Savu on tavallisimminorgaanisen aineen epätäydellisenpalamisen yhteydessä syntyvä seos,aerosoli, jossa palamisessa syntyneisiinkaasuihin on hienojakoisesti sekoittunut erilaisia kiinteitä hiukkasia ja usein myös nestepisaroita. Usein se on palamisen ei-toivottu sivutuote, mutta sitä voidaan myös hyödyntää esimerkiksi tuhoeläinten torjunnassa, yhteydenpidossa (savumerkit), puolustuksessa, ruoanlaitossa (savustus) sekä nautintoaineena (tupakointi).
Erilaistenpolttoaineiden palamiseen perustuvissalämmityslaitteissa,teollisuudessa javoimaloissa syntyvä savu johdetaan yleensäsavupiipun kautta ulos. Tulipalojen yhteydessä kuolonuhreja ei niinkään aiheuta tuli vaan savu. Savu tappaa kuumuutensa, myrkyllisyytensä (muun muassahiilimonoksidi eli häkä) ja tukahduttavan vaikutuksensa vuoksi.
Savun kemiallinen koostumus riippuu sekä palavasta aineesta että palamisolosuhteista.
Kunorgaaninen aine palaa korkeassa lämpötilassa jahappea on runsaasti, syntyy vain vähän näkyvää savua. Se koostuu pääasiassa samoista palamattomista aineksista, joita on myöstuhkassa, sekävesihöyrystä ympäröivässä viileämmässä ilmassa tiivistyvistä pienistä vesipisaroista. Mikäli palava aine ei sisällä muita alkuaineita kuinhiiltä javetyä sekä mahdollisesti jonkin verran happea, sen täydellisessä palamisessa siitä syntyykin ainoastaanhiilidioksidia ja vesihöyryä,[1] molemmat kaasumaisessa muodossa. Lisäksi syntyy yleensä jonkin verran myöstypen oksideja, vaikka palava aine ei sisältäisikääntyppeä, sillä myös ilman typpi ja happi reagoivat korkeassa lämpötilassa keskenään.[2]
Jos palava aine sisältää muitakin alkuaineita, savu sisältää muitakin yhdisteitä, erityisesti näiden alkuaineiden oksideja. Niistäkin esimerkiksirikin palaessa syntyvärikkidioksidi on kaasu, monet muut sen sijaan kiinteitä aineita.
Käytännössä palaminen jää kuitenkin aina epätäydelliseksi. Tällöin syntyvä savu jasavukaasut sisältävät suuren joukon muitakin yhdisteitä, joista monet ovat myrkyllisiä.[1] Osa niistä voi olla samoja, joita palavassa aineessa oli jo ennen palamista, osa niistä syntyy suurimolekyylisten aineiden hajotessa kuumuudessa ja ne ovat samoja, joita syntyy myöspyrolyysissä eli kuumennettaessa ainetta hapettomassa tilassa, kun taas osa syntyy joidenkin hajoamisessa syntyneiden aineiden osittaisessahapettumisessa.
Hiilen osittaisessa hapettuessa syntyyhiilimonoksidia eli häkää.Typpeä sisältävistä aineista voi niiden epätäydellisessä palamisessa syntyä typpikaasun ja typen oksidien ohella myösammoniakkia javetysyanidia.[3] Vastaavasti rikkipitoisista aineista voi syntyä rikkidioksidin ohella myösrikkivetyä.[4] Osa palavan aineen sisältämästä vedystä voi myös levitä ympäristöön vetykaasuna vesihöyryn sijasta.[3]
Monimutkaisten orgaanisten aineiden hajotessa kuumuudessa epätäydellisen palamisen taipyrolyysin yhteydessä syntyy myös moniahiilivetyjä, sekäalifaattisia kutenmetaania,etaania taiasetyleenia sekäaromaattisia hiilivetyjä kutenbentseeniä ja sen johdannaisia samoin kuinbentso(a)pyreeniä. Myösheterosyklisiä yhdisteitä voi syntyä. Raskaat hiilivedyt voivat tiivistyätervaksi. Jos sitä on savussa merkittävästi, se on väriltään keltaista tai ruskaa. Sellaisen savun, noen tai ruskeiden öljymäisten palamistuotteiden esiintyminen voi olla vaarallista, sillä nämä voivat vielä palaa ja niiden pitoisuus ilmassa voi nousta niin suureksi, että ne alkavat kipinöidä.
