حل سؤال: عند احتراق الخشب فإن المادة الفائضة في التفاعل هي
إجابة السؤال هي: الأكسجين.
شرح الإجابة:
عندما نتحدث عن احتراق الخشب، فإننا نصف تفاعلا كيميائيا معقدا يجمع بين الخشب، وهو في الأساس مركب معقد من الكربون و الهيدروجين و الأكسجين وبعض العناصر الأخرى بكميات ضئيلة، و غاز الأكسجين الموجود في الهواء. هذا التفاعل، والذي يطلق عليه عادة الاحتراق أو الأكسدة السريعة، ينتج عنه حرارة وضوء، بالإضافة إلى مواد أخرى مثل ثاني أكسيد الكربون و الماء.
لكي نفهم لماذا الأكسجين هو المادة الفائضة، دعنا نفكر في الأمر بهذه الطريقة: تخيل أن لديك كمية محددة من الخشب. هذه الكمية من الخشب تحتاج إلى كمية معينة من الأكسجين لكي تحترق بشكل كامل. ولكن، في العادة، يتوفر الأكسجين في الهواء بكميات أكبر بكثير من الكمية التي يحتاجها الخشب للاحتراق.
بعبارة أخرى، نسبة الأكسجين المتوفرة تكون أعلى بكثير من نسبة الخشب. ولهذا السبب، حتى بعد احتراق الخشب بالكامل، يظل هناك كمية كبيرة من الأكسجين لم تتفاعل. هذه الكمية الزائدة من الأكسجين هي ما نعنيه بـ “المادة الفائضة”.
إضافة إلى ذلك، من المهم أن ندرك أن الاحتراق ليس مجرد اختفاء للخشب وظهور الرماد والدخان. بل هو تحول للمادة. فالكربون الموجود في الخشب يتحد مع الأكسجين الموجود في الهواء ليشكّل ثاني أكسيد الكربون. والهيدروجين الموجود في الخشب يتحد مع الأكسجين ليشكّل الماء (عادة في صورة بخار).
أحيانا، قد لا يحترق الخشب بشكل كامل، خاصة إذا كانت كمية الأكسجين غير كافية. في هذه الحالة، قد يتكون أول أكسيد الكربون، وهو غاز سام، بالإضافة إلى بقايا غير محترقة من الكربون تظهر في صورة دخان أسود.
لفهم أعمق، يمكننا تشبيه الاحتراق بعملية طهي. إذا أردت طهي طبق معين، فأنت تحتاج إلى كميات محددة من المكونات. إذا كان لديك الكثير من أحد المكونات، فإنه يعتبر “فائضًا”. في حالة احتراق الخشب، الأكسجين هو هذا المكون الفائض.
ولكي نربط هذا المفهوم بظواهر طبيعية أخرى، يمكننا التفكير في حرائق الغابات. غالبا ما تنتشر حرائق الغابات بسرعة كبيرة بسبب وجود كميات هائلة من المواد القابلة للاحتراق (مثل الأشجار والأوراق الجافة) بالإضافة إلى وفرة الأكسجين في الهواء.
كذلك، يمكننا أن نرى أهمية الأكسجين في عمليات أخرى مشابهة للاحتراق، مثل تنفس الكائنات الحية. نحن نستهلك الأكسجين وننتج ثاني أكسيد الكربون كجزء من عملية توليد الطاقة داخل خلايانا.
بمعنى آخر، الأكسجين ليس مجرد عنصر ضروري للاحتراق، بل هو عنصر حيوي للعديد من العمليات الطبيعية والكيميائية التي تحدث من حولنا باستمرار. ومن خلال فهم دور الأكسجين كمادة فائضة في احتراق الخشب، يمكننا أن نقدر أهميته ودوره الأساسي في البيئة.
علاوة على ذلك، التحكم في كمية الأكسجين يمكن أن يكون وسيلة لإخماد الحرائق. على سبيل المثال، استخدام طفاية الحريق يهدف جزئيا إلى حجب الأكسجين عن المادة المحترقة، مما يؤدي إلى إخماد الحريق.
في الختام، احتراق الخشب هو تفاعل كيميائي يعتمد على وجود الأكسجين. وبما أن الأكسجين عادة ما يكون متوفرا بكميات أكبر من الكمية التي يحتاجها الخشب للاحتراق الكامل، فإنه يعتبر المادة الفائضة في هذا التفاعل. فهم هذه العلاقة يساعدنا على فهم العمليات الكيميائية التي تحدث من حولنا، من حرائق الغابات إلى تنفسنا اليومي.