronós. La presència de molt de fum, sutge i/o dipòsits greixosos marrons durant un incendi indiquen una situació perillosa, ja que l'atmosfera pot estar saturada amb productes combustibles de la piròlisi amb una concentració per sobre del límit superior d'inflamabilitat i pot tenir lloc una explosió de fums o un flashover a causa d'una irrupció sobtada d'aire.
La presència de sulfurs en el combustible pot provocar la formació de diòxid de sofre o, si la combustió és incompleta, sulfur d'hidrogen. També es poden generar altres compostos sulfurats com sulfur de carbonil, disulfur de carboni i tiols; especialment els tiols tendeixen a quedar adsorbits sobre la superfície de partícules i produeixen una olor persistent, encara un cop s'ha apagat el foc. L'oxidació parcial d'hidrocarburs lliures condueix a la formació de molts altres productes: aldehids (formaldehid, acroleïna, furfural), cetones, alcohols (fenol, guaiacol, siringol, catecol, cresols) i àcids carboxílics (fòrmic, àcid acètic).
El contingut d'halògens (clorur de polivinil o retardants bromats per a la flama) poden conduir a la producció de clorur d'hidrogen, fosgen, dioxina, clorometà, bromometà i altres haloalcans. El fluorur d'hidrogen es pot formar a partir dels fluoroalcans http://www.smoke.com i els òxids de fòsfor i antimoni es poden formar a partir d'alguns additius retardants del foc, cosa que augmenta la toxicitat del fum i la corrosivitat. La piròlisi dels bifenils policlorats (PCB) provinents, per exemple, del cremat de l'oli d'un transformador, pot produir 2,3,7,8-tetraclorodibenzodioxina, un potent carcinogen, i altres dibenzodioxines policlorades. La piròlisi de fluoropolímers, com per exemple el tefló, en presència d'oxigen formen fluorur de carbonil (que hidrolitza fàcilment a HF i CO₂); també es poden formar altres compostos, com per exemple tetrafluorur de carboni, hexafluoropropilè i perfluoroisobutè (PFIB), que és molt tòxic.National Research Council (U.S.). Task Force on Flammability, Smoke, Toxicity, and Corrosive Gases of Electric Cable Materials (1978). Flammability, smoke, toxicity, and corrosive gases of electric cable materials: report of the Task Force on Flammability, Smoke, Toxicity, and Corrosive Gases of Electric Cable Materials, National Materials Advisory Board, Commission on Sociotechnical Systems, National Research Council. National Academies. p. 107–. NAP:15488. Retrieved 14 June 2012.
miniatura|Emissió de sutge d'un camió dièsel que no utilitza filtres de partícules.
Els òxids de metalls també poden estar presents en el fum quan el combustible que es crema els conté. Un exemple són els coets, que contenen alumini, i els projectils d'urani, que després d'impactar s'encenen i produeixen partícules d'òxids d'urani. S'ha trobat la presència d'esferes de magnetita (òxid fèrric ferrós principalment) en el fum del carbó; el seu creixement després del 1860 va marcar el començament de la Revolució Industrial. També es poden produir nanopartícules d'òxids de ferro magnètiques en el fum provinent del cremat dels meteorits a l'atmosfera. Les partícules de sals inorgàniques poden estar formades per sulfat d'amoni, nitrat d'amoni o clorur de sodi. Si aquestes sals inorgàniques s'adsorbeixen a la superfície de les partícules de sutge les tornen hidròfiles.
Les cendres volants, de diàmetre petit, es componen principalment de sílice i d'òxid de calci. Les cenospheres estan presents en el fum dels combustibles d'hidrocarburs líquids, mentre que en els fums dels motors es poden trobar diminutes partícules de metalls produïdes per abrasió. Si el combustible conté traces d'urani, tori o altres radionúclids, el fum contindrà partícules radioactives, així com partícules calentes poden estar presents en el cas d'incendis durant els accidents nuclears (desastre de Txernòbil) o guerres nuclears.
Es poden classificar les partícules del fum segons la seva mida:
Nuclei mode, amb una mitjana geomètrica del radi entre 2,5-20 nm. Es formen per condensació de restes de carboni.
Acumulation mode, tenen un radi que oscil·la entre 75-250 nm i es formen per coagulació de partícules.
Coarse mode, són partícules amb un radi de l'ordre de micròmetres.
La majoria del material que compon el fum pertany a aquest últim tipus de partícules, que són les que tenen el diàmetre major. Aquestes cauen ràpidament a causa del seu pes, encara que els danys que causen el fum a les àrees llunyanes del focus de l'incendi estan mediats principalment per les partícules més petites.James E. Mark (2006). corrosion&f=false Physical properties of polymers handbook. Springer.
La combustió d'un combustible ric en hidrogen produeix aigua, cosa que fa que el fum resultant contingui vapor d'aigua i sigui de color blanc. Per tant, en absència d'altres substàncies (òxids de nitrogen, partícules...) el fum és blanc, semblant a un núvol.
Però, les emissions de fum poden contenir traces d'altres elements. El vanadi està present en les emissions de les plantes d'energia de petroli i refineries. Les plantes oleaginoses també emeten una mica de níquel. La combustió del carbó produeix emissions que contenen alumini, arsènic, crom, cobalt, coure, ferro, mercuri, seleni i urani, mentre que les traces de vanadi en els productes de combustió d'alta temperatura formen gotes de vanadats foses. Aquests ataquen les capes de passivació de metalls i causen la corrosió a alta temperatura, la qual cosa suposa una preocupació especialment en els motors de combustió interna. Els sulfats fosos i les partícules de plom tenen també aquest efecte.
Alguns components del fum són característics de la font de combustió. El fum provinent del cremat de la fusta sovint conté una gran quantitat d'aire sense reaccionar, diòxid de carboni i aigua. Conté també una gran varietat d'espores de floridures i VOCs (compostos orgànics volàtils). Els principals aldehids que es troben en el fum de fusta inclouen el formaldehid, l'acroleïna, el propionaldehid, el butiraldehid, l'acetaldehid i el furfural. http://chemistry.about.com/od/firecombustionchemistry/a/Smoke-Chemistry.htm També es troben benzens d'alquil, com el toluè. El guaiacol (2-metoxifenol) i els seus derivats són els productes de la piròlisis de la lignina i, per tant, també són característics del fum de fusta. Altres components són el siringol (1,3-dimetoxi-2-hidroxibenzè) i els seus derivats i altres fenols metoxi.Reference: 1993 EPA Report, A Summary of the Emissions Characterization and Noncancer Respiratory Effects of Wood Smoke, EPA-453/R-93-036 El retene és un producte de la piròlisi dels arbres de coníferes, i és un indicador dels incendis forestals. I el levoglucosano és un producte de la piròlisi de la cel·lulosa. Els fums dels vehicles contenen nombrosos hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs), hopans (un triterpè), esterans i nitroarens (nitro hidrocarburs aromàtics) específics (per exemple 1-nitropirè). Sovint, la relació d'hopans i esterans es pot utilitzar per a distingir entre les emissions de motors de gasolina i de diesel.
miniatura|Fum d'un incendi forestal
Molts compostos es troben adsorbits a la superfície de partícules o dissolts en gotes de líquid. Molts compostos orgànics, típicament els hidrocarburs aromàtics, poden ser adsorbits sobre la superfície de partícules sòlides, així com alguns compostos inorgànics com per exemple el clorur d'hidrogen, que s'adsorbeix bé a les partícules de sutge. A més, el fum pot arrossegar partícules de matèria inerta. Les partícules d'amiant són un exemple d'elles, i aquestes són de particular preocupació.