Orgaanisten aineiden epätäydellisessä palamisessa syntyvän savun sisältämistä kiinteistä hiukkasista suuri osa on yleensänokea, joka on palamatta jäänyttähiiltä. Lisäksi savu sisältää tiivistynyttätervaa jatuhkan aineksia, pääasiassapiidioksidia jakalsiumoksidia. Mikäli palava aine sisältäämetalleja, syntyy myös metallioksideja pieninä hiukkasina. Epäorgaanistensuolojen hiukkasia voi myös muodostua, esimerkiksiammoniumsulfaattia,ammoniumnitraattia tainatriumkloridia. Mikäli tällaisia suoloja on nokipisaroiden pinnalla, ne voivat tullahydrofiilisiksi. Myös monet orgaaniset yhdisteet, etenkinaromaattiset hiilivedyt voivat sitoutua kiinteiden hiukkasten pinnalle.Magneettisiakin hiukkasia, jotka tavallisimmin ovatmagnetiitin kaltaisiarautaoksideja, esiintyykivihiilen savussa, ja niiden yleistyminen vuoden 1860 jälkeen muodostuneissa kerrostumissa on selvä osoitusteollisen vallankumouksen vaikutuksista,[7] joskin samanlaisia hiukkasia voi syntyä myös ilmakehässä palaneistameteoriiteista.[8]Polttomoottorien savu saattaa sisältää myös metallin hankautumisesta syntyneitä pieniä metallihiukkasia.Silikonien palaessa syntyvä savu sisältää myösamorfista piidioksidia, ja jos happea ei ole riittävästi, jonkin verran myöspiinitridiä. Piidioksidihiukkaset ovat läpimitaltaan noin 10 nm, mutta ne voivat liittyä toisiinsa suuremmiksi hiukkasiksi ja ketjuiksi.[9]
Savun kiinteiden hiukkasten läpimitta vaihtelee muutamastananometristämikrometreihin. Suurin osa niistä on läpimitaltaan mikrometrien luokkaa. Ne laskeutuvat pian maan pinnalle, ja sen vuoksi ne vahingot, joita savu saa aikaan kaukana syntymäpaikaltaan, ovat enimmäkseen pienimpien hiukkasten aiheuttamia.[10]
Paljain silmin näkymättömien pienhiukkasten muodostama aerosoli on usein ensimmäinen merkki siitä, että aine on syttymässä tuleen.[9]
Vetypitoisten aineiden palaessa syntyvä savu sisältää vesihöyryä, joka voi tiivistyä pieniksi vesipisaroiksi. Mikäli läsnä ei ole värillisiä aineita kuten typen oksidia tai pienhiukkasia, tällainen savu on valkoista japilvimäistä.
Jotkut savun ainekset ovat tyypillisiä tiettyjä aineita poltettaessa syntyvälle savulle.Guaiakoli ja sen johdannaiset syntyvätligniinin pyrolyysissä, ja niitä on puun savussa, samoin kuinsyringolia ja sen johdannaisia sekämetoksifenoleja.Reteeniä syntyyhavupuiden pyrolyysissä, ja sen esiintymisestä ilmassa voidaan havaita kaukaisetkinmetsäpalot.Levuglukosaani onselluloosan hajoamistuote. Lehti- ja havupuiden palaessa muodostuvat savut eroavat toisissaan siinä, missä suhteessa ne sisältävät guaiakoleja ja syringoleja.Moottoriajoneuvojenpakokaasut sisältävät muun muassapolysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä,hopaaneja jasteraaneja. Hopaanien ja steraanien suhdetta vapaana alkuaineena esiintyvään hiileen voidaan käyttää erottamaan toisistaan bensiini- ja dieselmoottorien päästöt.[11]
Pienhiukkaset voivat sitoa itseensä monia muitakin yhdisteitä, jotka jokoadsorboituvat niiden pinnalle tai liukenevat pieniin nestehiukkasiin.Vetykloridi absorboituu helposti nokihiukkasiin.[10]
Kemiallisesti passiiviset ja palamattomatkin aineet voivat tulen läheisyydessä levitä savun mukana ympäristöön. Erityisenä huolenaiheena tässä suhteessa onasbesti.
