محتويات
تفاعل مركب مع فلز يسمى تفاعل احتراق
إن تفاعل مركب مع فلز يسمى تفاعل احتراق، وتفاعل الاحتراق من أنواع التفاعلات المهمة التي تتم بكثرة في الحياة العملية، حيث أن جميع عمليات الحصول على الطاقة للكثير من الاستخدامات وخاصة الاستخدامات الصناعية لا تتم إلا عن طريق الاحتراق، وتفاعل الاحتراق يتم عادة بين مادة قابلة للاشتعال ومادة قابلة للأكسدة.
تفاعلات الاحتراق بشكل عام هي تفاعلات أكسدة شديدة طاردة للحرارة بين مادة مؤكسدة ومواد تحتوي على كربون وعادة ما يكون الوقود المستخدم في الكثير من العمليات الحيوية، ويكون المنتج النهائي الناتج من تفاعل الاحتراق هو الوقود المؤكسد والذي يتحرر دائمًا من هذا التفاعل في صورة غازية ويشار إليه باسم الدخان، ومن غير المألوف أن تصاحب تفاعلات الاحتراق ألسنة اللهب لذلك من الضروري أن نلاحظ أنه لا تؤدي جميع تفاعلات الاحتراق إلى نشوب حرائق.
يتم الاحتراق عادة بين مركب من المركبات الهيدروكربونية وهذا هو المركب الذي يتم العمل عليه، مع مادة تحتوي على الأكسجين والتي غالبًا ما تكون أكسيد فلز معين يستطيع التفاعل مع هذه المادة الهيدروكربونية، ولا بد حتى يكتمل هذا التفاعل أن يكون التفاعل في درجات حرارة مرتفعة.
من أشهر تفاعلات الاحتراق التي يمكننا فيها ملاحظة جميع خصائص تفاعلات الاحتراق هي عملية تحويل الهيدروجين والأكسجين إلى بخار الماء، وهي عملية تستخدم على نطاق واسع لتشغيل محركات الصواريخ، حيث يتم استخدام الهيدروجين كوقود.
ويستخدم الأكسجين كعامل مؤكسد، ويتم إطلاق ما يقرب من 242 كيلوجول وأكثر من الحرارة لكل مول من الوقود المعرض للاحتراق في هذه العملية الشهيرة، ويتم استخدام الهيدروجين كوقود للصواريخ وسفن الفضاء التي تطلق في الفضاء لأنه يوفر مصدر طاقة نظيف لا يؤدي إلى تلويث البيئة خلافًا لعمليات احتراق الوقود الحفري والذي يتم استخدامه حتى الآن في المصانع المختلفة.[1][2]
متى يكون التفاعل تفاعل احتراق
عندما يتم التفاعل في درجات حرارة مرتفعة .
تفاعل الاحتراق هو تفاعل يتم بين مركب وأكسيد الفلز، ويمكن أن يكون المركب مادة غير هيدروكربونية ولكن لا بد أن تكون هذه المادة قابلة للأكسدة حتى يتم إطلاق الطاقة لأن هذا التفاعل هو تفاعل طارد للحرارة، ولكن لا بد أن يتم التفاعل في درجات حرارة مرتفعة فالتفاعل يكون ماص للحرارة في البداية ومن ثم يحدث طرد للحرارة وهذا ما يحدث في حالة حرق الوقود والأخشاب، فمن المعروف أن الوقود الصلب مثل الفحم والخشب يخضع في البداية لانحلال حراري ماص للحرارة مما يؤدي إلى تكوين وقود غازي، ثم بعد احتراق الوقود الغازي يتم توفير الحرارة اللازمة للمزيد من الاحتراق، فهو بذلك طارد للحرارة التي تسبب المزيد من الاشتعال.
يتم اعتبار تفاعل الاحتراق أحيانًا من تفاعلات الأكسدة، لأنه حتى تحدث عملية الاحتراق لا بد أن يكون الأكسجين موجودًا بشكل أساسي لأن الأكسجين هو الغاز الوحيد الذي يدعم الاحتراق، ويحدث تفاعل الاحتراق دائمًا عندما تتفاعل مادة ما مع الأكسجين لتحرير الطاقة مثل احتراق الميثان مع الأكسجين، فعند احتراق الميثان مع الأكسجين يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون والماء بجانب الحرارة، وأكثر ما يوضح عملية الاكسدة في هذه العملية تكوين ثاني أكسيد الكربون، ويمكن أن تحدث عملية الاحتراق في وجود الأكسجين بكميات كبيرة أو بكميات محدودة، ولكن في هذه الحالة تختلف أنواع عملية الاحتراق.[1][2][3]
أمثلة على تفاعلات الاحتراق
- احتراق البترول.
- احتراق أعواد الثقاب.
- الألعاب النارية.
- محركات السيارات.
