الاحتراق: مثلث الاحتراق ودرجة الاشتعال وقابلية الاشتعال

السؤال الافتتاحي: لماذا تشتعل أوراق الأشجار بسهولة بينما يحتاج غصن الشجرة وقتًا أطول؟ ولماذا تتصاعد سحب الدخان الأسود من حرائق الغابات؟

الاحتراق: تفاعل كيميائي بين مادة والأكسجين ينتج عنه حرارة أو ضوء أو كلاهما، وتتكوّن مواد جديدة تختلف حسب نوع المادة المحترقة.

مثلث الاحتراق (مثلث النار)

لكي يحدث الاحتراق ويستمر يجب أن تجتمع ثلاثة عناصر معًا:

1. المادة القابلة للاشتعال (الوقود).
2. الأكسجين.
3. طاقة حرارية (مصدر اشتعال).

• إذا أُزيل أي ضلع من أضلاع المثلث انطفأ الحريق: بتغطية النار (منع الأكسجين) أو إبعاد الوقود أو التبريد بالماء (سحب الحرارة).
• وهذا هو أساس طرق الإطفاء.

درجة الاشتعال

تجربة:

• نملأ كوبًا ورقيًا بالماء ونترك كوبًا ورقيًا آخر فارغًا، ونشعل شمعة أسفل كل منهما.
• نلاحظ أن الكوب الفارغ يشتعل أسرع ويحترق أولًا، بينما الكوب المملوء بالماء لا يحترق.

التفسير:

• لا يبدأ الاحتراق إلا إذا وصلت المادة إلى درجة اشتعالها.
• الكوب الفارغ ترتفع حرارته بسرعة فيصل إلى درجة اشتعاله، بينما الماء داخل الكوب الآخر يمتص الحرارة فتبقى درجة حرارة الورق أقل من درجة الاشتعال.

• درجة الاشتعال: أقل درجة حرارة يجب أن تصل إليها المادة لكي تبدأ في الاشتعال وتستمر في الاحتراق تلقائيًا.
• قابلية الاشتعال: تعبّر عن سهولة وسرعة اشتعال المادة عند درجات الحرارة المحيطة بها. المواد ذات درجة الاشتعال المنخفضة قابلة للاشتعال بسهولة (البنزين والكحول)، وتُسمى مواد ملتهبة، وتوضع على خزاناتها علامات تحذيرية.

احتياطات الأمان: عند التعامل مع اللهب نرتدي معدات الوقاية (نظارات وقفازات)، ونبعد المواد القابلة للاشتعال، ونُجهّز أدوات الإطفاء.

تطبيق: كيف يشتعل عود الثقاب؟

• رأس عود الثقاب يحتوي على مادة مؤكسدة مثل كلورات البوتاسيوم (KClO₃)، ومواد سريعة الاشتعال، بالإضافة إلى مواد لاصقة ومسحوق زجاج أو رمل.

• الجانب الخشن في علبة الثقاب يحتوي على الفوسفور الأحمر ومواد لاصقة ومسحوق زجاج أو رمل.

• عند حك العود بالعلبة تُحوّل حرارة الاحتكاك كمية ضئيلة من الفوسفور الأحمر إلى فوسفور أبيض يشتعل تلقائيًا في الهواء، فتتحلل كلورات البوتاسيوم محررةً الأكسجين:

  2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

  فيشتعل رأس العود والخشب بشدة بوجود الأكسجين الوفير.