چرا فلزات نمی سوزند؟
ارسال شده: جمعه ۱۴۰۱/۸/۶ - ۰۸:۱۰
فلزات می سوزند در واقع، اکثر فلزات هنگام سوختن گرمای زیادی آزاد می کنند و به سختی از بین می روند. به عنوان مثال، ترمیت برای جوش دادن ریل قطار به یکدیگر استفاده می شود. سوخت موجود در ترمیت فلز آلومینیوم است. هنگامی که ترمیت می سوزد، اتم های آلومینیوم با اتم های اکسیژن پیوند می خورند و اکسید آلومینیوم را تشکیل می دهند و در این فرآیند گرما و نور زیادی آزاد می کنند. به عنوان مثال دیگر، جرقه های دستی از آلومینیوم، منیزیم یا آهن به عنوان سوخت استفاده می کنند. شعله یک جرقه با شعله آتش چوب متفاوت به نظر می رسد زیرا فلز تمایل دارد گرمتر، سریعتر و کاملتر از چوب بسوزد. این همان چیزی است که به یک جرقه روشن، شعله درخشان متمایز خود را می دهد. در واقع، بیشتر آتش بازی ها حاوی سوخت های فلزی هستند. به عنوان مثالی دیگر، لوله های فلاش قدیمی مورد استفاده در عکاسی چیزی جز سوزاندن تکه های منیزیم در یک لامپ شیشه ای نبودند. همچنین تقویت کننده های موشک جامد شاتل فضایی از آلومینیوم به عنوان سوخت استفاده می کردند. برخی فلزات مانند سدیم آنقدر خوب می سوزند که ما از آنها اشیاء روزمره نمی سازیم. هر پیشاهنگ پسری که با استفاده از پشم فولاد آتشی را به راه انداخته باشد می تواند این واقعیت را تأیید کند که فلزات می سوزند.
آتش بازی نمونه ای از سوزاندن فلزات است.
با این حال، ممکن است تعجب کنید که چرا نگه داشتن یک کبریت روشن روی فویل آلومینیومی باعث سوختن آن نمی شود. به همین ترتیب، قرار دادن یک ماهیتابه فلزی روی شعله آشپزخانه باعث نمی شود که تابه آتش بگیرد. به نظر می رسد در موقعیت های روزمره، اشیاء فلزی چندان نمی سوزند. اگر فلزات واقعاً بسوزند چگونه می توان این کار را ممکن کرد؟ سه عامل اصلی دخیل هستند.
اولاً، اگر یک تکه فلز جامد داشته باشید، سخت است که اتمهای اکسیژن به اندازه کافی به اکثر اتمهای فلز نزدیک شوند تا واکنش نشان دهند. برای سوزاندن فلز، هر اتم فلز باید به اندازه کافی به یک اتم اکسیژن نزدیک شود تا به آن متصل شود. برای قطعات بزرگ فلز؛ مانند قاشق، قابلمه و صندلی؛ بسیاری از اتم ها به سادگی بیش از حد عمیق دفن شده اند که به مولکول های اکسیژن دسترسی ندارند. علاوه بر این، فلزات به راحتی تبخیر نمی شوند. هنگامی که یک تکه چوب یا یک شمع مومی را می سوزانید، ذرات سوخت به آسانی تبخیر می شوند، به این معنی که تنها با کمی گرما، به هوا پرتاب می شوند، جایی که دسترسی بهتری به اتم های اکسیژن دارند. در مقابل، فلزات جامد تمایل دارند که اتم هایشان بسیار محکم به هم متصل شوند، به این معنی که استفاده از گرما برای تبخیر فلز بسیار سخت تر است. همچنین، مواد آلی مانند چوب یا پارچه حاوی مقدار زیادی اکسیژن هستند، در حالی که فلزات خام اینطور نیستند. این یکی از دلایلی است که سوزاندن یک قاشق فلزی بسیار سخت تر از قاشق چوبی است، حتی اگر هر دو از قطعات بزرگی از مواد تشکیل شده باشند.
