التركيب الكيميائي للنار
التركيب الكيميائي للنار النار هي نتيجة تفاعل كيميائي يسمى الاحتراق . عند نقطة معينة من تفاعل الاحتراق، تسمى نقطة الاشتعال ، يتم إنتاج اللهب.

التركيب الكيميائي للنار
النار هي نتيجة تفاعل كيميائي يسمى الاحتراق . عند نقطة معينة من تفاعل الاحتراق، تسمى نقطة الاشتعال ، يتم إنتاج اللهب. عادة، يتكون اللهب بشكل أساسي من ثاني أكسيد الكربون، وبخار الماء، والأكسجين، والنيتروجين.
في تفاعل الاحتراق المعتاد، يحترق الوقود المعتمد على الكربون في الهواء (الأكسجين). من المحتمل أن النار تحتوي فقط على غازات من الوقود وثاني أكسيد الكربون والماء والنيتروجين والأكسجين.
ومع ذلك، فإن الاحتراق غير الكامل يؤدي إلى مجموعة من الاحتمالات الأخرى. السخام هو المكون الأساسي للاحتراق غير الكامل.
يحتوي السخام بشكل أساسي على الكربون، ولكن قد توجد جزيئات عضوية مختلفة. تشمل الغازات الأخرى الموجودة في النار أول أكسيد الكربون وأحيانًا أكاسيد النيتروجين وأكاسيد الكبريت.
يتكون لهب الشمعة من الماء المتبخر، وثاني أكسيد الكربون، و الماء، والنيتروجين، والأكسجين، والسخام الساخن بدرجة كافية بحيث يصبح متوهجًا، والضوء/الحرارة الناتجة عن التفاعل الكيميائي.
التركيب الكيميائي للنار، لهب الشمعة
هل النار مادة أم طاقة؟
النار هي نتيجة الاحتراق، وهو تفاعل كيميائي. أثناء عملية الاحتراق، يتم إنتاج اللهب ويتكون اللهب بشكل أساسي من ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء والأكسجين والنيتروجين.
تبعث النار الحرارة والضوء. إن النيران المتوهجة والراقصة التي نراها عندما يحترق شيء ما ، هي ببساطة غاز لا يزال يتفاعل ويطلق الضوء. عندما تتأين معظم الجزيئات، فإنها تعرف باسم البلازما.
وبما أنه يمكن تعريف المادة بأنها “كل ما يشغل حيزاً من المكان وله كتلة أو وزن“ ، فيمكننا أن نقول إن النار “مادة” لأنها تشغل حيزاً، وبما أنها خليط من الغازات فلا بد أن يكون لها كتلة ما. الضوء والحرارة الناتجة عن اللهب هي طاقة.
ما طبيعة النار؟
ما نعرفه على وجه اليقين هو أن النار هي التأثير المرئي للاحتراق، وهو تفاعل متسلسل طارد للحرارة يتطلب مثلث النار: الأكسجين والحرارة وبعض أنواع الوقود.
لا يمكن أن يحدث الاحتراق الناتج عن الحريق إلا بين الغازات (يجب أولاً تبخير الوقود السائل أو الصلب حتى يكون هناك لهب) وهذا يعطينا أول دليل حول كيفية تصنيف النار – إنه غاز، أليس كذلك؟
لماذا النار ليست غازية أو سائلة أو صلبة؟
حسنًا، من المؤكد أن اللهب له العديد من خصائص الغاز: ليس له شكل أو حجم ثابت، فهو يتوسع وينكمش مع إضافة الأكسجين أو إزالته.
لكن إحدى الخصائص المميزة للغاز هي قدرته على التمدد لملء أي وعاء يتم وضعه فيه. النار لا تفعل ذلك، مما يحرمه على الفور من أن يكون غازًا.
دعونا نفكر في السوائل. ليس من الضروري أن تتطابق السوائل مع شكل معين ولا تتمدد لتملأ الحاوية التي توضع فيها – لذا فهي تبدو جيدة للنار. لكن لها حجم ثابت، في حين أن النار ليست كذلك، لذا فهذه حالة أخرى من حالات المادة غير مناسبة تمامًا.
قد تعتقد أن مادة الصلبة تبدو كإجابة غير محتملة للسؤال ، وستكون على حق. تحتفظ المواد الصلبة بشكلها، ولكن إذا حاولت التقاط لهب، فسوف تمر يدك مباشرة من خلاله. وبعد ذلك ربما يتألم قليلاً.
هناك أيضًا سبب آخر لعدم دخول النار في أي مما سبق: بمجرد استنفاد الوقود أو الأكسجين، تتوقف النار عن الوجود. ولكن هذا ليس هو الحال بالنسبة للمواد الصلبة والسوائل والغازات. وهذا يعطينا فكرة مهمة عن المكان الذي يجب أن ننظر فيه بعد ذلك.
هل النار عبارة عن بلازما ؟
غالبًا ما تسمى البلازما بالحالة الرابعة للمادة، وتتشكل عندما تتأين الذرات أو الجزيئات الغازية إلى الحد الذي تتجول فيه النوى المشحونة إيجابيًا والإلكترونات سالبة الشحنة بعيدًا عن بعضها البعض. للقيام بذلك يتطلب الطاقة. خذ هذه الطاقة بعيدًا وتتوقف البلازما عن الوجود، وتصبح مجرد غاز مرة أخرى.
