ما هي تفاعلات الاحتراق؟ (مع أمثلة عليها)

بواسطة: - آخر تحديث: ١٠:٥٣ ، ٦ يونيو ٢٠٢١
ما هي تفاعلات الاحتراق؟ (مع أمثلة عليها)

ما هي تفاعلات الاحتراق؟

تفاعلات الاحتراق (بالإنجليزية: Combustion reactions)، هي التفاعلات المصنّفة ضمن التفاعلات الطارة للحرارة؛ إذ إنّ الطاقة المنبعثة من التفاعل تفوق الطاقة المستهلكة أثنائه، ويتم تفاعل الاحتراق عادةً بوجود الأكسجين اللازم لحدوث عملية التأكسد التي تبدأ بمجرّد وجود وميض من اللهب يساهم في تكسير الروابط الهيدروكربونية وتكون هذه العملية هي الأساس في استمرار التفاعل لتكوين روابط جديدة وإنتاج طاقة، وعند انطلاق هذه الطاقة على شكل حرارة يتسبب ذلك في استدامة التفاعل بشكل ذاتي لاحقًا.[١]

يتم الاحتراق الكامل المتعارف عليه عادةً بوجود الأكسجين مع مادة محترقة مثل؛ الوقود، وينتج منه غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار ماء، يصاحبهما ضوء وحرارة،[٢]وتوضّح المعادلة الآتية الصورة العامّة لتفاعل الاحتراق:[٣]

هيدروكربون + أكسجين --> ثاني أكسيد الكربون + ماء


أمثلة على تفاعلات الاحتراق

ما أهم التفاعلات التي تعد من الأمثلة على تفاعلات الاحتراق؟ فيما يأتي بعض أهم الأمثلة على تفاعلات الاحتراق مع معادلات توضّح المتفاعلات والنواتج في كلّ منها:[٣]


التفاعل
المعادلة الكيميائية الموزونة للتفاعل بالرموز
تفاعل احتراق الميثان (Methane)
CH4 + 2 O2 → CO2+ 2 H2O
تفاعل احتراق النفثالين (Naphthalene)
C10H8 + 12 O2 → 10 CO2 + 4 H2O
تفاعل احتراق الإيثان (Ethane)
2C2H6 + 7 O2 → 4 CO2 + 6 H2O
تفاعل احتراق البيوتان (Butane)، من أمثلته الولّاعات
2C4H10 +13O2 → 8CO2 +10H2O
تفاعل احتراق الميثانول (Methanol) ويُطلق عليه كحول الخشب
2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O
تفاعل احتراق البروبان (Propane)، من أمثلته الشوّايات أو المواقد المستخدمة في المطبخ والمدافئ
2C3H8 + 7O2 → 6CO2 + 8H2O
تفاعل احتراق الإيثانول (Ethanol)[٤]
C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
تفاعل احتراق الكيروسين (Kerosene).[٥]
2C12H26 + 37O2 → 24CO2 + 26H2O
تفاعل احتراق ثنائي نيترو إيثيلين (Fuel dinitroethylene).[٥]

2C2H2N2O4 + O2 → 4CO2 + 2H2O + 2N2

تفاعل احتراق السيكلوبروبانول (Cyclopropanol).[٥]

C3H6O + 4O2 → 3CO2 + 3H2O


ما أهمية تفاعلات الاحتراق؟

تأتي أهمية تفاعلات الاحتراق من خلال الاعتماد عليها في مجالات الحياة اليوميّة المتعدّدة، وفيما يأتي بعض أهم استخداماتها:

  • الحصول على النار من خلال إشعال الحطب.[٦]
  • إشعال عود الثِّقاب بتعريض رأسه للاحتكاك أولًا، مما يؤدي إلى الحصول على اللهب بسبب تفاعل الاحتراق.[٦]
  • عملية احتراق الفحم الذي يتكوّن من عنصر الكربون بشكل أساسي، وهو من مصادر الطاقة الهامّة في حياة الإنسان.[٦]
  • إطلاق الألعاب النارية والحصول على الشرارات الملوّنة المضيئة.[٦]
  • عمليات حرق الوقود المستخدم لتسيير المركبات المختلفة، مثل حرق البنزين والديزل.[٧]
  • عملية حرق الوقود الطبيعي وهو مصدر بديل للطاقة المفيد لاستخدامات الطبخ.[٧]
  • تشغيل مصانع إنتاج الطاقة الحرارية.[٧]
  • عمليات احتراق الشموع.[٧]


أنواع تفاعلات الاحتراق

ما أنواع تفاعلات الاحتراق؟ تنقسم تفاعلات الاحتراق إلى عدّة أنواع رئيسية، فيما يأتي تفصيل لكلّ منها:

تفاعلات الاحتراق التامّة

الاحتراق التامّ (بالإنجليزية: Complete combustion)، يُطلق عليه أيضًا اسم الاحتراق النظيف،[٨]سُمّي بهذا الاسم بسبب طريقة حدوثه التي ترتكز على عدم ترك العديد من المخلّفات والنواتج غير المهمّة بعد حدوثه؛ إذ يتم احتراق المواد المتفاعلة بشكل تامّ، وهو الاحتراق الذي لا يتم إلا بوجود الأكسجين والوقود،[٩]وينتج منه غاز ثاني أكسيد الكربون وماء بشكل أساسي عند أكسدة الهيدروكربون ومن أبرز أمثلته؛ احتراق الشّمع،[٨]كما يمكن تكوّن نواتج على شكل بقايا أكاسيد أخرى حسب العناصر المتفاعلة مثل؛ أكاسيد النيتروجين التي تنتج عند احتراق النيتروجين.[٩]

