محتويات
عملية الاحتراق
تُعرف عملية الاحتراق بأنها تفاعل كيميائي بين المواد بوجود غاز الأكسجين، وعادةً ما يكون ذلك التفاعل مصحوبًا بتوليد حرارة ووجود ضوء على شكل لهب، ويكون معدل أو سرعة تفاعل تلك المواد مرتفعًا، إذ يعتمد ذلك على طبيعة التفاعل الكيميائي وعلى كمية الطاقة الناتجة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المواد المتفاعلة لتسريع التفاعل فيما بينها بصورة أكبر، ومن أبرز الأمثلة على عملية الاحتراق ما يحدث عند احتكاك المواد القابلة للاشتعال معًا، إذ يساعد الاحتكاك على تسخين تلك المواد إلى درجة حرارة تصبح عندها قابلة للاشتعال، وبالتالي تتفاعل تلك المواد معًا مشكلة حرارة ولهب، أما في حال وجود رياح أو كانت المواد المتفاعلة معًا رطبة، فإن الاحتكاك لن يرفع درجة حرارتها إلى درجة كافية للاحتراق، أما عند الوصول إلى حالة التوازن بين كمية الطاقة والحرارة في المواد المتفاعلة وكمية الطاقة في المواد الناتجة، فسيتوقف الاحتراق حينئذ.[١]
العناصر الناتجة عن عملية الاحتراق
يعد تفاعل الاحتراق من الفئات الرئيسية للتفاعلات الكيميائية، ويحدث عند تفاعل المواد الهيدروكربونية مع الأكسجين لإنتاج غاز ثاني أكسيد الكربون والماء، وبالتالي فإن تفاعل الاحتراق يعتمد على تفاعل أي مادة قابلة للاحتراق مع مادة مؤكسِدة لإنتاج مادة مُؤكسَدة، كما يعد الاحتراق من التفاعلات الطاردة للحرارة، لذلك فإن الحرارة تكون إحدى نواتجه، إلا أنه في بعض الأحيان يحدث هذا التفاعل ببطء شديد بحيث لا يكون التغير في درجة الحرارة ملحوظًا، إذ إن ذلك التفاعل كغيره من التفاعلات لا يسير بكفاءة 100% نتيجة وجود عوامل معينة تحد من المواد المتفاعلة، ويُقسم الاحتراق إلى نوعين؛ احتراق كامل، واحتراق غير كامل، ولكل نوع نواتج معينة، وهما كالآتي:[٢]
العناصر الناتجة عن الاحتراق الكامل
يُطلق على الاحتراق الكامل اسم الاحتراق النظيف؛ وهو الاحتراق الناتج من تفاعل المواد الهيدروكربونية مع الأكسجين، ويعد حرق الشموع من أبرز الأمثلة عليه؛ إذ يمثل فتيل الشمع الذي تنطلق منه الحرارة المادة الهيدركربونية، والتي تتفاعل مع الأكسجين في الهواء منتجة عدة مواد، وبالتالي تستهلك الشمعة بأكملها، ومن أبرز المواد الناتجة عن تفاعلات الاحتراق الكامل ما يأتي:[٢]
- بخار الماء.
- ثاني أكسيد الكربون.
- الحرارة.
- اللهب.
- الرماد.
العناصر الناتجة عن الاحتراق غير الكامل
يُطلق على الاحتراق غير الكامل اسم الاحتراق القذر؛ وهو الاحتراق غير المكتمل الناتج من تفاعل المواد الهيدروكربونية مع الأكسجين، ومن أبرز الأمثلة على هذا النوع من الاحتراق؛ احتراق الفحم والعديد من مواد الوقود الأحفوري التي تحترق احتراقًا غير كامل منتجة نفايات، ومن أبرز نواتج الاحتراق غير الكامل ما يأتي:[٢]
- أول أكسيد الكربون.
- ثاني أكسيد الكربون.
- الكربون الذي يُطلق عليه اسم السخام.
تطبيقات عملية الاحتراق
توجد العديد من التطبيقات العملية على استخدام عمليات الاحتراق في الحياة، ومن أبرزها ما يأتي:[٣]
- أجهزة التدفئة: تستخدم أجهزة التدفئة احتراق كل من؛ الغازات، أو الفحم، أو الخشب، أو الوقود السائل لإنتاج الحرارة، إذ يمكن التحكم في عملية الاحتراق من خلال توزيع الوقود والمواد المؤكسدة بصورة مناسبة في الأفران والمواقد للحصول على الكفاءة المثلى للتدفئة، ويكون ذلك من خلال النقل الحراري المناسب لمنتجات الاحتراق إلى الأجسام التي تحتاج إلى تسخين، بالإضافة إلى السيطرة على الديناميكا الهوائية المناسبة لتدفق الغاز في الموقد، إذ تساهم عملية الإشعاع بصورة كبيرة في التبادل الحراري لأجهزة التدفئة، وتُصمم الأفران أو المواقد اعتمادًا على الظروف المثالية التي يجب أن تتوفر لحدوث عملية الاحتراق.
- المتفجرات: تستخدم المواد المتفجرة على نطاق واسع في العديد من التطبيقات والأعمال الميكانيكية المختلفة، وتعتمد آلية عمل المتفجرات على الظروف المثالية لاحتراقها وتفجيرها، إذ يحدث احتراق تلك المواد في الحالة الغازية الناتجة عن التبخر أو التسامي أو التحلل، كما يمكن تطبيق نظرية احتراق الغاز على صنع المتفجرات، والتي توفر سرعة في الاحتراق معتمدة على الضغط ودرجة الحرارة، وبالتالي يمكن تحديد نظام الاحتراق وطبيعة المتفجرات، ويمكن إجراء العديد من التحقيقات التجريبية لاعتماد النظام المناسب للاحتراق وطبيعة المواد الخاصة بالمتفجرات.
- صناعة الصواريخ: تستخدم عمليات الاحتراق في المساعدة على الدفع عند إطلاق الصواريخ، إذ توضع مواد الوقود الغازية أو الصلبة أو السائلة داخل الصواريخ، وعند إطلاقها تندفع منتجات تلك المواد المحترقة من غرفة الاحتراق عبر فوهة الصاروخ السفلى بسرعة عالية، إذ إن معرفة آلية حركة العمليات الكيميائية في فوهة الصاروخ ضرورية لتحديد الاتجاه المطلوب لحركته، إذ تتناقص القوة الدافعة مع زيادة الوزن الجزيئي للمواد الناتجة عن الاحتراق، لذلك تستخدم المواد ذات الوزن الجزيئي المنخفض والتي تنتج حرارة عالية من الاحتراق في صناعة الصواريخ.
أمثلة على عمليات الاحتراق
توجد العديد من الأمثلة على عمليات الاحتراق في الحياة العملية، ومن أبرزها ما يأتي:[٤]
- احتراق الميثان: يعد الميثان أحد المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي، ويعد مثالًا حيًا على تفاعلات الاحتراق النموذجية، إذ تحتاج الأفران التي تستخدم الغاز الطبيعي إلى شرارة لإنتاج الطاقة اللازمة لبدء تفاعل الاحتراق، ويحترق الميثان عند تلامسه مع غاز الأكسجين بوجود شرارة تساعد على كسر رابطة الأكسجين المفردة وروابط الميثان الأربعة، وبالتالي تتفاعل الذرات الفردية الناتجة لتشكل روابط جديدة، إذ تتفاعل ذرتا الأكسجين مع ذرة كربون مكونة جزيء ثاني أكسيد الكربون، بينما تتفاعل ذرتا أكسجين مع ذرات الهيدروجين مكونة جزيئين من الماء، مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من الطاقة على شكل حرارة وضوء.
- احتراق المغنيسيوم: يعد احتراق المغنيسيوم من التفاعلات الطاردة للحرارة عند تفاعله مع الأكسجين بالرغم من أن احتراقه لا يؤدي إلى إطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون أو بخار الماء، ولا يكفي وضع المغنيسيوم في الهواء لبدء الاحتراق، إذ يحتاج احتراقه إلى وجود لهب أو شرارة لكسر روابط جزيئات الأكسجين في الهواء حتى يستمر التفاعل، فيتحد المغنيسيوم مع الأكسجين في الهواء مكونًا أكسيد المغنيسوم وطاقة زائدة تُطلق على صورة حرارة شديدة وضوء أبيض ساطع، ويمكن أن يُصنف هذا الاحتراق ضمن تفاعلات الاحتراق دون أن يكون لها خصائص الحريق التقليدية.
المراجع
- ↑ Victor Nikolaevich Kondratiev, "Combustion"، britannica, Retrieved 16-7-2019. Edited.
- ^ أ ب ت Anne Marie Helmenstine (28-12-2018), "Combustion Reactions in Chemistry"، thoughtco, Retrieved 16-7-2019. Edited.
- ↑ Victor Nikolaevich Kondratiev, "Combustion"، britannica, Retrieved 16-7-2019. Edited.
- ↑ Bert Markgraf (24-4-2018), "What is a Combustion Reaction?"، sciencing, Retrieved 16-7-2019. Edited.