Polymeerit ovat monien savussa esiintyvien aineiden merkittävä lähde. Aromaattiset sivuryhmät, joita on esimerkiksipolystyreenissä, kehittävät runsaasti savua. Jos aromaattinen ryhmä on polymeerin rungossa, savua syntyy vähemmän, mikä johtuu aineen hiiltymisestä. Alifaattisista polymeereistä syntyy yleensä vähiten savua, ellei läsnä ole muita aineita.Fosforia jahalogeeneja sisältävätpalonestoaineet vähentävät savun muodostumista. Samanlainen vaikutus on myös polymeerin ketjujen sitoutumisella toisiinsa.[12]
Hiukkasten koosta riippuen savu on voi olla paljain silmin näkyvää tai näkymätöntä. Tämän havaitsee erityisen selvästi, kunleipää paahdetaanleivänpaahtimella. Kun leipä kuumenee, syntyvät hiukkaset tulevat yhä suuremmiksi. Alkuvaiheessa syntyy vain niin pieniä hiukkasia, ettei niitä näe, mutta ne tulevat näkyviksi, jos leipä syttyy palamaan tai jäähtyy nopeasti.
Tulipalossa syntyvä savu sisältää satoja kemiallisia yhdisteitä. Sen vuoksi savun aiheuttava vahinko on usein suurempi kuin itse tulen ja kuumuuden. Savun hajusta on usein vielä vaikeampi päästä eroon kuin poistaa savun aiheuttamat tahrat. Samoin kuin on olemassa urakoitsijoita, jotka ovat erikoistuneet jälleenrakentamaan tai kunnostamaan asuintaloja tulipalon ja savun jäljiltä, on myös yrityksiä, jotka kunnostavat tulipaloissa vahingoittuneita teollisuusrakennuksia.
Jos palaminen on tapahtunut riittämättömässä hapessa, syntyvä savu sisältää merkittävässä määrin palavia aineita. Savupilvi voikin syttyä joutuessaan kosketuksiin ilmakehän hapen kanssa, minkä voi saada aikaan joko toinen lähellä oleva avotuli tai sen oma korkea lämpötila. Tämä ilmenee kipinöimisenä. Sisäänhengitettynä savu voi myös aiheuttaa vakavia terveyshaittoja tai kuoleman.
Monet savun aineet ovat hyvin myrkyllisiä tai ärsyttäviä. Vaarallisin onhiilimonoksidi, joka aiheuttaa häkämyrkytyksen, mitä joskus saattaa vielä vakavoittaavetysyanidin taifosgeenin esiintyminen. Savun hengittäminen voi sen vuoksi nopeasti johtaa lamaantumiseen ja tajunnan menetykseen. Rikkioksidit, vetykloridi ja vetyfluoridi muodostavat kosteassa ilmassarikkihappoa,suolahappoa jafluorivetyhappoa, jotka syövyttävät sekäkeuhkoja että monia materiaaleja. Nukkuessaan ihminen ei aisti savua, mutta ihminen herää, jos sitä kertyy keuhkoihin tietty määrä. Näin ei kuitenkaan välttämättä tapahdu, jos ihminen on lamaantunut taikka alkoholin tai huumeiden vaikutuksen alaisena.
Savu voi heikentää näkyvyyttä. Itse asiassa savun heikentämä näkyvyys olikin syynä siihen, miksi palomiehet eivät kyenneet evakuoimaan erästäWorcesterissa,Massachusettsissa vuonna 1999 palanutta varastorakennusta ajoissa. Koska sen eri kerrokset olivat varsin samankaltaiset, paksu savu sai aikaan, etteivät he kyenneet tunnistamaan eri kerroksia toisistaan.[13]
Savu sisältää suuren joukon kemiallisia aineita, joista monet ovat syövyttäviä. Esimerkkejä ovatvetykloridi javetybromidi, joita syntyyhalogeeneja sisältävistämuoveista japalonestoaineista,rikkipitoisten aineiden palaessa syntyvärikkihappo, korkeissa lämpötiloissa syntyvättypen oksidit, jotka voivat muodostaatyppihappoa,fosforihappo ja eräätantimonin yhdisteet. Niiden aiheuttamakorroosio ei yleensä rakennusaineissa ole merkittävä, mutta pieniä osasia sisältäviin, varsinkinmikroelektronisiin laitteisiin ne vaikuttavat herkästi. Savun syövyttävät aineet voivat esimerkiksi tuhotapiirilevyn joko välittömästi tai vähitellen. Monet savun ainekset myösjohtavat sähköä, ja täten ne voivat saada aikaanoikosulkuja. Myöskatkaisijat voivat vioittua joko pintojen syöpymisen vuoksi tai koska niissä olevien eristeiden pinnalle kertyy nokea tai muuta sähköä johtavaa ainetta.
