ما هي النار ومما تتكون

تعريف النار

يمكن تعريف النار بأنها التأثير المرئي لعملية الاحتراق،  وهي نوع خاص من التفاعل الكيميائي يحدث بين الأكسجين الموجود في الهواء ونوع من الوقود، وتختلف نواتج التفاعل الكيميائي تمامًا عن المواد التي دخلت في التفاعل.

وحتى تحدث النار يجب تسخين الوقود حتى يصل لدرجة الاشتعال، ويستمر التفاعل مادام هناك وقود وأكسجين وحرارة كافية لإتمامه.

ومن الممكن تعريف النار أيضًا بأنها تفاعل كيميائي طارد للحرارة، وفيه تتأكسد مادة واحدة أو أكثر بسرعة (تفقد إلكترونات) ، وينتج عنه إطلاق الحرارة والضوء والمنتجات الكيميائية الثانوية وأحيانًا الصوت.

ووفقًا للتعريف الفيزيائي للنار فإنه توجد بعض المواد التي يتعتبرها البعض نارًا، وهي ليست كذلك مثل الشمس التي يحدث فيها اندماج نووي لذرات الهيدروجين في غياب الأكسجين، لذلك فإن ما يحدث في الشمس ليس نارًا لأنه لا يتوفر فيها أكسجين.

مكونات النار

إن مكونات النار تشمل كلًا من :

• الأكسجين
• الوقود
• درجة الحرارة

وتعرف تلك المكونات الثلاثة باسم “مثلث النار”، وتحدث النار عندما يتفاعل الوقود مع الأكسجين فتنطلق طاقة حرارية، ويمكن أن تكون عملية الاحتراق بطيئة أو سريعة حسب كمية الأكسجين المتاحة.

التفاعل الكيميائي في النار

يمكن أن يكون الوقود الذي يكون النار إما صلبًا أو سائًلا أو غازيًا، وأثناء التفاعل الكيميائي الذي تنتج عنه النار يتم تسخين الوقود لدرجة تجعله يطلق غازات من سطحه (إذا لم يكن الوقود في الحالة الغازية من البداية).

وبالطبع فإن الوقود لا يشتعل من تلقاء نفسه، لكن حتى يحدث تفاعل النار لكن حتى يبدأ تفاعل الاحتراق يجب أن يتم تسخين الوقود إلى درجة الاشتعال، وإليك تسلسل التفاعل المكون للنار عند استخدام الخشب كوقود:

شيء ما يسخن الخشب إلى درجة حرارة عالية جدًا، يمكن أن تأتي الحرارة من العديد من الأشياء المختلفة مثل الضوء المركز أو الاحتكاك أو البرق أو شيء آخر مشتعل بالفعل أو مصدر أخر.

عندما تصل درجة حرارة الخشب إلى 150 درجة مئوية، فإن الحرارة تحلل بعض من مادة السليلوز التي يتكون منها الخشب.

تنطلق بعض المواد التي تحللت في صورة غازات متطايرة، وهذه الغازات نطلق عليها اسم الدخان، والدخان في الواقع هو مركبات من الهيدروجين والأكسجين والكربون.

أما المواد المتبقية فتتحول لفحم ورماد، والفحم وهو غالبًا يكون عبارة عن كربون نقي بدون أي غازات، وهذا هو السبب الذي يجعل الفحم الذي نشتريه للشواء يشتعل بدون أن يطلق دخان.

أما الرماد وهو عبارة عن جميع المعادن غير القابلة للاحتراق الموجودة في الخشب مثل الكالسيوم والبوتاسيوم

ويحدث الحرق الفعلي للخشب في تفاعلين منفصلين:

عندما تكون الغازات المتطايرة بدرجة كافية تتفكك الجزئيات المركبة، وتتحد الذرات مع الأكسجين لتكوين الماء وثاني أكسيد الكربون ومنتجات أخرى.

ويتحد الكربون الموجود في الفحم مع الأكسجين أيضًا، لكن هذا التفاعل أبطأ بكثير من التفاعل الأول وهذا هو ما يجعل الفحم يظل ساخن لفترة طويلة.

ومن نواتج هذا التفاعل إطلاق مزيد من الحرارة، وهذا يساعد في الحفاظ على النار مشتعلة لفترة أطول.

وهناك العديد من أنواع الوقود التي تشتعل في خطوة واحدة فقط،  منها البنزين، حيث تبخر الحرارة الجازولين ويشتعل مرة واحدة كغازات متطارة.