تفاعلات الاحتراق غير التامّة

الاحتراق غير التامّ (بالإنجليزية: Incomplete combustion)، يُطلق عليه أيضًا اسم الاحتراق المُتّسخ،[٨]ويُسبّبه شحّ وجود الأكسجين بحيث تكون الكميّة الموجودة غير كافية لإتمام الاحتراق بشكل تام،[٩]وينتج بسبب هذا النوع من الاحتراق أول أكسيد الكربون والكربون (يُعرف بالسخام) مع وجود نواتج الاحتراق التام نفسها؛ ماء وثاني أكسيد الكربون بالإضافة إلى بعض المواد الأخرى،[٨]ويُعدّ التفاعل غير التامّ من التفاعلات قليلة الكفاءة؛ إذ يكون إنتاجها للطاقة أضعف.[٩]

تفاعلات الاحتراق السّريع

الاحتراق السريع (بالإنجليزية: Rapid combustion)، هو الاحتراق الذي يحدث كرد فِعل؛ إذ إنّه لا يمكن حدوثه دون تعرّضه لطاقة خارجية تُسرّع منه ومن عملية إنتاجه للطاقة، يبقى تفاعل الاحتراق من هذا النوع قائمًا إلى أن يتم استهلاك جميع كمية الوقود المتاحة بالحرق، وينتج عنه كمّيات هائلة من الطاقة الحرارية والطاقة الضوئية،[٩]من أبرز الأمثلة على هذا النوع؛ عملية إشعال نار غاز الطّبخ والتي تتمّ لحظيًا أو عملية إشعال النار في موقد الكيروسين والتي تتم بوقت زمني سريع أيضًا مُنتِجة حرارة وضوء.[١٠]

تفاعلات الاحتراق التلقائي

الاحتراق التلقائي (بالإنجليزية: Spontaneous combustion)، سمّي هذا النوع بالتلقائي لعدم وجود حاجة لأي طاقة خارجية للبدء به، فيحدث بشكل تلقائي تمامًا أي من تلقاء نفسه؛ إذ تعمل التفاعلات الداخلية على توليد طاقة حرارية تدريجيًا، ثمّ تخرج هذه الحرارة تدريجيًّا إلى وسط يحتوي على أكسجين كافٍ للتفاعل، وبمجرّد وصول درجة الحرارة إلى الحد اللازم للتفاعل فإنّ التفاعل سيبدأ تلقائيًا ويؤدي إلى الاشتعال،[٩]ومن أبرز الأمثلة على ذلك:

  • احتراق مادة الفسفور (Phosphorus) القابلة للاشتعال في ظلّ الظروف العادية (درجة حرارة الغرفة) ودون استعمال حرارة خارجيّة.[٩]
  • حرائق الغابات التي تسببها حرارة الشمس الشديدة بشكل أساسي.[١٠]
  • حرائق غابات القشّ أو الخشب المؤدية للحرائق الكبيرة في الغابات.[١٠]
  • احتراق غبار الفحم (Coal dust) الموجود في مناجم الفحم بشكل تلقائي وسريع.[١٠]

تفاعلات احتراق الانفجار

احتراق الانفجار (بالإنجليزية: Explosive combustion)، جاءت تسميته حسب طريقة حدوثه وهي الانفجار؛ إذ إن هذا النوع من التفاعلات يتم بصورة سريعة جدًا وينتج عنه طاقة حرارية وطاقة ضوئية يصاحبهما صوت الانفجار،[٩]كما يتميّز بتصاعد سريع لكميّات كبيرة من الغازات،[١٠]ومن أبرز أمثلته؛ إطلاق الألعاب الناريّة التي تبدأ من خلال إشعالها بالحرارة.[٩]

المراجع[+]

  1. "Are Combustion Reactions Exothermic?", sciencing, Retrieved 6/6/2021. Edited.
  2. "Combustion Reaction", ck12, Retrieved 6/6/2021. Edited.
  3. ^ أ ب "Combustion Reactions in Chemistry", thoughtco, Retrieved 6/6/2021. Edited.
  4. "11.6: Combustion Reactions", libretexts, Retrieved 6/6/2021. Edited.
  5. ^ أ ب ت "4.4 Composition, Decomposition, and Combustion Reactions", lardbucket, Retrieved 6/6/2021. Edited.
  6. ^ أ ب ت ث "Combustion Reaction Examples", softschools, Retrieved 6/6/2021. Edited.
  7. ^ أ ب ت ث "What are five examples of combustion in your everyday life?", byjus, Retrieved 6/6/2021. Edited.
  8. ^ أ ب ت ث "Combustion Reaction Definition and Examples", sciencenotes, Retrieved 6/6/2021. Edited.
  9. ^ أ ب ت ث ج ح خ د ذ "BACK TO THE BASICS: 5 IMPORTANT CLASSIFICATIONS OF COMBUSTION", ACI controls, Retrieved 6/6/2021. Edited.
  10. ^ أ ب ت ث ج "Types of combustion", classnotes, Retrieved 6/6/2021. Edited.