الاحتراق: نقطة الوميض والخصائص - كيمياء - 2025

و الاحتراق هي درجة تفاعل مركب للرد بطريقة الطاردة للحرارة بقوة مع الأكسجين أو غيرها من وكيل المؤكسدة (مؤكسد). لا ينطبق فقط على المواد الكيميائية ، ولكن أيضًا على مجموعة واسعة من المواد ، والتي تم تصنيفها بواسطة أكواد البناء بناءً عليها.

لذلك ، فإن القابلية للاحتراق مهمة للغاية في تحديد السهولة التي تحترق بها المادة. من هنا ، يتم إطلاق المواد أو المركبات القابلة للاشتعال والوقود وغير الوقود.

المصدر: Pxhere

لا تعتمد قابلية احتراق المادة على خواصها الكيميائية فقط (التركيب الجزيئي أو ثبات الروابط) ولكن أيضًا على نسبة سطحها إلى حجمها ؛ أي أنه كلما زادت مساحة سطح الجسم (مثل الغبار الطيني) ، زاد ميله إلى الاحتراق.

بصريا ، يمكن أن تكون آثاره المتوهجة والمشتعلة مثيرة للإعجاب. تدل النيران بظلالها من الأصفر والأحمر (الأزرق والألوان الأخرى) على تحول كامن ؛ على الرغم من أنه كان يعتقد سابقًا أن ذرات المادة قد دمرت في هذه العملية.

تتضمن دراسات الحريق ، وكذلك دراسات الاحتراق ، نظرية كثيفة للديناميكيات الجزيئية. بالإضافة إلى ذلك ، يشارك مفهوم التحفيز الذاتي ، لأن حرارة اللهب "تغذي" التفاعل بحيث لا يتوقف حتى يتفاعل كل الوقود.

لهذا السبب ربما تعطي النار أحيانًا انطباعًا بأنها حية. ومع ذلك ، بالمعنى المنطقي الصارم ، فإن النار ليست أكثر من طاقة تتجلى في الضوء والحرارة (حتى مع التعقيد الجزيئي الهائل في الخلفية).

فلاش أو نقطة الاشتعال

تُعرف في اللغة الإنجليزية باسم Flash Point ، وهي درجة الحرارة الدنيا التي تشتعل فيها مادة ما لبدء الاحتراق.

تبدأ عملية إطلاق النار بأكملها بشرارة صغيرة توفر الحرارة اللازمة للتغلب على حاجز الطاقة الذي يمنع التفاعل من أن يكون تلقائيًا. خلاف ذلك ، فإن الحد الأدنى من ملامسة الأكسجين للمادة قد يؤدي إلى احتراقها حتى في درجات الحرارة المنخفضة.

نقطة الوميض هي المعلمة لتحديد مدى احتراق مادة أو مادة ما أو عدم احتراقها. ولذلك فإن المادة شديدة الاشتعال أو الاشتعال لها نقطة وميض منخفضة ؛ أي أنه يتطلب درجات حرارة تتراوح بين 38 و 93 درجة مئوية لحرق وإطلاق العنان للحريق.

يحكم القانون الدولي الفرق بين مادة قابلة للاشتعال وقابلة للاحتراق. في هذه الحالة ، قد تختلف نطاقات درجة الحرارة في القيمة. كما أن كلمتي "الاحتراق" و "القابلية للاشتعال" قابلة للتبادل ؛ لكنها ليست "قابلة للاشتعال" أو "قابلة للاحتراق".

المادة القابلة للاشتعال لها نقطة وميض أقل مقارنة بمادة قابلة للاحتراق. لهذا السبب من المحتمل أن تكون المواد القابلة للاشتعال أكثر خطورة من الوقود ، ويتم الإشراف على استخدامها بدقة.

الفروق بين الاحتراق والأكسدة

تتكون كلتا العمليتين أو التفاعلات الكيميائية من نقل الإلكترونات التي قد يشارك أو لا يشارك فيها الأكسجين. غاز الأكسجين هو عامل مؤكسد قوي ، تجعل سلبيته الكهربية O = O رابطة مزدوجة تفاعلية ، والتي ، بعد قبول الإلكترونات وتشكيل روابط جديدة ، تطلق الطاقة.

وهكذا ، في تفاعل الأكسدة ، يكتسب O ₂ إلكترونات من أي مادة مختزلة بدرجة كافية (مانح إلكترون). على سبيل المثال ، العديد من المعادن التي تلامس الهواء والرطوبة ينتهي بها الأمر إلى الصدأ. تصبح الفضة داكنة ، ويحمر الحديد ، ويمكن للنحاس أن يتحول إلى لون الزنجار.