يحدث تفاعل الاحتراق بشكل دائم في حياتنا اليومية وفي الكثير من الأنشطة التي نمارسها كل يوم، حيث يحدث الاحتراق بنفس الآلية ولكن باختلاف المواد التي تتفاعل مع بعضها البعض، ومن هذه التفاعلات اليومية:
احتراق البترول: هناك بعض المناطق التي ما زالت تستخدم البترول كمصدر للوقود لطهي الطعام، لذلك يتضمن احتراق وقود غاز البترول المسال في مواقد الطعام للطهي والاستخدامات الأخرى، تفاعل احتراق بين الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي وغاز البترول المسال، فيعتبر غاز البترول المسال هو المادة القابلة للأكسدة التي تتفاعل مع الاكسجين وهو المادة القابلة للاشتعال مما يؤدي لاتمام عملية الاحتراق وإنتاج الطاقة اللازمة لطهي الطعام والكثير من الاستخدامات الأخرى.
احتراق أعواد الثقاب: تعد عملية إشعال أعواد الثقاب من أشهر تفاعلات الاحتراق، حيث تعتمد إضاءة أعواد الثقاب على تفاعل الاحتراق من خلال تسخين الفسفور الأحمر الموجود على طرف عود الثقاب من خلال ضربه وحكه على سطح خشن، مما يؤدي إلى تفاعل احتراق بين الفوسفور والأكسجين الموجود في الغلاف الجوي، فيؤدي إلى احتراقه وإشعال النار وإنتاج الطاقة.
الألعاب النارية: تعد عملية انفجار الألعاب النارية رد فعل لتفاعل الاحتراق، حيث تتفاعل المواد المكونة لهذه الألعاب النارية مع أكسجين الهواء الجوي، مما يؤدي إلى احتراقها وإشعالها، وفي تفاعلات الاكسدة والاختزال في هذا التفاعل يتم دمج أيونات معينة في الوقود المكون لها لإضفاء لون على اللهب، مما يعطيها لونها وأشكالها المميزة التي تظهر لنا.
محركات السيارات: تعتمد الكثير من السيارات والمحركات على الوقود الحفري كمصدر للطاقة مثل البترول، لذلك لا تعمل السيارات ووسائل النقل الأخرى إلا عن طريق تفاعل الاحتراق لهذا الوقود مثل البنزين أو الديزل مع الأكسجين، ومن ثم يتم إنتاج الطاقة وتعمل السيارات والدراجات.[1]
ما هي أنواع الاحتراق
- تفاعل احتراق كامل.
- تفاعل احتراق غير كامل.
يتم تصنيف تفاعلات الاحتراق لنوعين أساسيين اعتمادًا على كمية الأكسجين التي تكون موجودة في التفاعل، سواء كان الأكسجين المرتبط بالفلز أو أكسجين الهواء الجوي، ويكون لكل من النوعين ردة فعل معينة بحسب كمية الأكسجين الموجودة، وأنواع تفاعل الاحتراق هم:
تفاعل احتراق كامل: تفاعل الاحتراق الكامل هو التفاعل الذي يكون فيه كمية كافية من الأكسجين قادرة على إتمام عملية الاحتراق لجميع جزيئات المادة الموجودة، ويطلق على هذا النوع من تفاعلات الاحتراق تفاعل الاحتراق النظيف وتعني الاكسدة الكاملة للوقود لأنه عادة ما تكون المادة هي مادة هيدروكربونية، ويتم تحرير الماء وثاني أكسيد الكربون فقط من هذه التفاعلات.
ومن الأمثلة الشائعة على هذا الاحتراق النظيف، احتراق الشمع حيث أن الشمع مادة هيدروكربونية تخضع للاحتراق النظيف لإنتاج ثاني أكسيد الكربون فقط وكميات صغيرة من الماء كمنتج، ويمكن ملاحظة عدم وجود أي رماد أو منتجات ثانوية عند احتراق الشمعة بأكملها، ويتميز تفاعل الاحتراق الكامل بأنه تفاعل طارد للحرارة بدرجة عالية مما يؤدي لتوفير كميات مناسبة من الطاقة، ويتم هذا التفاعل باستخدام اللهب الأزرق.
تفاعل احتراق غير كامل: إن تفاعل الاحتراق غير الكامل هو التفاعل الذي يتم في وجود كمية غير كافية من الأكسجين لحرق جميع جزيئات المادة الموجودة، ويتم تسمية هذا التفاعل بالتفاعل غير النظيف لأن المنتجات النهائية لتفاعل الاحتراق غير الكامل تتضمن الرماد والسخام، كما يتم إطلاق غاز أول أكسيد الكربون كمنتج من التفاعل وهو غاز شديد السمية، ومن الأمثلة الشائعة على تفاعل الاحتراق غير الكامل حرق الأخشاب وحرق الوقود الحفري، وتفاعل الاحتراق غير الكامل تفاعل غير طارد للحرارة أو غير طار للحرارة بدرجات عالية، ويتم باستخدام اللهب الأصفر.[1][2]