Savun korroosiovaikutusta kuvaakorroosioindeksi (CI), joka määritellään materiaalin ohenemisena sen syöpyessä,ångströmeinä minuutissa, jaettuna kaasumaisten aineiden pitoisuudella ilmassa, grammoina kuutiometriä kohti. Se mitataan asettamalla metalliliuskoja alttiiksi savukaasuille koetunnelissa. Suurin korroosioindeksi on vetyä ja halogeeneja sisältävillä polymeereillä kutenpolyvinyylikloridilla japolyolefiineilla, koska syövyttäviä happoja syntyy suoraan niiden palaessa. Sitä vastoin polymeereillä, jotka sisältävät halogeenia mutta ei vetyä, esimerkiksipolytetrafluorietyleenillä, on pienempi korroosioindeksi, koska happoja syntyy vasta niiden palamistuotteiden reagoidessa ilman kosteuden kanssa. Kaikkein alhaisin korroosioindeksi on yleensä aineilla, jotka eivät sisällä halogeeneja.[10]Kuitenkin myös joistakin halogeenittomista aineista syntyy niiden palaessa muita merkittäviä syövyttäviä aineita.[14]
Vahinko, jonka savu aiheuttaa elektronisille laitteille, saattaa olla merkittävästi suurempi kuin itse palo.Kaapelien palot ovat erityisenä huolen aiheena; vähäsavuiset halogeenittomat aineet ovatkin suositeltavia kaapelien eristeaineiksi.
Kun minkä tahansa aineen tai esineen pinta joutuu kosketuksiin savun kanssa, siihen siirtyy savun aineksia. Niiden aiheuttama korroosio voi hajottaa esineen nopeastikin. Joskus savun ainekset absorboituvat sen kanssa kosketukseen joutuvaan esineeseen tai aineeseen, esimerkiksi vaatteisiin, vesijohtoihin tai puutavaraan, minkä vuoksi ne joudutaan useimmiten vaihtamaan uuteen.
Jo 1400-luvullaLeonardo da Vinci kirjoitti laajasti siitä, miten vaikeaa on arvioida savun määrää. Hän myös teki eron hiiltyneiden hiukkasten muodostamanmustan savun javalkoisen "savun" välille, joista jälkimmäinen ei itse asiassa ole savua lainkaan vaan koostuu vaarattomista vesipisaroista.[15]
Lämmityslaitteista tulevaa savua voidaan mitata seuraavin keinoin:
suora imeytys. Savunäyte imeytetään suodattimeen, joka punnitaan ennen koetta ja sen jälkeen; saatujen tulosten erotus osoittaa savun massan. Tämä on yksinkertaisin ja todennäköisesti tarkin menetelmä, mutta sitä voidaan käyttää vain, kun ilman savupitoisuus on pieni ja suodatin voidaan nopeasti sulkea.[16]
suodatin- ja laimennustunneli. Savunäyte johdetaan putken läpi, jossa se laimentuu ilmaan. Tuloksena saatu savun ja ilman seos johdetaan suodattimen läpi ja punnitaan. Tämä on kansainvälisesti tunnustettu menetelmä palamisesta syntyvän savun mittaamiseksi.[17]
sähköstaattinen presipitaatio: Savu johdetaan metalliputkien muodostaman ruudukon läpi, johon on ripustettu johtimia. Putket ja johtimet kytketään korkeaanjännitteeseen niin, että savun hiukkaset saavatsähkövarauksen ja putkien reunat vetävät niitä puoleensa. Menetelmä voi antaa liian korkean tuloksen, jos ilmassa on myös muitakin hiukkasia kuin savua, tai liian matalan tuloksen savun eristävän vaikutuksen vuoksi. Tämä on kuitenkin välttämätön menetelmä mitattaessa niin suuria savumääriä, ettei niitä voida johtaa suodattimen läpi, esimerkiksibitumipitoisen kivihiilen savua mitattaessa.