ومع ذلك ، فإنها لا تطلق ألسنة اللهب عند القيام بذلك. إذا كان الأمر كذلك ، فإن جميع المعادن ستكون لها قابلية احتراق خطيرة وستحترق المباني في حرارة الشمس. وهنا يكمن الاختلاف بين الاحتراق والأكسدة: كمية الطاقة المنبعثة.

في الاحتراق ، تحدث الأكسدة عندما تكون الحرارة المنبعثة مكتفية ذاتيا ، ومشرقة وساخنة. وبالمثل ، فإن الاحتراق عملية أكثر تسريعًا ، حيث يتم التغلب على أي حاجز للطاقة بين المادة والأكسجين (أو أي مادة مؤكسدة ، مثل البرمنجنات).

يمكن للغازات الأخرى ، مثل Cl ₂ و F ₂ أن تبدأ تفاعلات احتراق طاردة للحرارة بقوة. ومن بين السوائل المؤكسدة أو المواد الصلبة بيروكسيد الهيدروجين ، H ₂ O ₂ ، ونترات الأمونيوم ، NH ₄ NO ₃.

خصائص الوقود

كما أوضحنا للتو ، لا ينبغي أن تحتوي على نقطة وميض منخفضة جدًا ، ويجب أن تكون قادرة على التفاعل مع الأكسجين أو المؤكسد. تدخل العديد من المواد إلى هذا النوع من المواد ، وخاصة الخضار ، والبلاستيك ، والخشب ، والمعادن ، والدهون ، والهيدروكربونات ، إلخ.

بعضها صلب والبعض الآخر سائل أو فوار. الغازات ، بشكل عام ، شديدة التفاعل لدرجة أنها تعتبر ، وفقًا للتعريف ، مواد قابلة للاشتعال.

-غاز

الغازات هي الغازات التي تحترق بسهولة أكبر ، مثل الهيدروجين والأسيتيلين ، C ₂ H ₄. وذلك لأن الغاز يختلط بشكل أسرع مع الأكسجين ، وهو ما يعادل مساحة تلامس أكبر. يمكنك بسهولة تخيل بحر من الجزيئات الغازية تتصادم مع بعضها البعض فقط عند نقطة الاشتعال أو الاشتعال.

يكون تفاعل الوقود الغازي سريعًا وفعالًا بحيث تتولد الانفجارات. لهذا السبب ، يمثل تسرب الغاز حالة عالية الخطورة.

ومع ذلك ، ليست كل الغازات قابلة للاشتعال أو قابلة للاشتعال. على سبيل المثال ، الغازات النبيلة ، مثل الأرجون ، لا تتفاعل مع الأكسجين.

يحدث نفس الموقف مع النيتروجين ، بسبب الرابطة الثلاثية القوية N≡N ؛ ومع ذلك ، يمكن أن تتمزق تحت ضغط شديد وظروف درجة الحرارة ، مثل تلك الموجودة في العاصفة الكهربائية.

-صلب

كيف هي احتراق المواد الصلبة؟ أي مادة معرضة لدرجات حرارة عالية يمكن أن تشتعل فيها النيران ؛ ومع ذلك ، فإن السرعة التي يتم بها ذلك تعتمد على نسبة السطح إلى الحجم (وعوامل أخرى ، مثل استخدام الأغشية الواقية).

فيزيائيًا ، تستغرق المادة الصلبة وقتًا أطول للحرق وتنشر حرائق أقل لأن جزيئاتها تتلامس مع الأكسجين بشكل أقل من المادة الصلبة الصفائحية أو المسحوقة. على سبيل المثال ، الصف الورقي يحترق بشكل أسرع بكثير من كتلة الخشب من نفس الأبعاد.

كما أن كومة من مسحوق الحديد تحترق بقوة أكبر من احتراق لوح الحديد.

المركبات العضوية والمعدنية

كيميائيًا ، تعتمد قابلية احتراق المادة الصلبة على الذرات التي تتكون منها ، وترتيبها (غير متبلور ، بلوري) والبنية الجزيئية. إذا كان يتكون أساسًا من ذرات كربون ، حتى مع بنية معقدة ، فسيحدث التفاعل التالي عند الاحتراق:

C + O ₂ => CO ₂

لكن ذرات الكربون ليست وحدها ، ولكنها مصحوبة بالهيدروجين وذرات أخرى تتفاعل أيضًا مع الأكسجين. وهكذا ، يتم إنتاج H ₂ O و SO ₃ و NO ₂ ومركبات أخرى.

