شغف العلم الذي لا ينتهي

كيمياء النار - ساينسوفيليا

 

 كيمياء النار

كتب: عبير مصطفى عبدالرحمن    
مراجعة وتدقيق دكتور / محمد أمين البهنساوى

كيمياء النار - ساينسوفيليا

 كتير مننا لما بيشغل النار بيقعد يفكر فيها ويتأملها ويسأل نفسه أسئلة كتيرة هى النار عبارة عن إيه، وبتشتغل إزاى، ومكوناتها إيه، ياترى هى غاز، سائل، ولا صلب، إزاى بتطلع حرارة؟

كتير من الأسئلة بتيجي في بالنا ومنعرفش نجاوب عليها، تعالوا مع بعض نعرف كل تفاصيل النار ونبحر في أعماقها.

القدماء اليونانيون كانوا بيعتقدوا أن النار عبارة عن عنصر واحد فقط موجود في الطبيعة زى الهواء والماء، ولكن في العصر الحديث تم اكتشاف أن النار بتتكون من عدة عناصروليس عنصر واحد.

النار بتحصل نتيجة لحدوث تفاعل كيميائي بيطلق عليها عملية الإحتراق عند نقطة معينة يطلق عليها نقطة الإشتعال ومن خلالها بيحصل اللهب.

وعشان يحصل الإحتراق لازم له عدة عوامل لابد من وجود أكسجين(O2) ووقود(أى مادة قابلة للإشتعال زى البروبان والخشب)، وفي وجود شرر فينتج اللهب، بيتم من خلاله تفاعل طارد للحرارة اللى بينتج من خلاله ثاني أكسيد الكربون(CO2)، بخار ماء، ضوء وحرارة.


 مع استمرار اشتعال اللهب بتزيد حرارة النار، وبزيادة الحرارة بتكون قادرة أنها تحول ذرات الغازات اللى موجودة في اللهب لأيونات وبكدا بتتحول لشكل ثاني يطلق عليها البلازما((Plasma، النوع دا من الأكسدة(تفاعل كيميائي يحدث في وجود الأكسجين) يكون ضوء وحرارة شديدة يطلق عليها شعلة البلازما(Plasma Torch).

ملخص الكلام دا، النار عبارة عن مجموعة من الغازات تنتج حرارة وبزيادة الحرارة ينتج الضوء.

 أجزاء اللهب:

يتكون اللهب من عدة أجزاء كل جزء يحدث فيه تفاعل كيميائي مختلف ويكون مواد كيميائية مختلفة.

  •  منطقة قريبة من قاعدة اللهب، يحدث فيها إختلاط بين الأكسجين (O2) وبخار الغاز الصادر من الوقود الغير محترق، الغاز الناتج من الإحتراق يعتمد على نوع الوقود المستخدم.

  • المنطقة الوسطى، يحدث فيها تفاعل بين الجزيئات مع بعضها لحدوث الإحتراق، ويعتمد أيضا على نوع الوقود المستخدم.

  • المنطقة الأعلى، تفاعل الإحتراق يكون فيها قد اكتمل وينتج عنها بخار ماء وثاني أكسيد الكربون(CO2).

في بعض الأحيان تفاعل الإحتراق لم يكتمل ينتج عنه جزيئات صلبة صغيرة تسمى السخام او الرماد, ويظهر معها بعض الغازات وخصوصا إذا كان الوقود غير نقي مثل أول أكسيد الكربون(CO) وثاني أكسيد الكبريت(SO2).

معلومة مهمة لازم نعرفها أن اللهب ليس دائري الشكل، شكله يكون كدا بس في الفضاء لأنه أقل كثافة من الهواء العادي فيرتفع عنه ويصبح دائري.

 لون اللهب:

لون اللهب يعتمد على مكونات الوقود المشتعل وعلى درجة حرارة الإحتراق.