وقد تعلم البشر سرعات اشتعال الوقود منذ القدم وعلموا كيفية التحكم في النار، وخير مثال على ذلك هو الشمع الذي يعد أداة لتبخير مادة الشمع وحرقه ببطء.

فعند تسخين الشمع تنبعث من ذرات الكربون الصاعدة ضوء، ويسمى تأثير الحرارة الذي ينتج الضوء بالتوهج.

ويختلف لون اللهب أو التوهج حسب نوع المادة المحترقة ومدى سخونتها، ويرجع اختلاف الألوان داخل اللهب الواحد إلى أن درجة الحرارة داخله تكون غير متكافئة، على سبيل المثال يكون أجزاء الأسفل من اللهب والأكثر سخونة باللون الأزرق، بينما تكون الأجزاء العليا باللون البرتقالي أو الأصفر.

وبالإضافة للضوء الناتج من عملية الاحتراق قد تتجمع بعض ذرات الكربون على الأسطح المحيطة بالنار كسخام وهذا ما يسبب اللون الأسود حول النار .

وفي الحقيقة فإن أخطر ما في التفاعل الذي يكون النار هو أنه ذاتي الاستمرار، حيث أن حرارة اللهب نفسه تحافظ على الوقود عند درجة حرارة الاشتعال وبهذا تستمر عملية الاحتراق مادامهناك وقود متبقي وأكسجين حوله.

ومع استمرار احتراق الوقود يستمر في إطلاق الغازات، وعندما يشعل اللهب تلك الغازات فإنها تنشر النار.

بينما تحدد الجاذبية الأرضية كيفية اشتعال النار، فجميع الغازات الساخنة الموجودة في اللهب تكون أكثر سخونة من الهواء وبالتالي أقل كثافة منه، لذلك فإنها تتحرك صعودًا باتجاه الضغط المنخفض، وهذا هو سبب أن النار تتجه دائمًا لأعلى، أما إذا افترضنا أننا سنشعل نار في بيئة فيها جاذبية صغرى مل مكوك فضائي، فإن النار سوف تتخذ شكل الكرة.[1]

ما هي درجة حرارة النار

كما ذكرنا فإن الحرارة أحد نواتج عملية الاحتراق، ولذلك إذا استمر التفاعل ستسمر الحرارة في الارتفاع، وتعتمد سرعة واستمرارية التفاعل على نوع الوقود فكل مادة تحترق عند درجةحرارة مختلفة، وتستمر في الاشتعال بسرعات مختلفة.

على سبيل المثال قد تصل درجة حرارة حريق الخشب إلى 1093 درجة مئوية، وهناك أنواع من الأخشاب تصل لدرجات حرارة أقل أو أعلى من ذلك بسبب تركيبها الكيميائي.

أيضًا فإن نوع وقود مثل البروبان قد تصل درجة حرارته عند اشتعاله في الهواء إلى 2000 درجة مئوية.[2]

هل النار مادة

بعد أن عرفنا ما هي النار وكيف تحدث، يجب أن نعرف هل النار مادة؟ وإذا كانت مادة فأي حالة من المادة هل هي سائلة أم صلبة أم غازية.

يصنف البعض النار بأنها بلازما وهي حالة رابعة متميزة من حالات المادة، يمكن اعتبارها غاز متأين بحيث تكون إلكتروناته حرة ولا ترتبط بالذرة أو الجزيء،، والبلازما تتشكل فقط عندما يتم تسخين الغاز لدرجات حرارة مرتفعة جدًا تصل لعشرات الآلاف أو يتعرض لمجال كهربائي ولا توجد حالة بلازما مستقرة على الأرض.

بينما يكون الوقود الذي يكون أحد عناصر النار في حالة شبيهة بالبلازما عند درجات حرارة أقل بكثير مما تحتاجه البلازما.

لذلك يرى بعض العلماء أن النار ليست مادة على الإطلاق لا سائلة ولا غازية ولا بلازما، ولكنها عبارة عن تفاعل كيميائي.[3]

هل النار عنصر

وفقًا لتعريف العناصر لا يمكن اعتبار النار عنصرًا، فالعناصر لا يمكن تجزئتها إلى عناصر أصغر بينما تتكون النار من مجموعة متنوعة من العناصر والمركبات التي تتفاعل لتكون عناصر أو مركبات أخرى جديدة.