حدوث الاشتعال : كيف يحدث الاشتعال بالضبط ؟

حدوث الاشتعال عبارة عن تفاعل كيميائي بين مواد معينة وينتج عنها ظهور النار. لكن حدوث الاشتعال يشترط توفر ظروف معينة. ربما نحن لا ننتبه أو نجهل هذا الأمر لأننا تعودنا على استعمال النار منذ القدم. لكن العلم يهتم بتحليل جميع الظواهر من أجل فهم أفضل لها وتطويعها لصالح الإنسان. الأكسجين مادة ضرورية لحدوث الاشتعال، حيث تتفاعل مع مادة ما، تسمى وقودا، في درجة حرارة معينة. فكل ما يتفاعل مع الأكسجين ويسبب حدوث الاشتعال هو وقود. لكن يبقى السؤال كيف يحدث الاشتعال وما هي المواد القابلة للاشتعال؟ وما العمل إذا حدث اشتعال تسبب في نشوب حريق؟

خطوات حدوث الاشتعال

شروط حدوث الاشتعال

من أجل أن يحدث الاشتعال لا بد من توفر ثلاث عناصر وهي:

الأكسجين

وهو عنصر كيميائي ويُرمز له بالحرف O. ويُشكل نسبة 21% من الهواء. ويلعب دورا حيويا في عملية التنفس عند الكائن الحي ويدخل في عملية التركيب الضوئي عند النباتات. وهو أساس عملية الاحتراق. فإذا كان الإنسان يموت إذا فقد الأكسجين فإن النار أيضا تموت بدون أكسجين.

الوقود

وهي المادة التي تتفاعل مع الأكسجين لتؤدي إلى حدوث الاشتعال. وقد تكون صلبة كالخشب والبلاستيك، أو سائلة كالبنزين والنفط، أو غازية كالبروبان. وكلما زاد حجم الوقود كلما زاد حجم الاشتعال واتسعت رقعة الحريق. لهذا يتم التحذير من إشعال النار في الغابة لأنها قد تتسبب في حريق مدمر بسبب وفرة الوقود فيها وهي الأشجار القابلة للاشتعال. ويقصد بالتفاعل التأثير الذي تتركه مادة على مادة أخرى فتغير تركيبتها الكيميائية.

الحرارة

تفاعل الأكسجين مع الوقود يحتاج لدرجة حرارة معينة تختلف حسب نوع الوقود. توجد بعض المواد التي تكفيها حرارة بسيطة لتتفاعل مع الأكسجين مثل الفوسفور الذي يستعمل لصناعة أعواد الثقاب والذي يكفي حكّه بأي مادة خشنة كي يشتعل (تذكّر أن الأكسجين موجود في الهواء ليتفاعل معه). لكن بعض المواد الأخرى تحتاج لحرارة مرتفعة كي تشتعل مثل الفحم والخشب. تسمى درجة الحرارة اللازمة لاشتعال مادة ما بدرجة الاشتعال.

كيف يحدث الاشتعال ؟

تختلف تفاصيل حدوث الاشتعال حسب المادة الوقود لكنها بشكل عام تتشارك نفس الآلية. حيث يتفاعل الأكسجين مع أحد مكونات المادة الوقود والتي تمتاز بكونها قابلة للاشتعال. في هذا المثال نعتبر أن الوقود هو الخشب ودرجة اشتعاله هي 150 درجة.

مراحل اشتعال الخشب

• المرحلة الأولى : عندما يسخن الخشب إلى غاية 150 درجة، وهذا يحصل غالبا بتعريضه لمصدر حراري كالنار أو الاحتكاك، تبدأ المواد السيليلوزية المكونة للخشب في التحلل.
• المرحلة الثانية : تتصاعد بعض هذه المواد المتحللة مكونة ما يسمى بالدخان، وهو عبارة عن جزيئات صلبة ومركبات غازية قابلة للاشتعال كالكربون والهيدروجين.
• المرحلة الثالثة : عند وصول درجة حرارة هذه الغازات إلى 260 درجة تنفصل جزيئاتها عن بعضها البعض وتتكسر لتتحد ذراتها مع ذرات الأكسجين. في البداية يتفاعل الهيدروجين مع الأكسجين وينتج عن هذا التفاعل بخار الماء. أما تفاعل الكربون مع الأكسجين فإنه يستمر لفترة طويلة وذلك لأنه يتم ببطء. وينتج عنه أول وثاني أكسيد الكربون مع كمية من الحرارة.
• المرحلة الرابعة : يستمر الاشتعال إلى غاية انتهاء الوقود، أي نفاذ الغازات القابلة للاشتعال. ليتبقى لنا في النهاية المواد غير القابلة للاشتعال وهي الكالسيوم والبوتاسيوم وتشكل ما نسميه رمادا. فالرماد الذي نراه بعد احتراق الخشب ماهو إلا مادة غير قابلة للاحتراق.

ما علاقة عملية حدوث الاشتعال باللهب؟

قد تتساءل قائلا: لقد فهمت كيف يحدث الاشتعال بشكل علمي، فهو تفاعل بين الأكسجين ومادة أخرى قابلة للاشتعال، لكن لم أفهم بعد ما هو اللهب الذي أراه كناتج لعملية الاشتعال؟ لتفهم العلاقة يجب أن تعرف ما هو اللهب.