بعض اللهب له ضوء ساطع، وهذا الضوء يحتوي على أعلى طاقة أى أكثر حرارة ودا دايما بيكون ضوءه لونه أزرق.

أما الأقل في الطاقة أى أقل حرارة يكون ضوءه لونه مائل للون الأحمر.

معنى كدا ان الكيمياء لها دور هام في معرفة مكونات المواد من خلال عمل اختبار اشتعال اللهب وكل عنصر له لون لهب مختلف نقدر نفرقهم عن بعض ونعرفهم.

                                       لون اللهب 

لماذا النار ساخنة ؟ 

لأن الطاقة الحرارية (الحرارة) تنطلق عندما تنكسر الروابط الكيميائية وتتشكل أثناء تفاعل الاحتراق.
 يحول الاحتراق الوقود والأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. الطاقة مطلوبة لبدء التفاعل ، وكسر الروابط في الوقود وبين ذرات الأكسجين ، ولكن يتم إطلاق المزيد من الطاقة عندما تترابط الذرات معًا في ثاني أكسيد الكربون والماء.

وقود + أكسجين + طاقة ← ثاني أكسيد الكربون + ماء + طاقة أكثر

يتم إطلاق كل من الضوء والحرارة كطاقة واللهب دليل مرئي على هذه الطاقة.

 تتكون النيران في الغالب من غازات ساخنة. يتوهج الجمر لأن المادة ساخنة بدرجة كافية لإصدار ضوء متوهج (يشبه إلى حد كبير موقد الموقد) ، بينما تنبعث ألسنة اللهب الضوء من الغازات المتأينة (مثل لمبة الفلورسنت).
 يعتبر ضوء النار مؤشرًا مرئيًا لتفاعل الاحتراق ، لكن الطاقة الحرارية (الحرارة) قد تكون غير مرئية أيضًا.

باختصار: النار ساخنة لأن الطاقة المخزنة في الوقود تنطلق فجأة. الطاقة المطلوبة لبدء التفاعل الكيميائي أقل بكثير من الطاقة المنبعثة.

ما مدى سخونة النار؟

لا توجد درجة حرارة واحدة للنار لأن كمية الطاقة الحرارية المنبعثة تعتمد على عدة عوامل ، بما في ذلك التركيب الكيميائي للوقود وتوافر الأكسجين وجزء اللهب الذي يتم قياسه. 
قد يتجاوز حريق الخشب 1100 درجة مئوية (2012 درجة فهرنهايت) ، لكن أنواعًا مختلفة من الخشب تحترق في درجات حرارة مختلفة.
 على سبيل المثال ، ينتج الصنوبر أكثر من ضعف الحرارة التي ينتجها التنوب أو الصفصاف وحروق الأخشاب الجافة أكثر سخونة من الخشب الأخضر. يحترق البروبان الموجود في الهواء عند درجة حرارة مماثلة (1980 درجة مئوية) ، ولكن أكثر سخونة في الأكسجين (2820 درجة مئوية). 
أنواع الوقود الأخرى مثل الأسيتيلين في الأكسجين (3100 درجة مئوية) تحترق أكثر سخونة من أي خشب.


لون النار هو مقياس تقريبي لمدى سخونتها:

  •  تبلغ النار الحمراء العميقة حوالي 600-800 درجة مئوية (1112-1800 درجة فهرنهايت) ،
  • والأصفر البرتقالي حوالي 1100 درجة مئوية (2012 درجة فهرنهايت) ،
  • واللهب الأبيض لا يزال أكثر سخونة ، ويتراوح بين 1300-1500 درجة مئوية (2400-2700) درجة فهرنهايت).
  • اللهب الأزرق هو الأكثر سخونة على الإطلاق ، حيث تتراوح من 1400-1650 درجة مئوية (2600-3000 درجة فهرنهايت). 
  • اللهب الغازي الأزرق لموقد بنسن أكثر سخونة من اللهب الأصفر من شمعة الشمع!

المصادر:

ليست هناك تعليقات