لماذا يشتعل الخشب بينما لا يحترق المعدن؟

يرجع السبب في اشتعال بعض الأشياء وعدم احتراق أجسام أخرى إلى روابطها الكيميائية والطاقة التي يتطلبها تغيير أو كسر تلك الروابط.

وتحتاج النار إلى بعض الأشياء للوجود: الأكسجين والحرارة والوقود. والأكسجين غاز موجود في الهواء. ويمكن إنشاء الحرارة بالاحتكاك، كما هو الحال عندما تضرب عود ثقاب، أو يمكن إنشاؤها بطرق أخرى، مثل صاعقة البرق. أما الوقود، فهو الشيء الذي يحترق: بشكل عام، يمكن أن يكون أي شيء مكون من مادة عضوية، كما قال كارل بروزيك، الكيميائي في جامعة أوريغون، لـ "لايف ساينس". وفي هذه الحالة، تشير كلمة "عضوي" إلى الجزيئات التي تتكون أساسا من روابط كربون-هيدروجين وفي بعض الأحيان تشتمل على أكسجين أو ذرات أخرى، مثل الفوسفور أو النيتروجين.

وعلى وجه التحديد، يعد الحرق تفاعلا كيميائيا يطلق الطاقة من نظام غير مستقر مع روابط كيميائية ضعيفة نسبيا.

وقال بروزيك إن كل شيء يريد أن يكون أكثر استقرارا، وخاصة الجزيئات العضوية التي تحتوي على الكربون والأكسجين والهيدروجين وبعض العناصر الأخرى. وهناك مواد مثل الخشب والورق، التي تشتعل فيها النيران بسهولة، مصنوعة من السليلوز - وهو جزيء يتكون من روابط بين الكربون والهيدروجين والأكسجين.

 

وقال بروزيك إنه عندما يحترق شيء ما، فإنه ينتهي "بإطلاق الكثير من الطاقة لأنك تقوم الآن بنقل النظام إلى حالة طاقة أقل. وهذه الطاقة يجب أن تذهب إلى مكان ما".

وعندما تشتعل النيران في جسم مصنوع من الخشب، يتحول السليلوز الذي يتكون منه الخشب إلى ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء - وكلاهما جزيئات مستقرة جدا ذات روابط قوية. وتثير الطاقة المنبعثة من هذا التفاعل الكيميائي الإلكترونات في ذرات الغاز، والتي بدورها تبعث الضوء المرئي. وقال بروزيك إن هذا الضوء يبدو لنا كاللهب.

وقال بروزك إن الفرق بين الجذع والوعاء المعدني له علاقة بمدى قدرة المادة على توزيع الطاقة المستخدمة عند تطبيق النار عليها، وهو ما يفسر مدى قوة روابطها الكيميائية. ولا يمكن كسر الروابط الكيميائية القوية في المعدن بسهولة. وفي غضون ذلك، تفتقر قطعة الخشب إلى تلك الروابط القوية، لذلك لا تملك القدرة على امتصاص الطاقة من اللهب. وبدلا من امتصاص الطاقة، يطلق الخشب الطاقة عن طريق اشتعال النار. لكن المعدن الموجود في الإناء "يتمتع بقدرة هائلة على امتصاص تلك الطاقة وتبديدها"، وهذا هو سبب الإحساس بالحرارة عند لمسه.

ويمكن أن يؤدي الامتصاص الأفضل للحرارة أيضا إلى منع الخشب من الاشتعال. وقال بروزك إذا تم وضع لهب على كوب ورقي مملوء بالماء، فلن يحترق الكوب. ونظرا لأن الماء الموجود في الكوب يمكن أن يمتص الحرارة، فلن تشتعل النيران في الورق. (على الرغم من أننا لا نوصيك بتجربة هذا بنفسك).

ومع ذلك، فإن بعض المعادن تحترق. وتستخدم هذه "المعادن القابلة للاحتراق"، بما في ذلك البوتاسيوم والتيتانيوم، في صناعة الألعاب النارية. وقال بروزيك إن المعادن الموجودة في الألعاب النارية هي في شكل مسحوق، ما يوفر مساحة أكبر لها لتتفاعل بشكل أسرع مع الحرارة والأكسجين. وعندما تتعرض تلك المعادن لحرارة كافية للتفاعل مع الأكسجين، فإن كمية الطاقة المنبعثة تجعلها تحترق بألوان مختلفة.

المصدر: لايف ساينس