با در نظر گرفتن این واقعیت، تنها کاری که باید انجام دهیم این است که اتم های فلز را به صورت دستی از هم جدا کنیم تا آنها را بهتر بسوزانیم. در عمل، این به معنای آسیاب کردن فلز به پودر ریز است. هنگامی که به عنوان سوخت در محصولات تجاری و فرآیندهای صنعتی استفاده می شود، فلزات معمولاً به شکل پودر در می آیند. اگرچه، حتی اگر یک بلوک فلزی را به صورت پودر آسیاب کرده باشید، اگر فقط از اکسیژن موجود در هوای محیط استفاده کنید، باز هم به همان اندازه که می تواند می سوزد، نمی سوزد. مشکل این است که هوا در واقع آنقدر اکسیژن ندارد. هوا بیشتر از نیتروژن است. بهترین روش این است که اکسیژن را مستقیماً با پودر مخلوط کنید. اکسیژن خام چندان خوب کار نمی کند زیرا در دمای اتاق گاز است و شناور می شود. درعوض، ترکیبات جامد حاوی اتمهای اکسیژن با پیوند آزاد را میتوان با پودر فلز مخلوط کرد. به این ترتیب، اتمهای اکسیژن میتوانند به طور پایدار درست در کنار اتمهای فلزی بنشینند و آماده واکنش باشند. این روش کارآمدترین راه برای سوختن خوب فلزات است. به عنوان مثال، ترمیت فقط پودر آلومینیوم (سوخت) است که با اکسید آهن (منبع اکسیژن) مخلوط شده است.
دلیل دوم اینکه اجسام فلزی روزمره به خوبی نمی سوزند این است که فلزات معمولاً دمای اشتعال بالاتری دارند. از آنجایی که اتمهای یک فلز معمولی بسیار محکم به یکدیگر متصل هستند، جدا کردن آنها و آزاد کردن آنها انرژی بیشتری میگیرد، حتی اگر اتمهای اکسیژن درست در کنار آنها قرار بگیرند. شعله های شمع، شعله کبریت، آتش کمپ و شعله های اجاق آشپزخانه به سادگی آنقدر داغ نمی شوند که بیشتر فلزات را مشتعل کنند، حتی اگر فلز به شکل پودر ایده آل باشد. واکنشهای شیمیایی که دمای بالاتری تولید میکنند باید برای اشتعال بیشتر فلزات استفاده شوند. به عنوان مثال، از احتراق نوارهای منیزیم می توان برای احتراق ترمیت استفاده کرد.
آخرین دلیلی که اجسام فلزی روزمره به خوبی نمی سوزند این است که فلزات رسانای حرارتی عالی هستند. این بدان معنی است که اگر نقطه ای روی یک جسم فلزی شروع به ایجاد مقداری گرما کند، گرما خیلی سریع از طریق فلز به قسمت های خنک تر جسم جریان می یابد. این امر باعث می شود که ایجاد گرمای کافی در یک نقطه برای رسیدن به دمای احتراق دشوار شود. حتی اگر مشعل شعلهای دارید که با دمای کافی بالا کار میکند، استفاده از مشعل برای مشتعل کردن یک تکه فلز دشوار است، زیرا گرما همچنان از فلز خارج میشود.
به طور خلاصه، از آنجا که اکثر اتمهای یک تکه جامد فلز به اتمهای اکسیژن دسترسی ندارند، زیرا فلزات دمای اشتعال بالایی دارند و از آنجا که فلزات رسانای حرارتی خوبی هستند، در موقعیتهای روزمره خیلی خوب نمیسوزند.
در راه ایده آل برای سوزاندن فلز این است که آن را به پودر تبدیل کنید، آن را در یک اکسید کننده مخلوط کنید، آن را نگه دارید تا گرما نتواند از آن خارج شود و سپس از یک دستگاه احتراق با دمای بالا استفاده کنید.
آتش بازی نمونه ای از سوزاندن فلزات است.
با این حال، ممکن است تعجب کنید که چرا نگه داشتن یک کبریت روشن روی فویل آلومینیومی باعث سوختن آن نمی شود. به همین ترتیب، قرار دادن یک ماهیتابه فلزی روی شعله آشپزخانه باعث نمی شود که تابه آتش بگیرد. به نظر می رسد در موقعیت های روزمره، اشیاء فلزی چندان نمی سوزند. اگر فلزات واقعاً بسوزند چگونه می توان این کار را ممکن کرد؟ سه عامل اصلی دخیل هستند.
اولاً، اگر یک تکه فلز جامد داشته باشید، سخت است که اتمهای اکسیژن به اندازه کافی به اکثر اتمهای فلز نزدیک شوند تا واکنش نشان دهند. برای سوزاندن فلز، هر اتم فلز باید به اندازه کافی به یک اتم اکسیژن نزدیک شود تا به آن متصل شود. برای قطعات بزرگ فلز؛ مانند قاشق، قابلمه و صندلی؛ بسیاری از اتم ها به سادگی بیش از حد عمیق دفن شده اند که به مولکول های اکسیژن دسترسی ندارند. علاوه بر این، فلزات به راحتی تبخیر نمی شوند. هنگامی که یک تکه چوب یا یک شمع مومی را می سوزانید، ذرات سوخت به آسانی تبخیر می شوند، به این معنی که تنها با کمی گرما، به هوا پرتاب می شوند، جایی که دسترسی بهتری به اتم های اکسیژن دارند. در مقابل، فلزات جامد تمایل دارند که اتم هایشان بسیار محکم به هم متصل شوند، به این معنی که استفاده از گرما برای تبخیر فلز بسیار سخت تر است. همچنین، مواد آلی مانند چوب یا پارچه حاوی مقدار زیادی اکسیژن هستند، در حالی که فلزات خام اینطور نیستند. این یکی از دلایلی است که سوزاندن یک قاشق فلزی بسیار سخت تر از قاشق چوبی است، حتی اگر هر دو از قطعات بزرگی از مواد تشکیل شده باشند.
