• ما هو الاحتراق؟
  

  (الاحتراق- Combustion) يصنف بأنه تفاعل كيميائي يحدث بين مادتين وينتج عنه حرارة وانبعاثات غازية ويكون مصحوبًا بلهب⁽¹⁾، والمادتين المقصودتين هنا هما المادة القابلة للاشتعال وتسمى الوقود، والمادة التي تساعد على الاشتعال وهي -على الأغلب- غاز الأكسجين O2 الموجود في الهواء.

وينقسم الاحتراق كيميائيًا إلى نوعين:-

• الاحتراق التام
  يسمى الاحتراق احتراقًا تامًا عندما يحدث في وفرة غاز الأكسجين⁽²⁾، فعلى سبيل المثال ناتج احتراق غاز الميثان CH4 – والذي يشكل أكثر من 93% من الغاز الطبيعي ⁽³⁾ – في وجود كمية مناسبة من الأكسجين هو غاز ثاني أكسيد الكربون CO2 بالإضافة إلى تصاعد بخار الماء وبالطبع طاقة حرارية⁽⁴⁾.
  وحقيقةً هذا ليس النوع الذي يهم موضوعنا اليوم، ولذلك لن نتطرق إليه كثيرًا.

• الاحتراق غير التام

الاحتراق غير التام هو ذلك الذي يحدث في وجود كمية غير كافية من الأكسجين⁽⁵⁾، ولكن علينا أن نسأل هنا سؤالًا هامًا، وهو ما الذي يحدد كفاية غاز الأكسجين من عدمه؟
إذا تبادر إلى ذهنك هذا السؤال قبلًا فأنا أحييك على ذلك فهذا هو صلب الموضوع، فعند احتراق غاز الميثان مرة أخرى ولكن هذه المرة في كمية محدودة من الأكسجين نجد زوّارًا جدد في نواتج التفاعل وهما عنصر الكربون C وغاز أول أكسيد الكربون CO بالإضافة إلي ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء الموجودين سابقًا مع طاقة حرارية كبيرة⁽⁶⁾. للتوضيح أكثر أنظر بتركيز إلى المعادلة الكيميائية التالية:-

سنلاحظ أن ذرات الأكسجين باللون البرتقالي ارتبطت بجميع  ذرات الهيدروجين باللون الأبيض لتكون 8 جزيئات من بخار الماء، يتبقى 4 ذرات لتتحد اثنتان مع ذرة كربون باللون الأسود لتكوين جزيء من ثاني أكسيد الكربون وتتحد ذرتان كل منهما مع ذرة كربون لتكونا جزيئين من غاز أول أكسيد الكربون السام والضار جدًا بالبيئة، ثم أخيرًا تتبقى ذرة كربون وحيدة تنطلق بمفردها لأنها لم تجد من يرافقها، وهذا هو صاحبنا الذي ظللت تبحث عنه.

لاحظ أن الاحتراق التام يكوّن لهبًا باللون الأزرق دون وجود أي أدخنة مرئية مع طاقة حرارية أكبر من غيرها كما ترى في الغاز الطبيعي الموجود بالمنازل، على عكس الاحتراق غير التام الذي يكون لهبًا باللون الأصفر مع انبعاث سحابة سوداء من الكربون وطاقة حرارية أقل وهذا ما تراه عندما تحرق أغلب الأشياء الموجودة بواقعنا⁽⁷⁾، ونستثني من ذلك المعادن، التي تتغير حالتها الفيزيائية عند درجات حرارة معينة فتتحول من الحالة الصلبة إلى السائلة في عملية تسمى بالإنصهار⁽⁸⁾.

فكما رأيت في الصورة السابقة، حيث يظهر فيها موقدين للنار، أحدهما على اليمين يوضح شكل اللهب عندما نغلق فتحة التهوية الخاصة بالغاز المشتعل لحجب الأكسجين ومنعه من الاختلاط بالغاز فيظهر باللون الأصفر، وعلى الناحية الأخرى نجد أن اللهب باللون الأزرق دليلًا على الاحتراق التام بسبب فتح الجزء الخاص بالتهوية مما ينتج عنه امتزاج الغاز بالأكسجين الجوي بطريقة كافية ومناسبة.

