في هذه التجربة سنقوم ببناء مدفعٍ مُصّغر بمساعدةِ أعواد الثقاب. سيُطلق المدفع أعواد الثقاب باستخدامِ الخصائص الكيميائية والفيزيائية لمادة الاحتراق الخاصة بعود الثقاب.
تتطلب التجربة إشراف شخصٍ بالغ!
المعدّات:
-
ورق ألومنيوم
-
شمعة
-
مقصّ
-
ملقطَي غسيل
-
أعواد ثقاب
-
دلو ماء وماسِحة
سير التجربة:
يمكنكم مشاهدة سير التجربة في الفيديو التالي:
شرح
يُعدّ اختراع عود الثقاب واحدًا من أعظم الاختراعات التي عُرفت في تاريخ البشرية، ولا أقلّ من ذلك. لم تتوفر طريقة سهلة لإشعال النار قبل اختراع عود الثقاب. يعتمد مبدأ تشغيل عود الثقاب على مزيج من المواد المؤكسدة كيميائيًا والمواد المُختزِلة (والقابلة للاشتعال). لأنّ اشتعال النار يتطلب وجود ثلاثة عوامل في آنٍ واحد (والتي تُعرف أيضًا ب"مثلث النار"): مادة مؤكسِدة، مادة قابلة للاشتعال والحرارة (أو بالأحرى الطاقة). كل ما يحتاجه عود الثقاب حتى يشتعل هو القليل من الحرارة، والذي يوفره عادةً فرك عود الثقاب بجدران علبة أعواد الثقاب (لمزيدٍ من المعلومات حول مبدأ عمل عود الثقاب، انظروا: كيف يعمل عود الثقاب).
بالرغم من أنّنا غير مُجبرين على توفير الطاقة عن طريق الفرك فقط. في هذه التجربة، نقوم بتوفير طاقةٍ حرارية لعود الثقاب من خلال تسخينه بواسطة شمعة. تقوم النار المُنبعثة من الشمعة بتسخين رؤوس أعواد الثقاب الملفوفة بورق الألومنيوم. بسبب أنّ رؤوس أعواد الثقاب تحتوي على مادة مُختزِلة (بالأخص KClO3 - كلورات البوتاسيوم) ومادة قابلة للاشتعال (بالأخص الكبريت) - تشتعل النار داخل الورق الملفوف على الرغم من أنها ليست مُعرضة للهواء، تمامًا كما في تجربة النار تحت الماء.
يتأكسد الكبريت (S8) المتواجد في رأس عود الثقاب ويتحول إلى غازات - ثاني أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد الكبريت (SO3). تعمل الغازات المنبعثة من رأس عود الثقاب المُحكم إغلاقه (داخل ورق الألمنيوم) على خلق ضغط غاز قوي يقوم بدفع ورمي عود الثقاب المُتحرك. إذا لم نقم بتثبيت ورق الألومنيوم بقوة كافية مع عود الثقاب، قد تخرج الغازات وتنبثق إلى الفراغ الموجود بين الورق وعود الثقاب، وبذلك لا يطير عود الثقاب. في مثل هذه الحالة لن يكون هناك سوى إطلاق للغازات.
يُستخدم مبدأ هذه العملية أيضًا، في المواد التي تشتعل بسرعة داخل خلية مغلقة وتنتج ضغط غازات، في الاحتياجات العسكرية: في المدافع، في قذائف الدبابات وإطلاق الرصاص والبنادق أيضًا. الفرق الوحيد يكمن في تركيبة مادة التفجير: تُستعمل في البنادق والقذائف مواد أكثر تطورًا ونجاعة من تلك التي تتواجد في رأس عود الثقاب، لكنها تحتوي هي أيضًا على مواد قابلة للاشتعال ومواد مؤكسِدة موجودة مع بعضها البعض، أحيانًا على هيئة مخلوط وأحيانًا أخرى على شكل مخلوط كيميائيّ يحتوي على طرف مؤكسِد وطرف قابل للاشتعال، وهي تشتعل بدون الحاجة للتعرض للهواء.
تحتوي "مفرقعات عيد الميلاد" أيضًا على مخلوط مواد مؤكسدة وقابلة للاشتعال، والتي تُمكنها من الاشتعال بدون الحاجة للتعرض إلى الهواء، بل حتّى من إشعال نار في الماء.