با در نظر گرفتن این واقعیت، تنها کاری که باید انجام دهیم این است که اتم های فلز را به صورت دستی از هم جدا کنیم تا آنها را بهتر بسوزانیم. در عمل، این به معنای آسیاب کردن فلز به پودر ریز است. هنگامی که به عنوان سوخت در محصولات تجاری و فرآیندهای صنعتی استفاده می شود، فلزات معمولاً به شکل پودر در می آیند. اگرچه، حتی اگر یک بلوک فلزی را به صورت پودر آسیاب کرده باشید، اگر فقط از اکسیژن موجود در هوای محیط استفاده کنید، باز هم به همان اندازه که می تواند می سوزد، نمی سوزد. مشکل این است که هوا در واقع آنقدر اکسیژن ندارد. هوا بیشتر از نیتروژن است. بهترین روش این است که اکسیژن را مستقیماً با پودر مخلوط کنید. اکسیژن خام چندان خوب کار نمی کند زیرا در دمای اتاق گاز است و شناور می شود. درعوض، ترکیبات جامد حاوی اتمهای اکسیژن با پیوند آزاد را میتوان با پودر فلز مخلوط کرد. به این ترتیب، اتمهای اکسیژن میتوانند به طور پایدار درست در کنار اتمهای فلزی بنشینند و آماده واکنش باشند. این روش کارآمدترین راه برای سوختن خوب فلزات است. به عنوان مثال، ترمیت فقط پودر آلومینیوم (سوخت) است که با اکسید آهن (منبع اکسیژن) مخلوط شده است.
دلیل دوم اینکه اجسام فلزی روزمره به خوبی نمی سوزند این است که فلزات معمولاً دمای اشتعال بالاتری دارند. از آنجایی که اتمهای یک فلز معمولی بسیار محکم به یکدیگر متصل هستند، جدا کردن آنها و آزاد کردن آنها انرژی بیشتری میگیرد، حتی اگر اتمهای اکسیژن درست در کنار آنها قرار بگیرند. شعله های شمع، شعله کبریت، آتش کمپ و شعله های اجاق آشپزخانه به سادگی آنقدر داغ نمی شوند که بیشتر فلزات را مشتعل کنند، حتی اگر فلز به شکل پودر ایده آل باشد. واکنشهای شیمیایی که دمای بالاتری تولید میکنند باید برای اشتعال بیشتر فلزات استفاده شوند. به عنوان مثال، از احتراق نوارهای منیزیم می توان برای احتراق ترمیت استفاده کرد.
آخرین دلیلی که اجسام فلزی روزمره به خوبی نمی سوزند این است که فلزات رسانای حرارتی عالی هستند. این بدان معنی است که اگر نقطه ای روی یک جسم فلزی شروع به ایجاد مقداری گرما کند، گرما خیلی سریع از طریق فلز به قسمت های خنک تر جسم جریان می یابد. این امر باعث می شود که ایجاد گرمای کافی در یک نقطه برای رسیدن به دمای احتراق دشوار شود. حتی اگر مشعل شعلهای دارید که با دمای کافی بالا کار میکند، استفاده از مشعل برای مشتعل کردن یک تکه فلز دشوار است، زیرا گرما همچنان از فلز خارج میشود.
به طور خلاصه، از آنجا که اکثر اتمهای یک تکه جامد فلز به اتمهای اکسیژن دسترسی ندارند، زیرا فلزات دمای اشتعال بالایی دارند و از آنجا که فلزات رسانای حرارتی خوبی هستند، در موقعیتهای روزمره خیلی خوب نمیسوزند.
در راه ایده آل برای سوزاندن فلز این است که آن را به پودر تبدیل کنید، آن را در یک اکسید کننده مخلوط کنید، آن را نگه دارید تا گرما نتواند از آن خارج شود و سپس از یک دستگاه احتراق با دمای بالا استفاده کنید.