ترکیب شیمیایی آتش: چه چیزی آتش را می سازد؟

آتش از چه چیزی تشکیل شده است؟ شما می دانید که آتش حرارت و نور تولید می کند، اما آیا تا به حال به ترکیب شیمیایی یا حالت ماده آن فکر کرده اید؟

• شعله ترکیبی از سوخت، نور و جامدات و گازهایی است که هم آتش را تشکیل می دهند و هم توسط آن تولید می شوند. احتراق ناقص زغال سنگی تولید می کند که عمدتاً از کربن تشکیل شده است.
• آتش عمدتاً یک حالت ماده به نام پلاسماست. با این حال، بخش هایی از شعله شامل جامدات و گازها هستند.
• ترکیب شیمیایی دقیق آتش به نوع سوخت و اکسیدکننده آن بستگی دارد. اکثر شعله ها شامل دی اکسید کربن، بخار آب، نیتروژن و اکسیژن هستند.

آتش از چه چیزی تشکیل شده است؟

آتش نتیجه یک واکنش شیمیایی به نام احتراق است. در یک نقطه مشخص در واکنش احتراق که به آن نقطه احتراق می گویند، شعله ها تولید می شوند. معمولاً شعله ها عمدتاً شامل دی اکسید کربن، بخار آب، اکسیژن و نیتروژن هستند.

در واکنش احتراق معمولی، سوختی مبتنی بر کربن در هوا (اکسیژن) می سوزد. به طور بالقوه، آتش تنها شامل گازهای ناشی از سوخت، دی اکسید کربن، آب، نیتروژن و اکسیژن می باشد. با این حال، احتراق ناقص به تعدادی از دیگر احتمال ها منجر می شود. زغال سنگ یکی از اجزای اصلی احتراق ناقص است. زغال سنگ عمدتاً شامل کربن است، اما مولکول های آلی مختلف نیز ممکن است وجود داشته باشد. سایر گازهای موجود در آتش شامل مونوکسید کربن و گاهی اوقات اکسیدهای نیتروژن و اکسیدهای گوگرد هستند.

شعله شمع شامل بخار آب، دی اکسید کربن، آب، نیتروژن، اکسیژن و زغال سنگی است که داغ و تابان بوده و نور/حرارت ناشی از واکنش شیمیایی را تولید می کند.

آتش بدون اکسیژن

آتش در واقع به اکسیژن نیاز ندارد. بله، اکسیدکننده ای که معمولاً با آن مواجه می شویم اکسیژن است، اما مواد شیمیایی دیگری نیز وجود دارند. به عنوان مثال، سوختن هیدروژن با کلر به عنوان اکسیدکننده نیز شعله تولید می کند. محصول واکنش کلرید هیدروژن (HCl) است، بنابراین آتش شامل هیدروژن، کلر، HCl، نور و حرارت می باشد. ترکیبات دیگر شامل هیدروژن با فلورین و هیدرازین با نیتروژن تتروکسید هستند.

حالت ماده آتش

در شعله شمع یا آتش کوچک، بیشتر ماده موجود در شعله شامل گازهای داغ است. یک آتش بسیار داغ به اندازه کافی انرژی آزاد می کند تا اتم های گازی را یونیزه کرده و حالت ماده ای به نام پلاسما را تشکیل دهد. نمونه هایی از آتش که شامل پلاسما هستند، آنهایی هستند که توسط مشعل های پلاسما و واکنش ترمیت تولید می شوند.

تفاوت های اصلی بین گازها و پلاسما شامل فاصله بین ذرات و بار الکتریکی آنها است. گازها شامل مولکول ها، اتم ها و یون هایی هستند که فاصله زیادی از یکدیگر دارند. فاصله بین ذرات در پلاسما بسیار بیشتر است. علاوه بر این، ذرات در پلاسما تقریباً به طور انحصاری ذرات باردار (یون ها) هستند.

چرا آتش داغ است

آتش حرارت و نور ساطع می کند زیرا واکنش شیمیایی که شعله ها را تولید می کند گرمازا است. به عبارت دیگر، احتراق بیشتر انرژی آزاد می کند نسبت به مقداری که برای شروع یا حفظ آن نیاز است. برای وقوع احتراق و تشکیل شعله ها، سه چیز باید وجود داشته باشد: سوخت، اکسیژن و انرژی (معمولاً به صورت حرارت). هنگامی که انرژی واکنش را آغاز می کند، تا زمانی که سوخت و اکسیژن وجود داشته باشند، ادامه می یابد.

آتش سرد

در حالی که تمامی آتش ها حرارت تولید می کنند یا گرمازا هستند، برخی از آتش ها نسبت به دیگران خنک تر هستند. آتش های موسوم به "آتش سرد" به آتش هایی اشاره دارند که در دمای زیر حدود 400 درجه سانتی گراد (752 درجه فارنهایت) می سوزند. در این دما، شعله آتش نامرئی است، اما واکنش ادامه می یابد. در حالی که آتش سرد به نسبت بر روی زمین نادر است، دانشمندان آن را در فضا تولید کرده اند. در یک محیط میکروگرانشی، آتش با شعله ای کروی می سوزد. آتش سرد به طور متفاوتی نسبت به احتراق عادی می سوزد. معمولاً، حرارت یک آتش (و گرانش) محصولات احتراق را از واکنش دور می کند. در یک شعله خنک، این محصولات در محدوده واکنش باقی می مانند و بیشتر شرکت می کنند. در نهایت، یک آتش سرد می تواند زباله های خود را بسوزاند.

در زمین، شعله های خنک تر از سوخت های خاصی با ناپایداری بالا ناشی می شوند. به عنوان مثال، الکل شعله ای خنک تر از استیلن تولید می کند. دسترسی به اکسیژن نیز اهمیت دارد. زمانی که اکسیژن محدود است، واکنش نیز محدود می شود و آتش خنک تر می شود.