تفاعلات الاحتراق
في الكيمياء تفاعل الاحتراق هو أحد أنواع التفاعلات الكيميائية، وهو تفاعل تتفاعل فيه مادة ما مع غاز الأكسجين، وتطلق طاقة على شكل ضوء وحرارة، كما ويجب أن تشتمل تفاعلات الاحتراق على الأكسجين O2 كمتفاعل واحد، وينتج عن احتراق غاز الهيدروجين بخار الماء:
2H2 (g) + O2 (g)→ 2H2O (g)
لاحظ أن هذا التفاعل مؤهل أيضًا للتفاعل المركب، كان هيندينبيرج منطادًا مليئًا بالهيدروجين تعرض لحادث عند محاولته الهبوط في نيوجيرسي في عام 1937 ميلادي، حيث احترق الهيدروجين على الفور في كرة نارية ضخمة ودمر المنطاد وقتل 36 شخصًا، ولكن كان التفاعل الكيميائي بسيطًا جدا إذ اتحد كلا من عنصري الهيدروجين مع الأكسجين لإنتاج الماء.
تحدث العديد من تفاعلات الاحتراق مع الهيدروكربون، وهو عبارة عن مركب يتكون فقط من الكربون والهيدروجين، ومنتجات احتراق الهيدروكربونات هي عبارة عن ثاني أكسيد الكربون والماء، ويتم استخدام العديد من الهيدروكربونات كوقود لأن احتراقها يطلق كميات كبيرة جدًا من الطاقة الحرارية، والبروبان (C3H8) هو هيدروكربون غازي يستخدم عادة كمصدر للوقود في مشاوي الغاز كما في المعادلة التالية:
C3H8 (g) + 5O2 (g)→ 3CO2 (g) + 4H2O (g)
يمكن أن يتم استخدام الإيثانول كمصدر للوقود في مصباح الكحول، وصيغة الإيثانول هي C2H5OH، والآن لكتابة المعادلة المتوازنة لاحتراق الإيثانول يجب اتباع الخطوات التالية:
الخطوة الأولى: خطط للتفاعل، كلا من الإيثانول والأكسجين هما المتفاعلان، وكما هو الحال مع الهيدروكربون فإن منتجات احتراق الكحول هي ثاني أكسيد الكربون والماء.
الخطوة الثانية: اكتب معادلة التفاعل ثم وازنها: C2H5OH (l) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g)
C2H5OH (l) + 3O2 (g) → 2CO2 (g) + 3H2O (g)
الخطوة الثالثة: فكر في النتيجة، يجب أن تحتوي تفاعلات الاحتراق على الأكسجين كمفاعل، ولاحظ أن الماء المنتج في حالة الغاز وليس الحالة السائلة بسبب درجات الحرارة المرتفعة التي تصاحب تفاعل الاحتراق.
الاحتراق تفاعل كيميائي بين المواد عادةً ما يتضمن الأكسجين وغالبا يصاحب ذلك توليد حرارة، بالإضافة إلى ضوء على شكل لهب، المعدل أو السرعة التي تتحد بها المواد المتفاعلة عالية، ويرجع ذلك جزئيًا إلى طبيعة التفاعل الكيميائي نفسه وجزئيًا بسبب توليد طاقة أكبر، مما يمكن أن يتسرب إلى الوسط المحيط، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة المواد المتفاعلة لتسريع رد الفعل أكثر.
وهنالك مثال مألوف لتفاعل الاحتراق وهو أنه عندما يتم ضرب عود ثقاب، فإن الاحتكاك الحاصل يعمل على تسخين الرأس إلى درجة حرارة معينة، حيث أنه عند درجة الحرارة هذه تتفاعل فيها المواد الكيميائية وتولد حرارة أكثر، مما يمكن أن تتسرب إلى الهواء وتحترق باللهب، علما أنه إذا قامت الرياح بالهبوب الحرارة أو أنه قد كانت المواد الكيميائية رطبة ولم ترفع عملية الاحتكاك درجة الحرارة بدرجة كافية ينطفئ اللهب.
عند الاشتعال بشكل صحيح ترفع الحرارة المنبعثة من اللهب درجة حرارة طبقة قريبة من عود الثقاب والأكسجين في الهواء المجاور لها، كما ويتفاعل الخشب والأكسجين في تفاعل الاحتراق، وعند الوصول إلى التوازن بين الطاقات الحرارية الكلية للمواد المتفاعلة والطاقات الحرارية الإجمالية للمنتجات (بما في ذلك الحرارة الفعلية والضوء المنبعث) يتوقف الاحتراق.
اللهب له تركيبة محددة وهيكل معقد ويقال إنها متعددة الأشكال وقادرة على التواجد في درجات حرارة منخفضة جدًا وكذلك في درجات حرارة عالية للغاية، وينتج انبعاث الضوء في اللهب عن وجود جسيمات مثارة، وعادة ما تكون ذرات وجزيئات مشحونة وإلكترونات.
يشمل الاحتراق مجموعة كبيرة ومتنوعة من الظواهر ذات التطبيقات الواسعة في الصناعة والعلوم والمهن والمنزل ويستند التطبيق إلى المعرفة بالفيزياء والكيمياء والميكانيكا، حيث تصبح علاقتهم المتبادلة واضحة بشكل خاص في علاج انتشار اللهب.
معلومات عامة عن الاحتراق
- بشكل عام يعد الاحتراق أحد أهم التفاعلات الكيميائية، كما أنه من الممكن أن يتم اعتباره خطوة تتوج في أكسدة أنواع معينة من المواد، وحقيقة لقد كانت الأكسدة تعتبر في يوم من الأيام عبارة عن مجرد خليط من الأكسجين مع أي مركب أو عنصر آخر، ولكن لقد تم توسيع معنى الكلمة ليشمل أي تفاعل تفقد فيه الذرات الإلكترونات وبالتالي تصبح مؤكسدة.
- بالنسبة لتاريخ دراسة الاحتراق، لقد لوحظ الاحتراق والنار واللهب، وتم التكهن بها منذ أقدم العصور، وكل حضارة لها تفسيرها الخاص بها، فسر الإغريق الاحتراق من منظور عقائد فلسفية كان أحدها أن “مبدأً قابلاً للاشتعال” كان موجودًا في جميع الأجسام القابلة للاحتراق، وهذا المبدأ هرب عندما احترق الجسم ليتفاعل مع الهواء، كما تم توفير تعميم للمفهوم من خلال نظرية (phlogiston) التي تمت صياغتها في القرن السابع عشر.