ماهو اللهب؟

اللهب هو الجانب المرئي من النار الناتجة عن الاشتعال وتصاعد ذرات الكربون المنفصلة. واختلاف لون لهبها يتحدد حسب نوع المادة المحترقة ودرجة الحرارة. اللون الأزرق يدل على حرارة عالية جدا بينما اللونين الأصفر والأحمر يدلان على حرارة أقل. واللهب يسبب في ارتفاع حرارة الغازات المحيطة بها وبالتالي توفير الظروف الملائمة لاشتعالها وزيادة حجم النار الناتجة.

المواد القابلة للاشتعال

تقريبا كل مادة قابلة للاشتعال إلا أن بعض المواد تحتاج لدرجة حرارة عالية جدا ولوقت طويل كي تشتعل. في المقابل فبعض المواد سريعة الاشتعال بل إن بعضها قد يشتعل بمجرد نفثه في الهواء كمسحوق الألومنيوم الذي يعتبر مادة خطيرة جدا للاشتعال. وبشكل عام فإن المواد المستعملة في حياتنا اليومية للاشتعال هي تلك التي تتوفر على كمية كبيرة من الهيدروجين والأكسجين وذلك بسبب الطاقة الهائلة التي يحملها الهيدروجين من أجل الاشتعال. قابلية المادة للاشتعال تتعلق بمكوناتها وحجمها.

الهيدروجين

قلنا أن الهيدروجين يتفاعل مع الأكسجين ليسبب حدوث الاشتعال. فهو غاز عديم اللون والرائحة ويعتبر أخف العناصر الكيميائية وزنا. يحتل المرتبة الثالثة كأكثر العناصر وفرة على الأرض بعد كل من الأكسجين والسيليكون. ويدخل في تركيب جزيئات الماء إلى جانب الأكسجين. حيث ترتبط ذرتي هيدروجين مع ذرة الأكسجين. ورغم أنه عنصر لا يضر البيئة ولا الإنسان إلا أن قابليته الشديدة للاشتعال تجعل منه مادة خطيرة. لهذا يجب الحذر عند استعماله كي لا تتكرر حوادث مميتة مثل مأساة منطاد هيندنبورغ سنة 1937. وكان هذا المنطاد يقل 96 راكبا في رحلة من فرانكفورت بألمانيا إلى نيوجيرسي بالولايات المتحدة الأمريكية. لكنه انفجر بسبب اشتعال الهيدروجين الذي كان يستعمل لرفع المنطاد وتسبب في وفاة 36 شخصا.

إخماد النار

في حالة حدوث اشتعال أدى إلى نشوب حريق يستدعي إطفائها فيجب فصلها عن ما يغذّيها. تحتاج النار إلى الأكسجين كي تتنفس تماما مثل الإنسان، لكن الماء يقتلها على عكس ما يحصل مع الإنسان. رغم أن الماء يتكون من ذرات الأكسجين أيضا إلا أنه لا يتفاعل مع المادة المشتعلة في الحريق لأن كميتها غير كافية لزيادة الحريق كما أنها لا تستطيع التفاعل وحدها بسبب ارتباطها مع ذرات الهيدروجين (H2O). عند سكب الماء على النار فإنها ستقطع عنها اثنين من أهم أسباب حدوث الاشتعال وهما الأكسجين والحرارة. لكننا هنا نتحدث عن حريق حدث بسبب اشتعال مادة صلبة كالخشب أو الورق مثلا. أما إذا كان سبب الحريق اشتعال مادة سائلة كالزيت أو النفط فلا يمكن استعمال الماء لإطفائه. والسبب أن هذه المواد معروفة أنها أكثر كثافة من الماء وبالتالي فهي تطفو عليه وهكذا يفشل الماء في قطع الأكسجين الموجود في الهواء عنها. ونفس الشيء بالنسبة للحريق الناتج عن اشتعال مادة غازية. في هذه الحالات يتم الاستعانة بمواد كيميائية جافة أو ثاني أكسيد الكربون. أما حرائق المواد المعدنية مثل الصوديوم والبوتاسيوم فيمكن إطفاءها باستعمال مسحوق خاص بذلك أو عن طريق الرمل فقط. وتجدر الإشارة أنه من المهم جدا عدم استعمال الماء لإطفاء حرائق الأجهزة الكهربائية، فالماء مادة موصلة للكهرباء. وإنما يتم إطفاءها باستعمال مادة محتوية على ثاني أكسيد الكربون. كما يمكن إطفاء النار بإبعاد المادة الوقود وإن كان هذا يبدو عملا صعبا نوعا ما بسبب كثرة المواد القابلة للاشتعال خصوصا إذا كان حجم الحريق كبيرا.

خلاصة

حدوث الاشتعال ظاهرة كيميائية طبيعية. وبفضل دراستها وتحليل كيفية حدوثها أصبحنا قادرين على تجنب الكثير من حوادث الحرائق وإطفائها في حال حدوثها. كما تمكّنا من تطويع هذه الظاهرة لصالحنا دون أن تضرّنا. ومن الضروري أن يكون المرء قادرا على فهم آلية الاشتعال وكيفية التصرف في حال نشوب حريق فكما رأينا، كل حريق له أسلوب معين لإطفائه.