يعرف كل بيت جزائري موقد الغاز وسخان الماء، وكلاهما يعمل بالاحتراق. وقد تلاحظ أحيانًا أن لهب الموقد يكون أزرق نظيفًا، وأحيانًا يكون أصفر برتقاليًا يترك سوادًا على قاع الإناء. هذا الفرق ليس مصادفة، بل هو الفرق بين الاحتراق التام وغير التام، وهو درس مهم في ميدان المادة وتحولاتها في السنة الثالثة متوسط، وفيه رسالة سلامة: أحادي أكسيد الكربون غاز سام لا لون له ولا رائحة. تعرض هذه الصفحة تجربة الاحتراق غير التام، ثم نواتجه، ثم معادلاته، ثم خطره وقواعد الوقاية، وتنتهي بأخطاء شائعة وتمارين محلولة.
تذكير: الاحتراق التام
الاحتراق تفاعل كيميائي بين وقود (كالبوتان) ومؤكسد (غاز الأكسجين في الهواء) ينتج حرارة ولهبًا. وفي الاحتراق التام، ويكون الأكسجين كافيًا، تتحول ذرات الكربون في الوقود كلها إلى ثنائي أكسيد الكربون ويتحول الهيدروجين إلى ماء، ويكون اللهب أزرق. والبوتان C₄H₁₀ مثال: 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O.
تجربة الاحتراق غير التام
نستعمل موقدًا حراريًا فيه فتحة لدخول الهواء. نغلق هذه الفتحة بالإصبع أو بأي شيء ونترك فتحة صغيرة جدًا، فيدخل جزء من الهواء فقط، وبذلك يقل غاز الأكسجين الواصل إلى اللهب.
نلاحظ ما يلي:
- يتحول لون اللهب إلى أصفر برتقالي (كما في الوثيقة المصورة في الكتاب المدرسي، حيث يظهر شخص يغلق الفتحة ويترك منفذًا صغيرًا).
- إذا وضعنا جسمًا باردًا (طبق خزفي مثلًا) فوق اللهب ظهر عليه سواد هو السناج، أي ذرات كربون صلب.
- يكون اللهب أقل حرارة من اللهب الأزرق.
تفسير التجربة ونواتج الاحتراق غير التام
حين يكون الأكسجين غير كافٍ لا تتحول ذرات الكربون كلها إلى CO₂، بل تتشكل نواتج أخرى:
- أحادي أكسيد الكربون
CO: غاز سام جدًا بلا لون ولا رائحة. - الكربون
C: يظهر على شكل سناج (سواد) وهو الذي يسوّد الأواني. - الماء
H₂O: بخار الماء كذلك. - وقد يتشكل ثنائي أكسيد الكربون بنسبة أقل.
وسبب لون اللهب الأصفر البرتقالي هو توهج جزيئات الكربون الصلب (السناج) في اللهب.
معادلات الاحتراق غير التام للبوتان
حسب النتيجة المتشكلة:
- ينتج أحادي أكسيد الكربون:
2C₄H₁₀ + 9O₂ → 8CO + 10H₂O. - ينتج الكربون (سناج):
2C₄H₁₀ + 5O₂ → 8C + 10H₂O.
ونتحقق من موازنة الأولى: الكربون 8 في الطرفين، والهيدروجين 20 في الطرفين، والأكسجين 18 في الطرفين 8 + 10. والملاحظة أن كمية الأكسجين اللازمة أقل في الاحتراق غير التام (9 أو 5) منها في التام (13).
لماذا هو خطير؟
أحادي أكسيد الكربون CO لا يُرى ولا يُشم، فلا ينتبه إليه من يتنفسه. وإذا استنشقه الإنسان ارتبط بهيموغلوبين الدم بدل الأكسجين فحرم الخلايا منه، فتظهر أعراض الصداع والدوار والغثيان وقد تنتهي بالاختناق والموت. ولذلك تتكرر في الشتاء حوادث الاختناق بالغاز في البيوت المغلقة.
قواعد الوقاية
- تهوية المكان بفتح نافذة عند استعمال سخان الماء أو المدفأة أو الموقد، وعدم النوم في غرفة مغلقة فيها مدفأة مشتعلة.
- صيانة الأجهزة التي تعمل بالغاز دوريًا وتنظيف فتحات دخول الهواء.
- مراقبة لون اللهب: إذا صار أصفر أو برتقاليًا فمعناه أن الاحتراق غير تام، يجب فحص الجهاز.
- تركيب مدخنة سليمة تطرد نواتج الاحتراق إلى الخارج.
- عدم استعمال الفحم في غرف مغلقة، وعدم ترك محرك السيارة يعمل في مرآب مغلق.
أخطاء شائعة
- الخلط بين الاحتراق التام (لهب أزرق، نواتجه
CO₂وH₂O) وغير التام (لهب أصفر، ونواتجه تشملCOأوC). - القول إن اللهب الأصفر دليل على احتراق أقوى بسبب لونه الأكثر حمرة. هو دليل على نقص الأكسجين.
- الظن أن
COله رائحة تنبه إليه. لا رائحة له ولا لون. - كتابة صيغة أحادي أكسيد الكربون
CO₂. هذه ثنائي أكسيد الكربون، وأحادي الأكسيدCO. - نسيان موازنة المعادلة بعد تغيير النواتج.
- الظن أن السناج مادة جديدة ليست كربونًا. هو كربون صلب.
تمارين للتدرب
- كيف نحصل على لهب أصفر برتقالي في موقد؟ وما معناه؟
- اذكر ناتجين للاحتراق غير التام للبوتان.
- وازن:
C₄H₁₀ + O₂ → CO + H₂O. - لماذا يعد أحادي أكسيد الكربون خطيرًا؟
- اذكر ثلاث قواعد للوقاية عند استعمال سخان غاز.
الحلول:
- بإغلاق فتحة دخول الهواء إلا قليلًا. معناه أن الأكسجين غير كافٍ والاحتراق غير تام.
- أحادي أكسيد الكربون
COوالكربونC(سناج)، إضافة إلى الماء. 2C₄H₁₀ + 9O₂ → 8CO + 10H₂O.- لأنه سام وبلا لون ولا رائحة، يرتبط بدم الإنسان بدل الأكسجين فيسبب الاختناق.
- تهوية المكان، وصيانة الجهاز دوريًا، ومراقبة لون اللهب مع تركيب مدخنة سليمة.
الشرح المصوّر وملفات التمارين
لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يشرح الأستاذ حمياني في فيديو «الاحتراق التام وغير التام لفحم هيدروجيني، الجزء 2» الاحتراق غير التام في نحو عشر دقائق، بعد درس سابق عن الاحتراق التام للبوتان، ويحقق تجربة الموقد الحراري ذي الفتحة المغلقة تقريبًا.
وللتوسع، اطلع على هذين الملفين في الموقع: