☰ خطة العام · العلوم (بالعربية)

الاحتراق (١): النار والأكاسيد والميثان

الأسبوع 3 · الدرس الثاني «تفاعلات الاحتراق والتلوث البيئي» (١): مثلث الاحتراق ودرجة الاشتعال وقابلية الاشتعال وأعواد الثقاب واحتراق الفلزات واللافلزات والاحتراق التام وغير التام · 3 دروس
3

الاحتراق التام وغير التام للميثان

Science Prep 3 Term 1, Unit 1: pp. 15–19
الهدفأكتب وأزن معادلات الاحتراق التام وغير التام للهيدروكربون وأقارن بين نواتجهما وحرارتهما.
كلمات جديدة
الاحتراق التام · احتراق في وفرة من الأكسجين: يتكوّن ثاني أكسيد الكربون والماءالاحتراق غير التام · احتراق مع قلة الأكسجين: يتكوّن أول أكسيد الكربون أو السناجالسناج · دقائق سوداء ناعمة من الكربون غير المحترق
الشرح

في وفرة من الأكسجين يحترق الهيدروكربون احتراقًا تامًا إلى ثاني أكسيد الكربون وماء. وبالنسبة للميثان، الغاز الرئيسي في الغاز الطبيعي: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O + حرارة. وعندما يقل الأكسجين يكون الاحتراق غير تام. فيتحول بعض الكربون إلى أول أكسيد الكربون CO وهو غاز سام، أو إلى سناج وهو كربون: 2CH₄ + 3O₂ → 2CO + 4H₂O، وCH₄ + O₂ → C + 2H₂O. السناج كربون غير محترق وليس دخان أوساخ، وأول أكسيد الكربون مركب من الكربون والأكسجين وليس شكلًا من أشكال الكربون. ويعطي الاحتراق غير التام حرارة أقل من الاحتراق التام لكتلة الوقود نفسها. ويكون لهب الموقد الغازي أزرق عندما تكون فتحة الهواء مفتوحة، وهذا احتراق أسخن وأتم. وعندما تُغلق الفتحة تقريبًا يصبح اللهب أصفر ويكوّن سناجًا. ولوزن المعادلة نعدّ كل نوع من الذرات في الطرفين ونضيف معاملات صحيحة حتى يتساوى العد. ولا تُستخدم مواقد الوقود في غرفة مغلقة بلا تهوية أبدًا: اسأل شخصًا بالغًا.

الأكسجينمعادلة الميثان
وفرةCH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
قليل2CH₄ + 3O₂ → 2CO + 4H₂O
قليل جدًاCH₄ + O₂ → C + 2H₂O
أمثلة محلولة
C3H8 + 5O2→3CO2 + 4H2O
زِن احتراق البروبان التام: C₃H₈ + ?O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. في الطرف الأيمن: O = ٣ × ٢ + ٤ = ١٠، فنحتاج ٥ O₂ في اليسار. C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. وفي اليسار: O = ٥ × ٢ = ١٠. المعادلة موزونة.
كم أكسجينًا تحتاج ٦ جزيئات ميثان للاحتراق التام؟ يحتاج كل جزيء ٢ O₂، فنحتاج ٦ × ٢ = ١٢ O₂. وتعطي ٦ CO₂ و٦ × ٢ = ١٢ H₂O.
لهب موقد مايا أصفر وقاع الإناء أسود. هذا يدل على احتراق غير تام مع سناج. قد يحتاج الموقد إلى تنظيف أو هواء أكثر، فتطلب مايا المساعدة من شخص بالغ ولا تلمسه.
نشاط الفصل

جزيئات من مشابك الورق، بلا لهب. استخدم مشابك سوداء للكربون وبيضاء للهيدروجين وحمراء للأكسجين. ابنِ جزيء CH₄ واحدًا (مشبك أسود مع أربعة بيضاء) و٢ O₂ (زوجين من الأحمر). أعد ترتيبها إلى CO₂ واحد و٢ H₂O وعدّ الذرات قبل التفاعل وبعده. ثم جرّب ٢ CH₄ مع ٣ O₂ فقط وبيّن كيف يتكوّن CO. املأ جدولًا: أي معادلة تستخدم أقل أكسجين لكل CH₄؟

تدرّب
1
اذكر نواتج الاحتراق التام للهيدروكربون.
2
أي ناتج للاحتراق غير التام سام وأيّ ناتج أسود؟
3
زِن: C₄H₁₀ + ?O₂ → 4CO₂ + 5H₂O. تلميح: استخدم كسرًا أولًا ثم ضاعف كل المعاملات: 2C₄H₁₀ + ?O₂ → 8CO₂ + 10H₂O.
2C4H10 + ?O2→8CO2 + 10H2O
4
أي لهب أسخن وأتم احتراقًا: الأزرق أم الأصفر؟