يبدُو أَنّه في هذه التّجربة، وعلى العكسِ مِن تجاربنا اليوميّة مَعَهُ، يمكِنُ للحديد أَن يشتعل. تتطلَّبُ التّجربة إِشراف شخصٍ بالغ!
المعدات
- شوكة
- سيفة (يُمكن الحصولُ عليها في كلِّ بقالة)
- زبديّة أَو صينيّة غير قابلة للاشتعال (إِجراءُ التّجربة فوقها، يُمكِن تنفيذ التّجربة فوق مِغسَلَة)
- ولاّعة أَو عيدان كبريت (يتمُّ استعمالها بإشرافِ شخصٍ بالغٍ فقط)
مَجرى التّجربة
يُمكِنُ رؤية مجرى التّجربة في الفيلم القصير التّالي:
ملاحظة: كما في مفرقعاتِ عيد الميلاد، يُمنَعُ تقريب السِّيفة المشتَعِلَة للوجه، لأَنّه يُمكِنُ أَن يتطايَرَ شَرَرٌ منها. إذا أَردتم تأجيجَ النّار – فَيجِبُ النّفخُ عليها من بعيد!
الشَّرح
لاشتعالِ النّار، يجبُ توفُّرِ ثلاثة عوامِلَ في آنٍ واحد: وجود مادّة قابلة للاشتعال (مثل خشب، ورق، وقود، فحم وما شابه)، ووجودُ مادّة مؤكسِدَة (الحديث عادةً عَنِ الأُكسجين الّذي في الهواء، لكن هذا ليس ضروريًّا، فهنالك موادُّ مؤكسِدَة أُخرى)، وحرارة مرتفعة / درجة حرارة عاليّة. تُدعى هذه الثُّلاثيّة "مُثلَّث النّار". في حالةِ اختفاءِ أَحدها، لن يحدُثَ اشتعال. إِذا توفَّرَتِ الثّلاثة، سيكونُ الاشتعالُ دائمًا.
كثيرون لا يعرفون ذلك، لكنَّ الحديد هو مادّة مُشتَعِلَة – والسَّببُ في أَنّنا لا نراه مُشتَعِلًا في الحياة اليوميّة، هو صعوبة توفير عوامِلِ دائرة الاشتعالِ الثّلاثة بالنِّسبة له. ولأَنَّ الحديدَ معدنٌ، والمعادن مُوصِلَة للحرارة بشكلٍ جيّد، فَمِنَ الصّعب تسخينُ كُتلَةٍ مِنَ الحديد بواسطة مصدَرِ اشتعالٍ عاديّ وصغير، لدرجة حرارة تجعلها تَشتَعل. وإِذا حاولنا تسخينَ جُزءٍ مِنَ الحديد، سَتنتقِلُ الحرارة دائمًا إِلى بقيّة الأَجزاء، مما يُصعِّبُ تسخينَهُ واشتعاله.
الوضعُ مُختلِفٌ في السِّيفة. وذلك لأَنَّ "شعر" الحديد دقيقٌ وكتلته صغيرة، لِدرجةِ أَنَّ حرارةَ عُودِ ثِقابٍ أَو ولاّعة كافية لرفع درجةِ حرارة الـ "شّعر" والتَّسبُّب في اشتعاله – ولأَنَّ الكتلةَ صغيرة، ولا يوجدُ جسمٌ كبير يُمكِنُ للحديدِ أَن ينقُلَ إِليه الحرارة. يُضافُ إلى ذلك، أَنَّ مبنى الـ "شّعر" يزيدُ بشكلٍ نسبيّ مِساحة سطحِ (السَّطح الخارجيّ) الحديد، لهذا يُمكِّنُ أُكسجين الهواءِ مِنَ الوُصول إلى كل أَجزائِهِ، وأَكسدتها بنجاعَةٍ. يُمكِنُ مقارنة ذلك بحالةِ كتلة حديدٍ كبيرة، والّتي يستطيع الأُكسجين الوُصول لأَجزائها الخارجيّة فقط، ولا توجد طريقةٌ للوصول إلى الأَجزاء الدّاخليّة للكُتلة، في حين أَنَّ الجزء الدّاخليّ مِنَ السِّيفة عبارةٌ عن "شعر"، وكُلُّهُ مُعرَّضٌ للأُكسجين. لذلك يُمكِنُ أَن تشتعِلَ النّار إِذا كان الحديد على شكلِ سِيفَةٍ، ويتأَجَّجُ إذا نفخنا عليه وزوَّدناهُ بالمزيدِ مِنَ الأُكسجين.
