בכדי לדייק בתשובה, צריך להגדיר תחילה את המונחים 'שריפה' ו'חומר אורגני' המופעים בשאלה:
נגדיר שריפה (או אש או בעירה) כתהליך המתרחש בו חומר מחמצן מגיב עם חומר מחזר (כלומר תגובת חימצון-חיזור, תגובה בה עוברים אלקטרונים מחומר לחומר) המלווה בשיחרור אנרגיה רב, לרוב תוך פליטת אור נראה חזק (=אש). (עוד על אש אפשר לקרוא בקישורים בסוף השאלה הזאת). בחיים היום-יומיים אנו נתקלים בדרך כלל באש שנוצרת כאשר חמצן שורף חומר אחר (למשל מדורה של עצים).
שריפה ביער
לגבי חומר אורגני – ההגדרה יותר רופפת, המונח מקורו מלפני מאות שנים, מתקופת האלכימיה, האלכימאים הבדילו בין שני סוגי חומרים בעולם: חומרים אורגניים, כלומר חומרים שמקורם באורגניזם, כלומר ביצור חי – כמו בשר, עצים, זפת/ביטומן וכו', וחומרים אנאורגנים – כלומר חומרים שמקורם אינו בבעלי חיים (כמו חול, אבנים, מתכות). האלכימאים האמינו שמדובר בשני סוגי חומרים נפרדים. אולם בשנים 1824-1928 הצליח הכימאי הגרמני וולר לסנתז שני חומרים אורגנים (חומצה אוקסלית, הנמצאת בצמחים ואוראה, המופרשת משתן של בעלי חיים) מחומרים אנאורגאניים, ובכך, הפריך את התיאוריה רבת השנים. מאז סונתזו על ידי כימאים חומרים אורגניים רבים, כאשר חומר המוצא היה חומרים לא אורגניים. ובכל זאת, המונחים 'חומר אורגני' ו'כימיה אורגנית' נשארו בשימוש עד היום, כאשר בימיינו המאפיין של הנ"ל אינו המקור של החומרים, אלא העובדה שחייבים להכיל אטום של פחמן (C) אחד לפחות בתוכם. (כמעט) כל התרכובות האורגניות מכילות גם אטום מימן (H) הקשור לאטום הפחמן. תרכובות אורגניות יכולות להכיל כמובן גם אטומים נוספים בתוך המולקולה, כמו אטומי חמצן (O) – הנמצאים בסוכרים, בכהלים, בחומצות-שומן ובתרכובות אורגניות רבות, חנקן (N) , גופרית (S) – הנמצאים בחלבונים, זרחן (P) – שהוא חלק ממבנה ה DNA, יוד (I) - הנמצא בתרכובות של הורמונים, ועוד אטומים אחרים, בתפוצה יותר נמוכה.
מעניין לציין ש'רוב הכימיה' (בבחינה של מספר התרכובות) היא כימיה אורגנית, ע"פ בדיקה שנעשתה בשנת 1970 70% מהתרכובות הידועות לאדם היו תרכובות פחמן, ו 30% של כל שאר היסודות האחרים, אני מניח שכיום, לאחר 40 שנה, המצב השתנה ל 90-10 לטובת תרכובות הפחמן.
לשאלתך, באופן כללי – תהליך השריפה דומה בחומרים אורגנים וחומרים אי-אורגניים. השוני הוא בתוצרים, ובמגוון המחמצנים האפשרי בתגובה.
בגלל שחומרים אורגניים תמיד מכילים פחמן ומימן, ובגלל שהחומר המחמצן הנפוץ שלהם הוא חמצן, תוצרי השריפה של חומר אורגני יהיו תמיד (אדי) מים, תחמוצות של פחמן.