Ringelmannin asteikko on savun värin mittausmenetelmä. sen keksi professoriMaximilian Ringelmann Pariisissa vuonna 1888. Kyseessä on kortti, jossa on valkoisia, mustia ja eri tummuusasteikon harmaita ruutuja, ja sitä verrataan arvioitavan savun tummuuteen. Tulos riippuu suuresti valaistusolosuhteista ja havaitsijan taitavuudesta. Asteikko ulottuu arvosta 0 (valkoinen) arvoon 5 (musta), ja se riippuu vain osittain savun todellisesta määrästä. Kuitenkin Ringelmannin asteikko on yksinkertaisuutensa vuoksi otettu standardiksi monissa maissa.
optinen sironta: valokiila johdetaan savun läpi. Valaistusmittari sijoitetaan tiettyyn kulmaan, tavallisesti 90°, valonlähteen kanssa, niin että siihen osuu vain hiukkasista heijastunutta valoa. Mittariin osuu sitä enemmän valoa, mitä enemmän ilmassa on savuhiukkasia.
optinen himmennys: valonsäde kulkee savun läpi, ja sen toisella puolella on valaistusmittari. Mitä enemmän valonlähteen ja mittarin välissä on savua, sitä vähemmän mittariin osuu valoa.
yhdistetty optinen menetelmä. On useita optisia savun mittauslaitteita kutennefelometri jaetalometri, jotka käyttävä useita optisia menetelmiä, myös useampaa kuin yhtä valonaallonpituutta. Niissä käytetään algoritmia, jolla tuloksista voidaan johtaa hyvä arvio savun määrälle.
hiilimonoksidin mittaukset. Koska savu on epätäydellisesti palanutta polttoainetta ja hiilimonoksidi epätäydellisesti palanutta hiiltä, on jo kauan sitten päätelty, että virtaavan kaasun hiilimonoksidipitoisuuden mittaus, joka on halpa, yksinkertainen ja tarkka toimenpide, antaa hyvän arvion myös savun määrästä. Itse asiassa CO:n mittauksia käytetäänkin eräissä maissa lakisääteisesti savun seurantaan. Ei kuitenkaan ole lainkaan selvää, kuinka tarkka vastaavuus on.
Koko kirjoitetun historian ajan on eräidenlääkekasvien savua käytetty sairauksien parantamiseen. EräsPersepoliista löydetty veistos esittääDareios Suurta (522–486 eaa.),Persian kuningasta edessään kaksi suitsutusastiaa, jossa poltettiinpilviharmikkia (Peganum harmala) jasantelipuuta, joiden uskottiin suojaavan kuningasta taudeilta. Yli 300 kasvia viidestä maanosasta on käytetty savun tuottamiseksi eri tauteja varten. Lääkeaineiden annostelukeinona tämä on helppo ja halpa, mutta hyvin tehokas keino tuottaa hiukkasia, jotka sisältävät vaikuttavaa ainetta. Vielä tärkeämpi merkitys on sillä, että savussa hiukkasten koko tulee mikroskooppisiksi, jolloin ne imeytyvät helpommin.[18]
↑abJames D. Mauseth: Botany: An Introduction to Plant Biology. Burlington, Massachusetts: Jones & Barlett Learning, 1991. ISBN 9780030938931Teoksen verkkoversio.
↑abcM. A. Reuter, U. M. Boin, A. van Schaik, E. Verhoef, K. Heiskanen, Yonxiang Yang, G. Gergalli: The Metrics of Material and Metal Ecology. Amsterdam: Elsevier, 2005. ISBN 9780080457925Teoksen verkkoversio.
↑Nancy Caroline's Emergency Care in the Streets, Canadian Edition, s. 20-28. Burlington, Massachusetts: Jones & Bartlett Learning. ISBN 9781284053845Teoksen verkkoversio.
↑abNational Research Council (U.S.).: 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, s. 107-. National Academies, 1978. NAP:15488 Teoksen verkkoversio.
↑D. W. van Krevelen, Klaas te Nijenhuis: Properties of Polymers: Their Correlation with Chemical Structure; Their Numerical Estimation and Prediction from Additive Group Contributions, s. 864. Elsevier, 2009. ISBN 0-08-054819-9Teoksen verkkoversio.
↑Ronald C. lasky, Ronald Lasky, Ulf L. Österberg, Daniel P. Stigliani: Optoelectronics for data communication. Academic Press, 1995. ISBN 0-12-437160-4Teoksen verkkoversio.
