منوعات

بروتوكول تجريبي للكشف عن نواتج الاحتراق


تعريف نواتج الاحتراق

عندما يتم الاحتراق لمركب يتفاعل مع الأكسجين، لهذا السبب يمكن توقع ما ستظهر عليه نواتج الاحتراق، فيتم أتحاد الأكسجين مع كل عنصر فردي داخل المركب، وهذا لأن الوقود الهيدروكربوني يشتمل فقط على عنصرين، فإن الاكسجين يكون دائمًا على المنتجين أثناء احتراقهما، في المعادلة أدناه يحرق الميثان (CH4)، وعند هذا سيتحد الأكسجين مع الكربون والهيدروجين داخل جزيء الميثان لتكوين ثاني أكسيد الكربون (CO2) والماء (H2O).

فيقوم غاز ثاني أكسيد الكربون الماء الجيري من شكل غير ملون إلى اللون الأبيض الحليبي، في التجربة أعلاه، فيتغير لون ماء الجير داخل أنبوب الغليان مما يدل على أن ثاني أكسيد الكربون تم إنتاجه من خلال احتراق الوقود الهيدروكربوني، إذا تم إنتاج الماء فسيتم تكثف في أنبوب u المبرد من خلال الماء المثلج، والنتيجة لهذا يتم تغيير لون ورق كلوريد الكوبالت من اللون الأزرق إلى اللون الوردي.[1]

بروتوكول تجريبي للكشف عن نواتج الاحتراق

فيما يلي بروتوكول الاحتراق لأهم المواد الكيميائية، والتي تكون كالأتي:

  • ثاني أكسيد الكربون (CO2)

ثاني أكسيد الكربون يعتبر المنتج الأساسي في احتراق الوقود حيث يكون الكربون بنسبة من 60 لـ 90 بالمائة من كتلة الوقود التي تحرقه، وتعتبر الصين أبرز مصدر فردي لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بالطاقة، كونها وصلت إلى أعلى معدل لها على الإطلاق لتحقيقها 8320 مليون طن متري من ثاني أكسيد الكربون في عام 2010، أما الولايات المتحدة حققت ما يقرب من 5610 مليون طن متري في عام 2010، وفي عام 2018 أرتفعت الانبعاثات بالصين لـ10 ملايين طن متري وظلت الولايات المتحدة كما هي عند حوالي 5 ملايين طن متري.

  • ثاني أكسيد الكبريت (SO2)

يرجع ثاني أكسيد الكبريت أو SO2 ، إلى مجموعة غازات أكسيد الكبريت (SOx)، التي تذاب بسهولة في الماء، يتواجد الكبريت في كل  المواد الخام، بما في هذا النفط الخام والفحم والخامات التي تشتمل على المعادن مثل الألومنيوم والنحاس والزنك والرصاص والحديد، تتكون غازات أكاسيد الكبريت في احتراق الوقود المشتمل على الكبريت مثل الفحم والنفط، في مرحلة استخلاص البنزين من النفط ، أو بمرحلة استخلاص المعادن من الركاز، يقوم ثاني أكسيد الكبريت بالذوبان ببخار الماء ليكون حامضًا متفاعل مع الغازات والجزيئات الأخرى الت بالهواء ليظهر الكبريتات وغيره من المنتجات التي يمكن أن تكون مضرة  للإنسان وبيئته.

  • أكاسيد النيتروجين (NOx)

أكاسيد النيتروجين أو NOx، هو المصطلح شامل لكل مجموعة من الغازات قوية التفاع، والتي تشتمل جميعها على النيتروجين والأكسجين بكميات مختلفة، الكثير من أكاسيد النيتروجين بدون لون أو رائحة، يتكون أكاسيد النيتروجين من خلال حرق الوقود بدرجات حرارة مرتفعة، كما يحدث في عملية الاحتراق، المصادر الأساسية للأكاسيد النيتروجين هي السيارات والمرافق الكهربائية والعديد من المصادر الصناعية والتجارية والسكنية التي تحرق الوقود.

كانت المصادر الأساسية لانبعاثات الرصاص على مدار التاريخ هي السيارات ووسائل النقل والماخن الصناعية، نتيجة للتخلص التدريجي من البنزين المشتمل على الرصاص، تعتبر معالجة المعادن المصدر الاساسي لانبعاثات الرصاص بالهواء الآن، توجد أكبر مستويات الرصاص في الهواء بشكل عام في الأماكن القريبة من مصاهر الرصاص، كذلك أيضاً المصادر الثابتة الأخرى هي محارق النفايات، والمرافق، ومصانع البطاريات الحمضية.[3]

