연소란 무엇이고 연소가 일어나기 위해 필요한 요소는 어떤 것들이 있을까요?

화재와 연소는 종종 교차적으로 사용되는 용어입니다.
화재는 연소의 한 형태이고, 연소는 자체의 지속적인 화학반응으로 동일한 형태의 반응을 일으키는 에너지와 생성물을 생성합니다. 즉, 연소는 열을 발산하는 발열반응입니다. 

연소의 한 형태인 화재는 변화하는 강도의 열, 그리고 빛의 방출을 수반하여 자체적으로 급격하고 지속적인 산화 과정입니다. 반응이 일어나는 데 걸리는 시간이 관찰되는 반응의 형태를 결정합니다. 
좀 더 자세히 설명해 보도록 하겠습니다. 
산화 과정이 너무 느리게 일어나게 되면 이때의 반응은 몹시 점진적으로 이루어져 관찰할 수가 없습니다. 
산화 과정이 너무 빠르게 일어나면 가연물과 산화제의 매우 급격한 반응으로 폭발을 일으키게 되고 너무 빠르게 일어난 반응은 짧은 시간 동안 많은 양의 에너지를 발산합니다.

연소의 4요소
화재의 구성요소를 설명하면서 화재의 3요소(산소, 가연물, 점화원)가 오랫동안 사용되었습니다. 이러한 단순한 예는 유용하지만, 기술적으로 정확한 것은 아니므로 연소반응이 일어나기 위해서는 4가지 요소가 필요하다고 설명하는 것이 더 정확한 표현입니다.
이 4요소 중에 어느 한 요소라도 제거되면, 연소반응은 일어나지 않게 됩니다. 
반면 발화가 이미 진행되고 있는 경우에는 화재의 4요소 중에 어느 한 요소가 연소반응으로부터 제거되면 화재는 꺼지게 됩니다.

이제 연소가 일어남에 있어 필요한 4가지 요소에 관해 설명하도록 하겠습니다.

1. 산소(산화제)
산화제는 일련의 화학 반응 과정을 통해 산소나 산화가스를 생성하는 물질이며, 산화제는 그 자체가 가연성은 아니지만 가연물과 결합할 때 연소를 돕습니다.
소화제는 직접 소화하는 물질이 아니라, 다른 사람의 소화를 도와줍니다. 산화제도 마찬가지로 물질이 가지고 있는 산소를 통해 다른 물질을 산화시켜 연소할 수 있도록 돕습니다. 
가장 일반적인 산화제로 산소가 대표적이고 다른 물질을 산화시킬 수 있는 다른 산화제들 역시 이 요소에 속합니다.
일반적으로 공기 중에는 약 21%의 산소가 있지만 실내 온도(섭씨 21도 또는 화씨 70도)에서는 14%의 낮은 산소농도에서도 연소반응이 일어날 수 있습니다.
만약 구획실 내의 화재에서 실내 온도가 상승한다면 더 낮은 산소농도에서도 불꽃 연소가 발생할 수 있습니다.
(구획실: 구획되어 외부와 차단되어 있는 공간)
예를 들면 플래시오버(최성기와 쇠퇴기 사이에서 나타나는 현상) 발생 후에는 산소농도가 매우 낮지만 온도가 높으므로 불꽃 연소를 관찰할 수 있습니다.
산소농도가 21%를 넘을 때 이러한 대기를 산소가 풍부한 상태라고 합니다.
일반적인 산소 수준에서 연소하는 물질들은 ‘풍부한 산소’의 대기상태에서 더더욱 빠르게 연소하며, 일반적인 상태에서보다 훨씬 쉽게 발화하게 됩니다.
일부 석유화학 물질들은 '풍부한 산소'의 대기상태에서 자연발화 또는 자체 발화하기도 합니다.

2. 가연물
가연물은 연소 과정을 통하여 산소 또는 산화제에 의해 산화되거나 연소하는 물질이고 환원제라고도 합니다.
이유는 본인이 산소를 가져와 산화가 되므로 상대적인 물질은 산소를 빼앗겨 환원되므로 가연물은 환원제라고 볼 수 있습니다.
대부분의 일반적인 가연물은 수소와 산소의 결합에 의해 생성된 탄소를 함유한 유기화합물입니다.
이러한 가연물은 탄화수소 형 가연물(가솔린, 연료유 및 플라스틱) 및 셀룰로스 형 가연물(나무와 종이)로 세분될 수 있습니다.
가연물은 물질의 3가지(고체 중에 어느 한 상태로 존재해야 하나, 가연물이 연소하기 위해서는 정상적으로 기체 상태로 존재해야 합니다.
고체와 액체를 기체 상태로 변형시키기 위해서는 에너지가 필요합니다.
(물을 끓여서 수증기가 발생하기 위해서는 열에너지가 필요한 것과 같은 이유입니다)
‘가연물이 연소하기 위해서는 기체 상태로 존재해야 한다. ‘을 통해 연소는 기체가 탄이라는 것을 알 수 있고, 가연성 가스는 고체의 열분해에 의해 발생합니다. 
열분해는 열작용을 통한 물질의 화학적 분해이고, 고체 가연물이 가열되면 고체 물질에서 가연성 물질이 산출됩니다. 
만약 충분한 양의 가연물과 열이 있다면 열분해 과정은 연소할 만한 양의 연소성 가스를 발생시키고 연소에 필요한 4요소의 다른 2가지 요소인 산소와 화학적 연쇄반응이 존재할 경우 연소가 유지됩니다.

3. 점화원
열은 화재(포괄적인 개념에서는 ‘연소’라고 일컬을 수 있음.)의 4요소 중에 에너지 요소입니다. 열이 가연물과 접촉하게 되면 에너지는 다음의 방법으로 연소반응을 돕습니다.
고체와 액체에 대해 열분해 또는 증발을 일으키고 가연성 증기나 기체를 생성하여 발화를 위해 필요한 에너지를 제공합니다.
계속된 가연성 증기와 가스의 생성 및 발화로 연소반응이 지속되도록 합니다.

4. 화학적 연쇄반응
연소는 가연물(가스나 증기 상태), 산화제 및 열에너지 등이 서로 결합해야 하는 복잡한 반응입니다.
일단 불꽃 연소나 연소가 발생하면 충분한 열에너지가 가연성 증기나 가스를 지속해서 생성시킬 수 있도록 공급될 때 연소가 지속되는 연쇄반응이 일어납니다. 
연쇄반응은 일련의 반응이고, 각각의 개별 반응이 나머지 반응들과 결합함으로써 연속적으로 일어나게 됩니다.


연소가 처음 일어난 물질에서 더 크게 연소가 진행되기 위해서는 연소가 일어난 물질에서 다른 가연물로 열이 전달되어야 합니다.
연소의 초기 단계에서 열은 상승하고 뜨거운 가스 덩어리를 형성합니다. 
만일 화재가 개방된 공간(건물 밖이나 대규모의 건물 내)에서 발생하면 그 화염은 자유롭게 상승하고, 공기는 이 속으로 흡수됩니다.
이때 공기는 비교적 차갑기 때문에 화염 위의 가스층을 냉각시키는 작용을 합니다.

개방 공간 내에서의 화재의 확산은 근본적으로 열에너지가 뜨거운 가스(plume: 연기 기둥)로부터 근처의 가연물로 전달되는데 기인합니다.
개방된 지역에서 연소 확대를 바람이나 지형의 기울기에 따라 증가할 수 있는데 이는 노출된 가연물들이 미리 뜨거운 가스에 의해 가열될 수 있도록 하기 때문입니다.
위의 내용에 의하여 대형 산불화재가 확산하는 이유입니다.

연소한 화염의 크기를 더 크게 혹은 작게 만들 수 있는 방법이 2가지 있다는 것을 알고 계시는가요?
1. 통제된 가연물 : 연소에 이용할 수 있는 가연물의 양이 한정되어 있습니다.
이 상황에서 가연물의 양에 따라 화염의 크기 달라지므로 ‘연료 지배형 화재’라고 한다. 
2. 통제된 배연 : 연소에 이용할 수 있는 산소의 양이 한정되게 만들거나 통제할 수 있다면, 
이 상황은 배연을 통해 산소의 증가시키면 화염의 크기를 크게 만들 수 있기 때문에 ‘환기 지배형 화재’’라고 합니다.