08 8. احتراق الفلزات واللافلزات، والاحتراق التام وغير التام
احتراق الفلزات
عند إشعال شريط الماغنسيوم يحترق بلهب أبيض ساطع ويتكوّن مسحوق أبيض (MgO):
2Mg + O₂ → 2MgO
القاعدة: تحترق معظم الفلزات وتنتج أكاسيد فلزية قاعدية. بعض هذه الأكاسيد يذوب في الماء فيعطي محلولًا قلويًا يحوّل لون صبغة دوار الشمس إلى الأزرق.
احتراق اللافلزات
يتوهّج الفحم (الكربون) عند احتراقه ويتصاعد غاز ثاني أكسيد الكربون:
C + O₂ → CO₂
القاعدة: تحترق معظم اللافلزات وتنتج أكاسيد لافلزية حمضية. معظمها يذوب في الماء مكوّنًا حمضًا يحوّل صبغة دوار الشمس إلى الأحمر (مثل CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃).
الاحتراق التام والاحتراق غير التام
تجربة موقد بنزن:
- نضع ماء في أنبوبة اختبار ونعرّضها للهب بنزن مع فتح صمام الهواء كاملًا (لهب أزرق) لمدة دقيقة، ثم نغلق صمام الهواء جزئيًا فيتحول اللهب إلى أصفر ونعرّض الأنبوبة له دقيقة.
- مع اللهب الأزرق: تبقى قاعدة الأنبوبة نظيفة.
- مع اللهب الأصفر: تتكوّن طبقة من مسحوق أسود (كربون غير محترق، أي السناج) على قاعدة الأنبوبة.
معلومة:
- الغازات المستخدمة في موقد بنزن والمواقد المنزلية تنتمي إلى الهيدروكربونات، وهي مركبات تتكوّن أساسًا من عنصري الهيدروجين والكربون.
- الغاز الطبيعي يتكوّن أساسًا من الميثان (CH₄)، وغاز البوتاجاز معظمه بروبان وبيوتان.
الاحتراق التام للهيدروكربونات: يحدث عند توافر وفرة من الأكسجين، وينتج ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وكمية كبيرة من الطاقة الحرارية:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + طاقة
الاحتراق غير التام: يحدث عند عدم توافر كمية كافية من الأكسجين، وتعتمد نواتجه على كمية الأكسجين المتاحة. في حالة الميثان:
- 2CH₄ + 3O₂ → 2CO + 4H₂O + طاقة (ينتج أول أكسيد الكربون السام)
- CH₄ + O₂ → C + 2H₂O + طاقة (ينتج الكربون "السناج")
ملاحظة مهمة: الاحتراق غير التام لكتلة معينة من الوقود يطلق طاقة حرارية أقل من الاحتراق التام لنفس الكتلة.
مثال محلول (7): كم جزيء أكسجين يلزم لاحتراق جزيئين من الميثان؟
- احتراق تام: 2CH₄ + 4O₂ → 2CO₂ + 4H₂O ← 4 جزيئات O₂.
- احتراق غير تام ينتج CO: 2CH₄ + 3O₂ → 2CO + 4H₂O ← 3 جزيئات O₂.
- احتراق غير تام ينتج C: 2CH₄ + 2O₂ → 2C + 4H₂O ← 2 جزيء O₂.
نلاحظ أن النقص في الأكسجين يقلل ما يلزم منه ويغيّر النواتج من CO₂ إلى CO ثم إلى C.
مثال محلول (8): احتراق 4 جزيئات ميثان احتراقًا تامًا. نضرب معادلة الاحتراق التام في 2: 4CH₄ + 8O₂ → 4CO₂ + 8H₂O ، فيلزم 8 جزيئات أكسجين.
تطبيق: لون اللهب في موقد الغاز المنزلي
- لهب أزرق: يدل على توافر أكسجين كافٍ فيحدث احتراق تام؛ ينتج CO₂ وبخار ماء وحرارة كبيرة، فيكون التسخين أسرع واستهلاك الغاز أقل.
- لهب أصفر أو برتقالي: يدل على احتراق غير تام لنقص الأكسجين؛ ينتج غاز أول أكسيد الكربون السام ويتكوّن سناج أسود يترسب على الأواني، وتقل كفاءة التسخين. العلاج: تنظيف فتحات الموقد أو ضبط دخول الهواء.