تحويل الثلج إلى فحم؟!

الشرح

عندما نقوم بإشعال قدّاحة أو شمعة - يحدث تفاعلٌ كيميائيّ يسمى تفاعل الاحتراق. يتفاعل غاز القدّاحة أو الشمع الموجود في الشمعة مع الأكسجين في الهواء حتى الاحتراق. الغاز الموجود في القدّاحة أيضًا (غاز البوتان) والشمع الموجود في الشمعة هي من مركبات الهيدروجين (H كما يُرمز له كيميائيًا) والكربون ( C كما يُرمزله كيميائيًا). تتحلل المركبات أثناء تفاعل الاحتراق، تتفاعل مع الأكسجين (O₂)، وتتحول إلى أكاسيد العناصر المكونة لها: H₂O الماء وهو في الواقع "أكسيد الهيدروجين"، والتي تنطلق على شكل بخار، وغاز ثاني أكسيد الكربون، CO₂.

إذا قمنا بوضع ملعقة على شعلة الشمعة، نلاحظ أنّ الملعقة تتغطى بسرعةٍ كبيرة بالسنّاج الأسود، يتكوّن السناج من جسيمات الكربون (C)، أسود اللون، التي لم تحترق بعد (لم تتفاعل مع الأكسجين)، وتلتصق بالملعقة الباردة (مقارنةً بالنار). يكون البرد النسبي للملعقة كافيًا لإيقاف تفاعل النار قبل حدوثه بشكلٍ كامل، بحيث يبقى الكربون كما هو في حالة العنصر. تسمى هذه العملية "احتراقًا جزئيًا".

تُعدّ شعلة القدّاحة أكثر "نظافة" من شعلة الشمعة، فهي لا "تُفحّم" وعادةً لا تنتج طبقة من السناج عندما نضع عليها ملعقة، وذلك لأنّ جزيء الغاز في القدّاحة أصغر بكثير من ذلك الموجود في الشمع، لذلك تحترق بسهولة أكبر وفي درجة حرارة أكثر انخفاضًا. بكلمات أخرى - يفشل البرد النسبي للملعقة في إيقاف التفاعل الكيميائي للحريق.

من أجل إنتاج السناج من شعلة القداحة، نحن بحاجة إلى شيءٍ أكثر برودة - مثل الجليد أو الثلج - وهذا ما نقوم به في التجربة الحالية. أيّ أنَّ الجليد يقوم ببساطة بتوفير البرد الذي يوقف تفاعل الاحتراق، لكنّ السناج الأسود لا يأتي من الجليد، بل من الغاز!

أثناء التجربة، يمكننا أيضًا شمّ الروائح المميزة - والتي تنتج بسبب المركبات الكيميائية المختلفة التي تنشأ من جزيئات الغاز التي تتفاعل مع بعضها البعض أثناء التوقف الفجائي للتفاعل الكيميائي.

يتم أيضًا إنشاء السناج الأسود بطريقةٍ مختلفة تمامًا تسبب حريقًا جزئيًا - عندما يحدث الحريق في بيئة فقيرة بالأكسجين، يتمّ حرق مركبات الكربون والهيدروجين: نحصل على الماء والسناج (الكربون). (في كمية متوسطة من الأكسجينيحترق الكربون ويتحول إلى الغاز السام أول أكسيد الكربون CO).

من الجدير بالذكر

لسناج اللهب استخدامات عند إنتاج الحبر. في الواقع، فإنّ الوصفة الأصلية لتحضير الحبر الأسود الذي يستخدمه الكتبة تتضمن سناج الدخان كمصدرٍ للونه الأسود.