למשל תהליך השריפה של אוקטן (אחד ממרכיבי הבנזין למכוניות, אוקטא = 8 ביוונית, כמו תמנון=אוקטופוס, לציין 8 פחמנים במולקולה) :
C8H18 + 12.5O2 -> 8CO2 + 9H20
במצב שריפה עם חוסר במולקולות חמצן (כמו שריפה בתוך חדר סגור) – לא יתרחש חימצון מלא של הפחמן, ויווצר הגז הרעיל פחמן חד-חמצני (CO, ראו קישור עליו בתחתית השאלה)
C8H18 + 8.5O2 -> 8CO + 9H20
במחסור עוד יותר גדול בחמצן, יווצר פיח שחור של אטומי פחמן במצב טהור אמורפי (C):
C8H18 + 4.5O2 -> 8C + 9H20
אם תרכובת הפחמן מכילה חמצן, הוא יהפך למים בסוף תהליך השריפה, כמו בשריפה של אלכוהול:
C2H6O + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O
אם תרכובת הפחמן מכילה יסודות אחרים, כמו גופרית, בסוף תהליך השריפה הם יהפכו לתחמוצות שלהם (למשל בתרכובת המכילה גופרית, בתוצרי השריפה ניתן יהיה למצוא דו-תחמוצת הגופרית SO2)
חומרים אנאורגאניים – לא מכילים פחמן, ולא חייבים להכיל מימן, ולכן בתוצרי השריפה שלהם לא יהיו בהכרח מים ו/או פחמן דו חמצני. דוגמאות לשריפה של חומרים אנאורגאניים:
מגנזיום בחמצן, שריפה היוצרת אור רב מאוד, (לחצו כאן לסרטון המראה בעירת מגנזיום ) משמש בזיקוקי תאורה בשל כך. התגובה היא :
Mg + ½O2 -> MgO
שריפת מגנזיום. התמונות באדיבות אתר ויקיפדיה
גם גופרית בוערת בחמצן, באש כחלחלה, (לחצו כאן לסרטון בעירת גופרית)
או שריפה של זרחן (P) בחמצן (לחצו כאן לסרטון קצר או לחצו כאן לסרטון ארוך יותר של שריפת זרחן). שימו לב שהזרחן בוער ומתלקח באוויר בצורה ספונטנית ללא צורך בחימום. תכונה זו של הזרחן מצאה שימוש ב'פצצות זרחן' הידועות לשמצה, המפזרות גושי זרחן בעת פיצוצן, כאשר הזרחן בוער הוא הופך לחומר צמיגי דביק, דמוי מסטיק. אם פיסה של זרחן נופלת על בן אדם היא תשרוף את בשרו עד העצם או עד יצירת חור מפוחם בגוף, מים אמנם עוצרים את תהליך השריפה, אולם חשיפה מחודשת לאוויר לאחר 'כיבוי' האש, שוב תגרום לזרחן להתלקח (הוא מתלקח ספונטנית באויר, כאמור), והדרך היחידה לעצור את תהליך השריפה הוא לחתוך עם סכין את האיזור הנגוע. בשל אכזריותן הרבה של פצצות הזרחן אמנת ז'נבה להסדרת 'חוקי המלחמה' אסרה שימוש של פצצות זרחן כנגד חיילים בקרב.
כידוע היסודות מתחלקים למתכות ולאל-מתכות, מעניין לציין שהמסת תוצרי השריפה שלהם בחמצן (המסת התחמוצות) בתוך מים יוצרת חומרים מנוגדים מבחינה כימית: המסת תחמוצות של אל-מתכות במים יוצרת חומצות, והמסת תחמוצות של מתכות במים יוצרת בסיסים.
לסיום נציין שאומנם מחיי-היום-יום אנו מכירים רק תהליכים שריפה בהם חמצן הוא החומר המחמצן, אולם זה לא חייב להיות כך, כל מחמצן חזק יכול לגרום לבעירה, מחמצנים חזקים לדוגמה: פלואור, חנקן (יכול לשרוף מגנזיום), כלור, ברום, גופרית וכו'. לחצו כאן לסרטון המדגים שריפה של ברזל Fe על ידי גופרית, ליצירת ברזל גופרי FeS. או לחצו כאן לסרטון המציג ברום (Br2) אשר שורף זרחן.
מאת: ד"ר אבי סאייג
המחלקה לנוירוביולוגיה ומכון דוידסון לחינוך מדעי
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