لكن من المؤسف أن البلازما ليست مناسبة تمامًا أيضًا. مثل الغاز، فإنه يتوسع لملء الحجم الذي يحتوي عليه، في حين أن اللهب لا يفعل ذلك. لكن ما يمكننا استنتاجه (في الوقت الحالي) هو أنه من بين الحالات الأساسية للمادة، فإن النار تشبه البلازما.
في الواقع، تحتوي بعض النيران الساخنة جدًا على البلازما، عندما تكون الطاقة الموجودة بداخلها كافية لتأين جزيئات الهواء بدرجة كافية. والمثال الكلاسيكي هو اللهب الناتج عن حرق الأسيتيلين في الأكسجين، والذي يصل إلى درجة حرارة مذهلة تبلغ 3100 درجة مئوية. ومن ناحية أخرى، فإن اللهب الأقل الذي تبلغ درجة حرارته 1500 درجة مئوية والذي تنتجه شمعة الشمع، منخفض جدًا بحيث لا يمكن اعتباره بلازما .
دعونا نرجع ونلقي نظرة على بعض النظريات السابقة التي طورها البشر لإعطاء معنى ملموس لنتائجهم الغريبة. قبل أن يحدد السير ويليام كروكس الحالة الرابعة للمادة (البلازما) في عام 1879، كان البشر يفكرون فقط بثلاث حالات للمادة كانت متاحة لهم. قبل ظهور فكرة البلازما، كان الإنسان يعتقد أن النار هي في الواقع عنصر منفصل.
بصرف النظر عن الوجود الافتراضي لـ ” المادة المظلمة “، فإن البلازما هي الشكل الأكثر وفرة والأكثر قبولًا علميًا للمادة العادية الموجودة في جميع أنحاء الكون!
تشبه البلازما الغاز أكثر من أي حالة أخرى للمادة، ولكنها تتصرف بشكل مختلف تمامًا عن الغاز. وذلك لأن الإلكترونات الحرة ليست على اتصال جسدي مستمر مع بعضها البعض بسبب عدم وجود تقارب تجاه بعضها البعض. وهذا يعني أن البلازما يمكن أن تتدفق مثل السائل أو المائع، وتتكون من مناطق محددة تشبه مجموعات الذرات الملتصقة ببعضها البعض. هذه الخاصية للبلازما تميزها عن جميع الغازات الأخرى.
بمعنى آخر، لا يزال التعريف الدقيق للنار غامضًا بعض الشيء. لا يستطيع العلم وصف الطبيعة الحقيقية للنار بدقة، ولكن فإن طبيعة النار هي الأكثر شبهاً بالبلازما!
التركيب الكيميائي للنار قديما:
قسم الفلاسفة الغربيون الكلاسيكيون العالم إلى أربعة عناصر: الأرض والماء والهواء والنار.
لقد اهتم المنجمون البابليون الأوائل بتصنيفهم لدرجة أنهم خصصوا أحد العناصر لكل بيت من الأبراج، حيث عينوا برج الحمل والأسد والقوس كعلامات نارية كان أعضاؤها – مثل العنصر الحاكم – عرضة للاشتعال العرضي.
على الرغم من أننا لم نتعرف الآن على أربعة عناصر، بل على 118 عنصرًا، إلا أن القدماء كانوا على وشك التوصل إلى شيء ما.
نظرية الفلاجيستون ،من وجهة النظر هذه، فإن ظاهرة الاحتراق، التي تسمى الآن الأكسدة، كانت ناجمة عن تحرير الفلوجيستون، مع ترك المادة المتحللة كرماد أو بقايا.
طرح يوهان يواكيم بيشر في عام 1669 وجهة نظره بأن المواد تحتوي على ثلاثة أنواع من التربة، والتي أطلق عليها اسم القابلة للتزجيج، والزئبقية ، والقابلة للاشتعال.
لقد افترض أنه عندما تحترق مادة ما، تتحرر الأرض القابلة للاشتعال (باللاتينية terra pinguis، والتي تعني “الأرض السمينة”). وهكذا، كان الخشب عبارة عن مزيج من الفلوجيستون ورماد الخشب.
لهذه المادة الافتراضية أطلق جورج إرنست ستال ، في بداية القرن الثامن عشر تقريبًا، اسم فلوجيستون (من اليونانية، وتعني “محروق“).
يعتقد ستال أن تآكل المعادن في الهواء ( على سبيل المثال، صدأ الحديد) كان أيضًا شكلاً من أشكال الاحتراق ، لذلك عندما يتم تحويل المعدن إلى حالته الكلس، أو الرماد المعدني (أكسيده، بالمصطلحات الحديثة)، فُقد الفلوجستون.
ولذلك، كانت المعادن تتكون من كالكس وفلوجستون. وتعتبر وظيفة الهواء هي مجرد حمل الفلوجستون المتحرر بعيدًا.
لماذا نظرية الفلوجستون خاطئة؟
الاعتراض الرئيسي على النظرية، هو أن الرماد من المواد العضويةكان وزنه أقل من الأصل بينما كان الكلس أثقل من المعدن، ولم يكن ذا أهمية كبيرة بالنسبة لستال، الذي فكر في الفلوجيستون باعتباره “مبدأ” غير مادي وليس كمادة فعلية.
مع تقدم الكيمياء ، اعتبر الفلوجستون مادة حقيقية، وتم بذل الكثير من الجهد في حساب التغيرات في الوزن الملحوظة. عندما تم اكتشاف الهيدروجين ، وهو خفيف الوزن للغاية وقابل للاشتعال للغاية، اعتقد البعض أنه فلوجيستون نقي.