لماذا يشتعل الخشب بينما لا يشتعل المعدن؟
.webp "لماذا لا تشتعل النيران في هذه الغلاية المعدنية مثل الخشب تحتها؟")
لماذا لا تشتعل النيران في هذه الغلاية المعدنية مثل الخشب تحتها؟
كل ذلك في الروابط الكيميائية.
تخيل أنك تجلس أمام نار المخيم. رائحة الدخان تتطاير في الهواء بينما يغلي قدر الحساء على اللهب المكشوف. بينما تحدق في الألسنة البرتقالية الوامضة ، قد تتساءل: لماذا تحترق جذوع الأخشاب ، لكن الإناء المعدني ليس كذلك؟
يرجع السبب في اشتعال بعض الأشياء وعدم اشتعال أشياء أخرى إلى روابطها الكيميائية والطاقة التي يتطلبها تغيير أو كسر تلك الروابط.
لكن أولاً ، هذا كتاب تمهيدي حول النار نفسها. تحتاج النار إلى بعض الأشياء للوجود: الأكسجين والحرارة والوقود.
الأكسجين غاز موجود في الهواء. يمكن إنشاء الحرارة بالاحتكاك ، كما هو الحال عندما تضرب عود ثقاب ، أو يمكن إنشاؤها بطرق أخرى ، مثل صاعقة البرق. الوقود هو الشيء الذي يحترق: بشكل عام ، يمكن أن يكون هذا أي شيء مكون من مادة عضوية ، كما قال كارل بروزيك ، الكيميائي في جامعة أوريغون ، لـ Live Science Arab. في هذه الحالة ، تشير كلمة "عضوي" إلى الجزيئات التي تتكون أساسًا من روابط كربون-هيدروجين وفي بعض الأحيان تشتمل على الأكسجين أو ذرات أخرى ، مثل الفوسفور أو النيتروجين.
على وجه التحديد ، الحرق هو تفاعل كيميائي يطلق الطاقة من نظام غير مستقر مع روابط كيميائية ضعيفة نسبيًا. قال بروزيك إن كل شيء يريد أن يكون أكثر استقرارًا ، وخاصة الجزيئات العضوية التي تحتوي على الكربون والأكسجين والهيدروجين وبعض العناصر الأخرى. مواد مثل الخشب والورق ، التي تشتعل فيها النيران بسهولة ، مصنوعة من السليلوز - وهو جزيء يتكون من روابط بين الكربون والهيدروجين والأكسجين.
وقال بروزيك إنه عندما يحترق شيء ما ، فإنه ينتهي "بإطلاق الكثير من الطاقة لأنك تقوم الآن بنقل النظام إلى حالة طاقة أقل". "وهذه الطاقة يجب أن تذهب إلى مكان ما."
عندما تشتعل النيران في جسم مصنوع من الخشب ، يتحول السليلوز الذي يتكون منه الخشب إلى ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء - وكلاهما جزيئات مستقرة جدًا ذات روابط قوية. تثير الطاقة المنبعثة من هذا التفاعل الكيميائي الإلكترونات في ذرات الغاز ، والتي بدورها تبعث الضوء المرئي. قال بروزيك إن هذا الضوء يبدو لنا كاللهب.
بالعودة إلى السجل المحترق مقابل إناء الحساء الساخن: قال بروزك إن الفرق بين الجذع والوعاء المعدني له علاقة بمدى قدرة المادة على توزيع الطاقة المستخدمة عند تطبيق النار عليها ، وهو ما يفسر مدى قوتها روابطها الكيميائية. لا يمكن كسر الروابط الكيميائية القوية في المعدن بسهولة. في غضون ذلك ، تفتقر قطعة الخشب إلى تلك الروابط القوية ، لذلك لا تملك القدرة على امتصاص الطاقة من اللهب. بدلاً من امتصاص الطاقة ، يطلق الخشب الطاقة عن طريق اشتعال النار. لكن المعدن الموجود في الإناء "يتمتع بقدرة هائلة على امتصاص تلك الطاقة وتبديدها" ، وهذا هو سبب إحساس القدر بالحرارة عند لمسه.
يمكن أن يؤدي الامتصاص الأفضل للحرارة أيضًا إلى منع الخشب من الاشتعال. قال بروزك إذا تم وضع لهب على كوب ورقي مملوء بالماء ، فلن يحترق الكوب. نظرًا لأن الماء الموجود في الكوب يمكن أن يمتص الحرارة ، فلن تشتعل النيران في الورق. (على الرغم من أننا لا نوصيك بتجربة هذا بنفسك.)
ومع ذلك ، فإن بعض المعادن تحترق. وتستخدم هذه "المعادن القابلة للاحتراق" ، بما في ذلك البوتاسيوم والتيتانيوم ، في صناعة الألعاب النارية . قال بروزيك إن المعادن الموجودة في الألعاب النارية هي في شكل مسحوق ، مما يوفر مساحة أكبر لها لتتفاعل بشكل أسرع مع الحرارة والأكسجين. عندما تتعرض تلك المعادن لحرارة كافية للتفاعل مع الأكسجين ، فإن كمية الطاقة المنبعثة تجعلها تحترق بألوان مختلفة.