بالمناسبة، عند استعمالِ قاذفِ اللَّهب مع شدَّة نارٍ كبيرة وهنالك تزويدٌ دائِمٌ بالأُكسجين، يُمكِنُ حرقُ كُتلَةٍ حديديّة كبيرة أَيضًا. هذه هي الطّريقة الّتي يستعمِلُها الحدَّادون وعُمّالُ معادِنَ أُخرى لقصِّ قِطَعٍ حديديّة كبيرةٍ بسرعةٍ.
مِنَ الجَديرِ ذِكرُهُ
كيميائيًّا، ناتجُ احتراقِ الحديد (Fe) بالأُكسجين (O2) الّذي في الهواء، هو أُكسيدٌ ذو صيغة كيميائيّة خاصّة: Fe3O4. النّاتج حسبَ التّفاعُل:
3Fe+2O2 ----> Fe3O4
ما الّذي يُميِّزُ هذا الأُكسيد؟ كُلُّ مَن يعرفُ الكيمياء، يعلَمُ أَنَّ للأُكسجين رقمَ تأكسُدٍ هو 2- ، أَي أَنَّهُ يميلُ إلى أَخذِ زوج إِلكتروناتٍ مِنَ الذَّرَّات الّتي تشارِكُهُ في المركَّب. أَي أَنَّ ذرَّاتِ الأُكسجين الأَربعِ الّتي في المركَّب، تأَخذُ ما مجموعُهُ ثمانية إِلكترونات، وتأخُذُها من ثلاثِ ذرَّاتِ حديدٍ. حسابٌ بسيطٌ يُظهِرُ أَنَّهُ تمَّ أَخذُ 3/8 إلكترون من كلّ ذرّةِ حديدٍ، أَي إِلكترونَيْنِ، وثُلُثَيِ الإِلكترون.
بالطّبع، فهذا الأَمرُ غير معقولٍ، لأَنَّ الإِلكترون هو جُسيمٌ أَساسيّ في الطّبيعة ولا يَقبَلُ التَّقسيم. لا يوجد شيءٌ اسمُهُ "ثلثُا إلكترون". لذلك، هنالك مَن يُسجِّل صيغة المُركب كـ-FeO•Fe2O3 أَي دَمجُ مُركَّبَيْ حديدٍ، تُؤخَذُ في المرّة الأُولى ثلاثة إلكتروناتٍ مِن كُلّ ذرّةِ حديدٍ، ويُؤخَذُ في الثّانية زوجُ إِلكترونات. هكذا يكونُ المعدَّلُ المتوسِّط إلكترونَيْنِ، وَثُلُثَيِ الإِلكترونِ مِن كُلِّ ذرّةِ حديدٍ.
أَمرٌ آخر مميَّزٌ في هذا المركَّب، هو حقيقةُ انجذابه للمغناطيسات. من هنا اشتُقَّ اسمه عندما يظهَرُ في الطّبيعة كمعدنٍ – مغنتيت (أُكسيدُ الحديدِ الأَسوَد).
بالإِضافةِ إلى ذلك – نوصيكُم بمحاولةِ إِجراء التّجربة "نارٌ تحت الماء"، والّتي تتناوَلُ مثلَّثَ النَّارِ أَيضًا.