الاحتراق: نقطة وميض ، اختلافات مع الأكسدة ، الخصائص
القابلية للاشتعال هي درجة تفاعل مركب للتفاعل بقوة طاردة للحرارة مع الأكسجين أو عامل مؤكسد آخر (عامل مؤكسد). لا ينطبق فقط على المواد الكيميائية ، ولكن أيضًا على مجموعة واسعة من المواد المصنفة حسب قوانين البناء وفقًا لذلك.
لذلك ، فإن الاحتراق مهم للغاية لإثبات سهولة حرق المواد. من هنا يتم إطلاق المواد القابلة للاشتعال أو المركبات والوقود وغير الوقود.
تعتمد قابلية احتراق المادة ليس فقط على خواصها الكيميائية (التركيب الجزيئي أو ثبات الروابط) ولكن أيضًا على علاقتها بحجم السطح ؛ أي ، طالما أن للكائن مساحة سطح أكبر (كما هو الحال مع غبار الجرانيت) ، كلما زاد ميله إلى الاحتراق.
بصريا ، يمكن أن تكون آثاره المتوهجة والمشتعلة مثيرة للإعجاب. النيران بألوانها الصفراء والحمراء (الأزرق والألوان الأخرى) ، تدل على تحول كامن ؛ على الرغم من أنه كان يعتقد سابقًا أن ذرات المادة قد تم تدميرها في هذه العملية.
تتضمن دراسات النار ، وكذلك دراسة الاحتراق ، نظرية كثيفة للديناميات 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 في بعض الأحيان انطباعًا بأنها على قيد الحياة. ومع ذلك ، بمعنى عقلاني صارم ، النار ليست أكثر من الطاقة التي تتجلى في الضوء والحرارة (حتى مع التعقيد الجزيئي الهائل للخلفية).
نقطة فلاش أو الاشتعال
المعروف باللغة الإنجليزية باسم Flash Point ، هو الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يتم فيها إشعال مادة لبدء الاحتراق.
تبدأ عملية الحريق بأكملها من خلال شرارة صغيرة توفر الحرارة اللازمة للتغلب على حاجز الطاقة الذي يمنع التفاعل من أن يكون تلقائيًا. خلاف ذلك ، فإن الحد الأدنى من ملامسة الأكسجين بمادة ما قد يؤدي إلى حرقها حتى تحت درجات حرارة التجمد.
نقطة الوميض هي المعلمة لتحديد كمية الوقود التي قد تكون أو لا تكون مادة ما. لذلك ، مادة قابلة للاحتراق للغاية أو قابلة للاشتعال لديه نقطة وميض منخفضة ؛ وهذا يعني ، أنه يتطلب درجات حرارة بين 38 و 93 درجة مئوية لحرق وإطلاق النار.
يحكم القانون الدولي الفرق بين مادة قابلة للاشتعال وقابلة للاشتعال. وبالتالي ، يمكن أن تتراوح درجات الحرارة المدروسة في القيم. أيضا ، عبارة "الاحتراق" و "القابلية للاشتعال" قابلة للتبادل ؛ لكنها ليست "قابلة للاشتعال" أو "قابلة للاحتراق".
تحتوي المادة القابلة للاشتعال على نقطة وميض أقل مقارنة بمادة قابلة للاحتراق. لهذا السبب ، قد تكون المواد القابلة للاشتعال أكثر خطورة من الوقود ، ويتم مراقبتها بدقة.
الاختلافات بين الاحتراق والأكسدة
تتكون كلتا العمليتين أو التفاعلات الكيميائية من نقل إلكتروني يمكن أن يشارك فيه الأكسجين أو لا يشارك فيه. إن غاز الأكسجين هو عامل مؤكسد قوي ، والذي يجعل من نشاطه الكهربي ارتباطه المزدوج O = O تفاعلي ، والذي بعد قبول الإلكترونات وتكوين روابط جديدة يطلق الطاقة.
