بروتوكول تجريبي للكشف عن نواتج الاحتراق

بروتوكول تجريبي للكشف عن نواتج الاحتراق

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

• ثاني أكسيد الكربون (CO2)

يعد ثاني أكسيد الكربون المنتج الأساسي للاحتراق في الوقود، حيث يشكل الكربون نسبة 60-90% من كتلة الوقود المحترق، وتعتبر الصين أكبر منتج لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبط بالطاقة، حيث بلغ إجمالي انبعاثاتها في عام 2010 حوالي 8320 مليون طن متري، بينما حققت الولايات المتحدة إجمالي انبعاثات بلغت حوالي 5610 مليون طن متري في نفس العام. وفي عام 2018، ارتفعت انبعاثات الصين إلى 10 ملايين طن متري، في حين بقيت الولايات المتحدة عند مستوى حوالي 5 ملايين طن متري.

• ثاني أكسيد الكبريت (SO2)

ينتمي ثاني أكسيد الكبريت أو SO2 إلى مجموعة غازات أكسيد الكبريت (SOx)، والتي تذوب بسهولة في الماء، ويتواجد الكبريت في جميع المواد الخام، بما في ذلك النفط والفحم والمعادن مثل الألومنيوم والنحاس والزنك والرصاص والحديد، وتتكون غازات أكسيد الكبريت عند احتراق الوقود الذي يحتوي على الكبريت، مثل الفحم والنفط، سواء في مرحلة استخراج البنزين من النفط أو في مرحلة استخراج المعادن من الخامات. يذوب ثاني أكسيد الكبريت في بخار الماء لتكوين حمض يتفاعل مع الغازات والجزيئات الأخرى في الهواء لتكوين الكبريتات وغيرها من المنتجات التي قد تكون ضارة للإنسان والبيئة.

• أكاسيد النيتروجين (NOx)

أكاسيد النيتروجين أو NOx هو مصطلح شامل يشمل جميع الغازات القوية التفاعلية التي تحتوي على النيتروجين والأكسجين بكميات مختلفة. يتكون الكثير من أكاسيد النيتروجين بدون لون أو رائحة من حرق الوقود بدرجات حرارة عالية، مثلما يحدث في عملية الاحتراق، وتشمل المصادر الرئيسية لأكاسيد النيتروجين السيارات والمرافق الكهربائية والعديد من المصادر الصناعية والتجارية والسكنية التي تحرق الوقود.

• الرصاص (Pb)

كانت السيارات ووسائل النقل والمصانع الصناعية هي المصادر الرئيسية لانبعاثات الرصاص على مر التاريخ، ولكن بعد التخلص التدريجي من البنزين المحتوي على الرصاص، أصبحت معالجة المعادن المصدر الرئيسي لانبعاث الرصاص في الهواء. وتوجد أعلى مستويات الرصاص في الهواء بشكل عام في المناطق القريبة من مصانع الرصاص، وكذلك في محارق النفايات والمرافق ومصانع البطاريات الحمضية.

• البيوتان والبروبان

يحدث الغليان في المنزل عند درجة حرارة -0.5 درجة مئوية، بينما يحدث الغليان في البروبان عند درجة حرارة -42 درجة مئوية. يحدث الاختلاف في درجة الغليان نتيجة لاختلاف كتل الجزيئات والقوى الجزيئية بين الجزيئات. يمكن تحديد نوع التحول الحاصل في مزيج البروبان والبوتان عن طريق الحجم والشكل الجزيئي، وقد يلعب التركيب الكيميائي للجزيء دورا في ذلك. ومن المعروف أن نقطة الغليان لمزيج السوائل هذه ستحدث في مكان معين بينهما، لذلك عندما تنخفض درجة حرارة السوائل إلى ما دون نقطة الغليان، فإن الضغط الداخلي لن يسبب خروج البخار وسيبقى مزيج الوقود داخل العلبة.

ما هي المتفاعلات والمنتجات في تفاعل الاحتراق

• الشرارة

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.

• المتفاعلات

يعتبر الوقود المصدر الرئيسي للحرق، ويتضمن العديد من الأنواع العضوية التي تحتوي على كربون وهيدروجين وأكسجين، بالإضافة إلى بعض المواد الغير عضوية مثل المغنيسيوم التي يمكن أن تحترق، ويعتبر الأكسجين المادة المؤكسدة الأساسية والضرورية لعملية الحرق، ولن يحدث الاحتراق بدون وجود هذه المواد المتفاعلة، وبالتالي يتم إخماد النار عن طريق رفع المادة المشتعلة عن النار وإزالة المادة المؤكسدة عن طريق إطفاء النيران باستخدام طفايات الحريق.

• المنتجات

وهو الغاز الذي يتكون من احتراق المواد العضوية، ويتم تكوين ثاني أكسيد الكربون كنتيجة للاحتراق العضوي، وهو المنتج الأول. أما المنتج الثاني للاحتراق العضوي فيكون الماء، وعادة ما يتم توليده على شكل بخار. والمنتج الثالث للاحتراق العضوي هو الطاقة، ويتم توليده على شكل حرارة أو ضوء. ونظرا لوجود جزيئات أخرى في معظم أنواع الوقود، فإن عملية الاحتراق ليست نقية تماما، ويتم إصدار كميات صغيرة من المواد الأخرى، وبعضها قد يكون ضارا. ولا يتم إصدار ثاني أكسيد الكربون أو الماء عند الاحتراق الغير عضوي، كما في تفاعل المغنيسيوم مع الأكسجين، حيث يتم توليد أكسيد المغنيسيوم والحرارة. ويتم إصدار الطاقة على شكل حرارة أو حرارة وضوء خلال عملية الاحتراق، وهو العامل الوحيد الثابت في هذه العملية بغض النظر عن نوع الوقود المستخدم.

طبيعة وسلوك نواتج الاحتراق

في أي سائل، تصبح جزيئاته حرة في الحركة، مع وجود بعض التفاعل بينها، وتعرف هذه التفاعلات بروابط فان دير فالس بين الجزيئات غير القطبية، وهي أقوى من الروابط الموجودة في الأيونات عالية القطبية مثل الملح المذاب في الماء. بالمقارنة، في الغاز، يكاد لا يكون هناك أي ترابط تقريبا بين الجزيئات، أما في المادة الصلبة، فتكون هناك روابط صلبة تقريبا.

عندما يتم ذوبان الملح في الماء، تتم كسر الروابط الكيميائية الصلبة بين ذرات الصوديوم والكلور، وبالتالي تتحول إلى أيونات. قد تطفو هذه الأيونات في الماء وتتشكل روابط كهربائية ثابتة مع جزيئات الماء وغيرها. تعتبر قوة الروابط بين جزيئات البوتان مشابهة إلى حد كبير لقوة الروابط بين جزيئات البروبان، وتعد هذه القوة دليلا على ترتيب الجزيئات، بالإضافة إلى 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.