وإذا كنا قد أخذنا غاز الميثان كمثال للوقود فهذا أيضًا ينطبق على كل شيء يتكون أساسًا من الكربون والتي تعرف بالهيدروكربونات مثل: الأطعمة المختلفة التي تتكون من بروتينات وكربوهيدرات وفيتامينات غنية بالكربون، بالإضافة إلى الأخشاب والأوراق والمنسوجات بأنواعها، حتى البلاستك الذي هو عبارة عن بوليمرات من وحدات متكررة من المركبات الكيميائية العضوية  فهو تركيبه يرتكز على الكربون⁽⁹⁾.

تطبيق

إذن ماذا سيحدث بالضبط عندما نقرب قطعة من الخشب إلى اللهب؟
تدرك ألسنة اللهب قطعة الخشب وتبدأ في الاحتراق غير التام لعدم توافر كمية  من الأكسجين تواكب كمية الهيدروكربونات الكبيرة الموجودة في الخشب والتي من أهمها السليلوز، تنحل الهيدروكربونات بفعل الحرارة  فتتصاعد أدخنة كثيفة من الكربون بالإضافة إلى غازي أول وثاني أكسيد الكربون لتزيد نسبتهما في الغلاف الجوي، واللذان يعدان من أهم أسباب الاحتباس الحراري إن لم يكونا أهمهم، تتصاعد أيضًا كمية من بخار الماء وتمشي النار في قطعة الخشب حتى ينتهي كل الوقود الموجود فيها، ومن الجدير بالذكر أن كل شيء قابل للإشتعال ويُنتج الطاقة علميًا يسمى وقودًا وليست فقط مشتقات البترول والبنزين المعروفة حاليًا والتي تحوي كميات كبيرة من الطاقة⁽¹⁰⁾، وبعد أن تلتهم النار جميع مكونات الخشب تتحول لقطعة سوداء أصغر حجمًا وأخف وزنًا لما فيها مما تبقى من الكربون الناتج عن تفكك تلك المواد الهيدروكربونية.

ها أنت أيها المفكر الكبير قد حصلت على إجابة سؤالك، يمكنك الآن النوم بهدوء وغدًا بعد منتصف الليل نحن في انتظار لغزك القادم. نتمنى لك أحلامًا سعيدة.

إعداد: أحمد هشام

مراجعة: عبدالعزيز محمد

تحرير: أميرة إسماعيل

المصادر:

1. Combustion | chemical reaction | Britannica.com [Internet]. [cited 2018 May 22] Available from: https://www.britannica.com/science/combustion
2.  COMPLETE AND INCOMPLETE COMBUSTION – Simple Science [Internet]. [cited 2018 May 22]. Available from: https://simple-chemical-reactions.weebly.com/complete-and-incomplete-combustion.html
3. Chemical Composition of Natural Gas – Union Gas [Internet]. [cited 2018 May 22]. Available from: https://www.uniongas.com/about-us/about-natural-gas/chemical-composition-of-natural-gasBBC – GCSE Bitesize: 4.Combustion [Internet]. [cited 2018 May 22]. Available from: http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/ocr_gateway/carbon_chemistry/carbon_fuelsrev2.shtml
4. COMPLETE AND INCOMPLETE COMBUSTION – Simple Science [Internet]. [cited 2018 May 22]. Available from: https://simple-chemical-reactions.weebly.com/complete-and-incomplete-combustion.html
5. BBC – GCSE Bitesize: Combustion [Internet]. [cited 2018 May 22]. Available from: http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/ocr_gateway/carbon_chemistry/carbon_fuelsrev2.shtml .
6. 7. Tue., Aug. 29 notes [Internet]. [cited 2018 May 22]. Available from: http://www.atmo.arizona.edu/students/courselinks/spring08/atmo336s1/courses/fall17/atmo170a1s2/lecture_notes/aug29.html
7. Fuels and Fuel Chemistry – Dictionary definition of Fuels and Fuel Chemistry | Encyclopedia.com: FREE online dictionary [Internet]. [cited 2018 May 22]. Available from: https://www.encyclopedia.com/science/encyclopedias-almanacs-transcripts-and-maps/fuels-and-fuel-chemistry
8. The Basics: Polymer Definition and Properties [Internet]. [cited 2018 May 22]. Available from: https://plastics.americanchemistry.com/plastics/The-Basics/
9. Fuels and Fuel Chemistry – Dictionary definition of Fuels and Fuel Chemistry | Encyclopedia.com: FREE online dictionary [Internet]. [cited 2018 May 22]. Available from: https://www.encyclopedia.com/science/encyclopedias-almanacs-transcripts-and-maps/fuels-and-fuel-chemistry