ايتنا - چرا چوب آتش می‌گیرد، اما فلزات آتش نمی‌گیرند؟

تصور کنید روبروی آتش نشسته‌اید. وقتی دیگ آش روی شعله می‌جوشد، بوی دود در هوا پخش می‌شود. در حالی که به زبانه‌های نارنجی سوسوزن خیره می‌شوید، ممکن است با تعجب از خودتان بپرسید: «چرا کنده‌های چوب آتش گرفته‌اند، اما گلدان فلزی آتش نمی‌گیرد؟»

به گزارش ایتنا و به نقل از لایوساینس، دلیل اینکه برخی چیزها آتش و مابقی آتش نمی‌گیرند، به پیوندهای شیمیایی آنها و انرژی لازم برای تغییر یا شکستن آن پیوندها بازمی‌گردد.

آتش به سه چیز نیاز دارد: اکسیژن، گرما و مادهٔ سوختی.

اکسیژن گازی است که در هوا وجود دارد. گرما می‌تواند با اصطکاک ایجاد شود، مثل وقتی که یک کبریت روشن می‌کنید. گرما می‌تواند به روش‌های دیگری مانند برخورد صاعقه هم ایجاد شود.

کارل بروژک (شیمیدان دانشگاه اورگان)، می‌گوید: «مادهٔ سوختی، همان چیزی است که می‌سوزد و به طور کلی، می‌تواند شامل هر چیزی باشد که از مواد آلی تشکیل شده است». اصطلاح «آلی» به مولکول‌هایی اطلاق می‌شود که عمدتاً از پیوندهای کربن-هیدروژن ساخته شده و گاهی اوقات شامل اکسیژن یا اتم‌های دیگر مانند فسفر یا نیتروژن نیز هستند.

سوزاندن یک واکنش شیمیایی است که انرژی را از یک سیستم ناپایدار با پیوندهای شیمیایی نسبتاً ضعیف آزاد می‌کند. استاد بروژک می‌گوید: «هر چیزی تمایل دارد پایدارتر باشد؛ به خصوص مولکول‌های آلی که حاوی کربن، اکسیژن، هیدروژن و چند عنصر دیگر هستند.

موادی مانند چوب و کاغذ که به راحتی آتش می‌گیرند، از سلولز (یعنی مولکولی متشکل از پیوند بین کربن، هیدروژن و اکسیژن) ساخته شده‌اند».

وی ادامه می‌دهد: «هنگامی که چیزی می‌سوزد، انرژی زیادی آزاد می‌کند؛ زیرا سیستم به حالت انرژی پایین‌تر منتقل می‌شود و این انرژی باید به جایی برود».

هنگامی که یک جسم چوبی آتش می‌گیرد، سلولز تشکیل‌دهنده چوب به دی‌اکسید کربن و بخار آب تبدیل می‌شود که هر دو مولکول‌های بسیار پایدار با پیوندهای قوی هستند.

انرژی آزاد شده توسط این واکنش شیمیایی، الکترون‌های اتم‌های گاز را تحریک می‌کند که به نوبه خود نوری مرئی ساطع می‌کنند. استاد بروژک می‌گوید که این نور در قالب یک شعله برای ما ظاهر می‌شود.

برگردیم به چوب سوزان در مقابل دیگ داغ سوپ. استاد بروژک می‌گوید تفاوت میان مواد مختلف از لحاظ اشتعال‌پذیری این است دارد که چگونه مواد می‌توانند انرژی وارد شده را هنگام اعمال آتش به آن توزیع کنند، که البته به میزان استحکام آن ماده هم بستگی دارد.

پیوندهای شیمیایی قوی در فلز را نمی‌توان به راحتی شکست. در همین حال، یک تکه چوب فاقد آن پیوندهای قوی است، بنابراین ظرفیت جذب انرژی شعله را ندارد. چوب به جای جذب انرژی، با آتش گرفتن انرژی آزاد می‌کند. اما فلز موجود در دیگ «ظرفیت زیادی برای جذب آن انرژی و اتلاف آن دارد».

جذب بهتر گرما نیز می‌تواند از آتش گرفتن چوب جلوگیری کند. استاد بروژک می‌گوید: «اگر شعله‌ای را یک لیوان کاغذی پر از آب نزدیک کنید، لیوان نمی‌سوزد. از آنجا که آب موجود در فنجان می‌تواند گرما را جذب کند، کاغذ آتش نمی‌گیرد (اگرچه توصیه نمی‌کنیم دست به انجام چنین آزمایشی بزنید).

اما برخی از فلزات هم می‌سوزند. این فلزات قابل احتراق از جمله پتاسیم و تیتانیوم برای ساخت وسائل آتش‌بازی استفاده می‌شوند.

استاد بروژک می‌گوید فلزات در آتش‌بازی به صورت پودر هستند که بدین ترتیب سطح بیشتری برای واکنش سریعتر با گرما و اکسیژن فراهم می‌گردد.

هنگامی که آن فلزات در معرض حرارت کافی برای واکنش با اکسیژن قرار می‌گیرند، مقدار انرژی آزاد شده باعث می‌شود به رنگ‌های مختلفی بسوزند.