وهكذا ، في تفاعل الأكسدة ، يكتسب O 2 إلكترونات أي مادة مخفضة بما فيه الكفاية (متبرع إلكترون). على سبيل المثال ، فإن العديد من المعادن التي تلامس الهواء والرطوبة تنتهي بالأكسدة. تغميق الفضة ، وتحمر الحديد ، والنحاس يمكن أن تتحول حتى patinated.
ومع ذلك ، فإنها لا تنبعث من النيران عند القيام بذلك. إذا كان الأمر كذلك ، فإن جميع المعادن لديها احتراق خطير والمباني سوف تحترق مع حرارة الشمس. هنا يكمن الاختلاف بين الاحتراق والأكسدة: مقدار الطاقة المنبعثة.
في الاحتراق ، يحدث الأكسدة عندما تكون الحرارة المنبعثة مكتفية ذاتيا ، مضيئة وساخنة. وبالمثل ، يعتبر الاحتراق عملية أكثر تسارعًا ، حيث يتم التغلب على أي حاجز طاقة بين المادة والأكسجين (أو أي مادة مؤكسدة ، مثل البرمنغنات).
يمكن للغازات الأخرى ، مثل Cl 2 و F 2 ، أن تبدأ تفاعلات الاحتراق الشديد الحرارة. ومن بين السوائل المؤكسدة أو المواد الصلبة هي الماء المؤكسج ، H 2 O 2 ، ونترات الأمونيوم ، NH 4 NO 3 .
خصائص الوقود
كما هو موضح للتو ، يجب ألا يكون هناك نقطة وميض منخفضة للغاية ، ويجب أن تكون قادرة على التفاعل مع الأكسجين أو المؤكسد. تدخل العديد من المواد في هذا النوع من المواد ، لا سيما الخضروات والبلاستيك والخشب والمعادن والدهون والمواد الهيدروكربونية ، إلخ.
بعضها صلب ، والبعض الآخر سائل أو غاز. الغازات ، بشكل عام ، تفاعلية لدرجة أنها تعتبر ، حسب التعريف ، مواد قابلة للاشتعال.
-Gases
الغازات هي تلك التي تحترق بسهولة أكبر ، مثل الهيدروجين والأسيتيلين ، C 2 H 4 . وذلك لأن الغاز يمتزج بشكل أسرع مع الأكسجين ، وهو ما يساوي مساحة اتصال أكبر. يمكنك بسهولة تخيل بحر من الجزيئات الغازية تتصادم مع بعضها البعض فقط عند نقطة الاشتعال أو الالتهاب.
تفاعل الوقود الغازي سريع وفعال لدرجة أنه يتم توليد الانفجارات. لهذا السبب ، فإن تسرب الغاز يمثل حالة عالية الخطورة.
ومع ذلك ، ليست كل الغازات قابلة للاشتعال أو قابلة للاحتراق. على سبيل المثال ، الغازات النبيلة ، مثل الأرجون ، لا تتفاعل مع الأكسجين.
يحدث نفس الموقف مع النيتروجين ، بسبب رابطة ثلاثية قوية N≡N ؛ ومع ذلك ، يمكن أن تنكسر في ظروف قاسية من الضغط ودرجة الحرارة ، مثل تلك الموجودة في عاصفة رعدية.
- الصلبة
كيف يتم احتراق المواد الصلبة؟ أي مادة تتعرض لدرجات حرارة عالية يمكن أن تشتعل فيها النيران ؛ ومع ذلك ، تعتمد السرعة التي يتم بها ذلك على العلاقة بين حجم السطح (وعوامل أخرى ، مثل استخدام الأفلام الواقية).
من الناحية المادية ، تستغرق المادة الصلبة وقتًا أطول لحرقها وتنتشر قدرًا أقل من النار لأن جزيئاتها تتلامس مع الأكسجين بشكل أقل من الطبقة الصلبة أو المسحوقة. على سبيل المثال ، يحترق صف من الورق أسرع بكثير من كتلة من الخشب من نفس الحجم.
أيضا ، كومة من الغبار الحديد اشتعلت فيها النيران بقوة أكبر مقارنة بشفرة الحديد.
المركبات العضوية والمعدنية
كيميائيا ، تعتمد قابلية احتراق المادة الصلبة على تكوين الذرات ، وترتيبها (غير المتبلور ، البلوري) والبنية الجزيئية. إذا كان مكونًا بشكل أساسي من ذرات الكربون ، حتى مع وجود بنية معقدة ، عندما تحترق ، سيحدث التفاعل التالي:
C + O 2 => CO 2
لكن الكربونات ليست وحدها ، ولكنها مصحوبة بالهيدروجين والذرات الأخرى ، والتي تتفاعل أيضًا مع الأكسجين. وبالتالي ، يتم إنتاج H 2 O و SO 3 و NO 2 وغيرها من المركبات.
ومع ذلك ، فإن الجزيئات المنتجة في الاحتراق تعتمد على كمية الأكسجين المتفاعل. إذا كان الكربون ، على سبيل المثال ، يتفاعل مع نقص الأكسجين ، يكون المنتج:
C + 1 / 2O 2 => CO
لاحظ أنه بين ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون ، يكون ثاني أكسيد الكربون أكثر أكسجينًا ، لأنه يحتوي على مزيد من ذرات الأكسجين. لذلك ، تولد الاحتراقات غير المكتملة مركبات ذات عدد أقل من ذرات O ، مقارنة بتلك التي يتم الحصول عليها في الاحتراق الكامل.
بالإضافة إلى الكربون ، قد تكون هناك مواد صلبة معدنية تتحمل درجات حرارة أعلى حتى قبل حرق وتوليد أكاسيدها المقابلة. على عكس المركبات العضوية ، لا تطلق المعادن غازات (ما لم تكن بها شوائب) ، لأن ذراتها محصورة في التركيب المعدني. يحترقون أين هم.
السوائل
تعتمد قابلية احتراق السوائل على طبيعتها الكيميائية ، وكذلك درجة أكسدة هذه المواد. السوائل المؤكسدة للغاية ، بدون العديد من الإلكترونات المتبرع بها ، مثل الماء أو رباعي فلوريد الكربون ، CF 4 ، لا تحترق بشكل كبير.
لكن الأهم من هذه الخاصية الكيميائية هو ضغط البخار. يكون للسائل المتطاير ضغط بخار مرتفع ، مما يجعله قابلاً للاشتعال وخطيرًا. لماذا؟ لأن الجزيئات الغازية "تسكع" سطح السائل هي أول من حرق ، وتمثل محور النار.
تتميز السوائل المتطايرة بإطلاق الروائح القوية وتحتل غازاتها بسرعة كمية كبيرة. البنزين هو مثال واضح على سائل شديد الاشتعال. وفيما يتعلق بالوقود ، يعتبر الديزل والمخاليط الأخرى من المواد الهيدروكربونية الثقيلة من بين أكثرها شيوعًا.
الماء
بعض السوائل ، مثل الماء ، لا يمكن أن تحترق لأن جزيئاتها الغازية لا تستطيع إعطاء إلكتروناتها للأكسجين. في الواقع ، يتم استخدامه غريزي لاخماد النيران وهي واحدة من أكثر المواد التي يطبقها رجال الاطفاء. يتم نقل حرارة النار الشديدة إلى الماء ، والتي تستخدمه للتغيير إلى مرحلة الغاز.
كيف شوهدت النار على سطح البحر في مشاهد حقيقية وخيالية ؛ ومع ذلك ، فإن الوقود الحقيقي هو النفط أو أي زيت غير قابل للماء مع الماء ويطفو على السطح.
جميع أنواع الوقود التي تحتوي على نسبة من الماء (أو الرطوبة) في تكوينها ، ونتيجة لذلك انخفاض في احتراقها.
هذا يرجع ، مرة أخرى ، إلى أن هذا الجزء من الحرارة الأولية يضيع عن طريق تسخين جزيئات الماء. لهذا السبب ، لا تحترق المواد الصلبة المبللة حتى يتم التخلص من محتواها المائي.