ومع ذلك ، فإن الجزيئات المنتجة أثناء الاحتراق تعتمد على كمية الأكسجين المتفاعل. إذا كان الكربون ، على سبيل المثال ، يتفاعل مع نقص الأكسجين ، فإن المنتج يكون:

C + 1 / 2O ₂ => CO

علما بأن بين CO ₂ وCO، CO ₂ هو أكثر الاوكسيجين، لأنه يحتوي على أكثر من ذرات الأكسجين. لذلك ، ينتج عن الاحتراق غير الكامل مركبات تحتوي على عدد أقل من ذرات O ، مقارنة بتلك التي تم الحصول عليها في الاحتراق الكامل.

بالإضافة إلى الكربون ، قد تكون هناك مواد صلبة معدنية تتحمل درجات حرارة أعلى قبل الاحتراق وتؤدي إلى ظهور أكاسيدها المقابلة. على عكس المركبات العضوية ، لا تطلق المعادن غازات (إلا إذا كانت تحتوي على شوائب) ، لأن ذراتها تقتصر على الهيكل المعدني. يحترقون حيث هم.

السوائل

تعتمد قابلية احتراق السوائل على طبيعتها الكيميائية ، وكذلك درجة الأكسدة. لا تحترق السوائل شديدة التأكسد ، التي لا تحتوي على العديد من الإلكترونات ، مثل الماء أو رباعي فلورو كربون ، CF ₄ ، بشكل ملحوظ.

ولكن الأهم من هذه الخاصية الكيميائية هو ضغط البخار. يحتوي السائل المتطاير على ضغط بخار مرتفع ، مما يجعله سريع الاشتعال وخطيرًا. لماذا ا؟ لأن الجزيئات الغازية "تجوب" سطح السائل هي أول من يحترق ، وتمثل بؤرة النار.

تتميز السوائل المتطايرة برائحة قوية وتشغل غازاتها حجمًا كبيرًا بسرعة. البنزين هو مثال واضح على سائل شديد الاشتعال. وعندما يتعلق الأمر بالوقود ، فإن الديزل ومخاليط الهيدروكربونات الثقيلة الأخرى هي من بين أكثرها شيوعًا.

الماء

بعض السوائل ، مثل الماء ، لا يمكن أن تحترق لأن جزيئاتها الغازية لا تستطيع التخلي عن إلكتروناتها للأكسجين. في الواقع ، يتم استخدامه بشكل غريزي لإخماد النيران وهو أحد أكثر المواد التي يستخدمها رجال الإطفاء. تنتقل الحرارة الشديدة من النار إلى الماء الذي يستخدمها للتغيير إلى المرحلة الغازية.

شوهدوا في مشاهد حقيقية وخيالية كيف تشتعل النار على سطح البحر. ومع ذلك ، فإن الوقود الحقيقي هو الزيت أو أي زيت غير قابل للامتزاج بالماء ويطفو على السطح.

جميع أنواع الوقود التي تحتوي على نسبة مئوية من الماء (أو الرطوبة) في تركيبها ، يكون لها نتيجة لذلك انخفاض في قابليتها للاحتراق.

هذا مرة أخرى لأن بعض الحرارة الأولية تُفقد عن طريق تسخين جزيئات الماء. لهذا السبب ، لا تحترق المواد الصلبة الرطبة حتى تتم إزالة محتواها المائي.

المراجع

1. قاموس Chemicool. (2017). تعريف الوقود. تم الاسترجاع من: chemicool.com
2. سامرز ، فنسنت. (5 أبريل 2018). هل وقود النيتروجين؟ علم. تم الاسترجاع من: sciencing.com
3. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (22 يونيو 2018). تعريف الاحتراق (كيمياء). تم الاسترجاع من: thinkco.com
4. ويكيبيديا. (2018). القابلية للاشتعال والاشتعال. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. ماربك لتصميم الويب. (2015 ، 16 يونيو). ما أنواع الحرائق الموجودة وكيف يتم احتراق المواد التي تحدد هذا التصنيف؟ تم الاسترجاع من: marpicsl.com
6. تعلم حالات الطوارئ. (سادس). نظرية النار. تم الاسترجاع من: aprendemergencias.es
7. Quimicas.net (2018). أمثلة على المواد القابلة للاشتعال. تم الاسترجاع من: quimicas.net