  • البيوتان والبروبان

يصل البيوتان للغليان عند -0.5 درجة مئوية، بينما يصل البروبان للغليان عند -42 درجة مئوية، ويكون الاختلاف خلال نقطة الغليان (BP) نتيجة لاختلاف في كتل الجزيئات والقوى الجزيئية المتنوعة بين الجزيئات، يتم تحديد نوع التحول الذي حدث لمزيج البروبان والبوتان عن طريق حجم وشكل الجزيئات، وقد يلعب التركيب الكيميائي المفصل للجزيء دورًا بارزاً في هذا الشأن، ومن هنا سيتضح أن “نقطة الغليان” لمزيج من هذين السائلين ستحدث بالطبع في مكان معين بينهما، فعندما تقل درجة حرارة السوائل إلى ما أقل من نقطة الغليان الآن، لن يتسبب الضغط الداخلي في إخراج البخار، وسيقوم ذلك على مزيج الوقود داخل العلبة.[4]

ما هي المتفاعلات والمنتجات في تفاعل الاحتراق

كما معروف، تحتاج كل عملية احتراق لتدفق أولي من الطاقة لتفكيك الروابط الأولى، مصدر الإشعال ممكنون يكون من شرارة أو لهب، وهو يعطي هذه الطاقة، بمجرد أن تشرع عملية الاحتراق لإنتاج الطاقة وهي الطاردة للحرارة، تبقى عملية الاحتراق حتى ينفذ الوقود أو المؤكسد بشكل تام، بعبارة أخرى ، تكون العملية الطاردة للحرارة مدعومة من نفسها بمجرد أن تبدأ.

يعتبر المفاعل الأول المطلوب للاحتراق هو الوقود، كما يوجد الكثير من أنواع الوقود العضوية، وهي التي تشتمل على مواد عضوية على كل من الكربون والهيدروجين والأكسجين، كما يوجد بها أيضاً بعض المواد الغير عضوية مثل المغنيسيوم وتكون قابلة للاحتراق أيضًا، المتفاعل الثاني المطلوب لعملية الاحتراق هو مادة مؤكسدة، يعتبر الأكسجين العامل المؤكسد الكامل والمطلوب لكل عمليات الاحتراق، لن يتم الاحتراق بغير تواجد من هذه المواد المتفاعلة، فيتم رفع الوقود من النار ويخرج،  وبالمثل يتم إزالة المادة المؤكسدة من خلال إخماد النيران وأطفاء النار أيضًا وهذا الهدف من طفايات الحريق.

وهو الذي يصدر من احتراق المواد العضوية من خلال بعض المنتجات، المنتج الأول للاحتراق العضوي يعتبر  ثاني أكسيد الكربون، اما المنتج الثاني للاحتراق العضوي فهو الماء، وفي العادة ما يتم إصداره في صورة بخار ماء، المنتج الثالث للاحتراق العضوي هو الطاقة، ويتم صدوره على شكل حرارة أو حرارة مع ضوء، ونتيجة لوجود جزيئات أخرى في أغلب أنواع الوقود، فإن عملية الاحتراق ليست نقية تمامًا، هذا معناه أنه يصدر كميات صغيرة من المواد الأخرى، العديد منها قد يكون ضارًا، لا ينتج عن الاحتراق الغير العضوي ثاني أكسيد الكربون أو الماء، فمثلاً عندما يتم تفاعل المغنيسيوم (الوقود) مع الأكسجين (المادة المؤكسدة)، فإن نتيجة عملية الاحتراق تكون أكسيد المغنيسيوم والحرارة، العامل الثابت الوحيد في الاحتراق بصرف النظر عن الوقود هو إصدار الطاقة على صورة حرارة أو حرارة وضوء.[2]

طبيعة وسلوك نواتج الاحتراق

في أي سائل تصبح الجزيئات حرة في الحركة، مع وجود هناك بعض التواصل بينها، تعرف هذه الروابط بين الجزيئات غير القطبية بروابط فان دير فالس، وهي أقوى من الروابط التي في الأيونات عالية القطبية مثل الملح المذاب في الماء، على سبيل المقارنة، في الغاز يمكن القول لا يوجد تقريبًا أي ترابط بين الجزيئات، أما بالمادة الصلبة يكون هناك روابط صلبة تقريبًا.

عندما يذاب الملح في الماء، يتم تكسير الروابط الكيميائية الأشبه بالصلب بين ذرات الصوديوم والكلور لتكون متحوله من الذرات إلى أيونات، وقد تطفو الأيونات بالماء، ويمكن أن تعطي روابط كهربائية ثابتة بالجزيئات المائية وما إلى ذلك، تعتبر  قوة الروابط بين جزيئات البوتان شبيه إلى حد كبير بقوة الروابط بين جزيئات البروبان، هذه القوة تعتبر الدليل على صورة الجزيئات، من بين أمور أخرى.

تعد جزيئات البيوتان والبروبان إلى حد كبير “غير قطبية”، وهذا بعكس جزيئات الماء، ويوجد بها بعض القطبية الطفيفة، فغليان السائل عندما تكون طاقة في الجزيء وافية لكسر كل الروابط الموجودة والسماح لهذا الجزيء بالابتعاد أو الحركة بعيدًا، درجة الحرارة تعتبر هي مقياس للطاقة التي يملكها الجزيء في السائل: “الأكثر سخونة” تعني الكثير من الطاقة والمزيد من الاهتزازات.



المصدر الاصلية للمحتوي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى