شیمی واکنش‌های شیمیایی
بر پایه‌ی ۷ منبع علمی

آتیش دقیقاً چیه؟

شعله‌ی یک شمع از نزدیک، با مغز تاریک، بدنه‌ی زرد درخشان و پایه‌ی آبی کم‌رنگ
"۴ دقیقه کاوش" آخرین به‌روزرسانی: ۲۶ مهر ۱۴۰۵
مفهوم‌های این کاوش سه‌ضلعی آتش، رادیکال آزاد، دوده، پلاسما
این کاوش را چطور دوست داری دنبال کنی؟ ۴ ارائه‌ی دیگر در راه‌اند
نوشتار "۴ دقیقه کاوش"
در حال خواندن
روخوانی نوشتار هنوز آماده نیست
به‌زودی

پاسخ کوتاه آتیش یه چیز نیست، یه اتفاقه. یه واکنش شیمیایی خیلی تند بین گاز سوختنی و اکسیژن هوا، که اون‌قدر گرما و نور آزاد می‌کنه که می‌بینیش. چوب و شمع خودشون نمی‌سوزن. گرما اول ازشون گاز بیرون می‌کشه و همون گازه که شعله‌ور می‌شه. نور زرد شعله هم از ذره‌های ریز دوده‌ست که داغ شدن و می‌درخشن. تا وقتی گرما، سوخت و اکسیژن کنار هم باشن، شعله خودش رو سر پا نگه می‌داره. یکی‌شون رو بردار، خاموش می‌شه.

سه چیز که باید با هم باشن

یه شمع روشن رو نگاه کن. یه شعله‌ی کوچیک و آروم که ساعت‌ها همون‌جا می‌مونه. برای این‌که این شعله باشه، سه چیز باید هم‌زمان کنار هم باشن: گرما، چیزی که بسوزه، و اکسیژن هوا. به این سه‌تا می‌گن سه‌ضلعی آتش. هرکدوم نباشه، آتیشی هم نیست.

حالا ببین چه اتفاقی می‌افته وقتی آتیش توی دامنه‌ی یه تپه راه بیفته. شعله رو به بالا می‌ره، پس علف‌ها و شاخه‌های بالای خودش رو قبل از رسیدن گرم می‌کنه. سوختی که از قبل داغ شده زودتر می‌گیره، برای همین آتیش توی سربالایی تندتر پیش می‌ره. یعنی آتیش گرمای خودش رو خرج آماده کردن قدم بعدیش می‌کنه.

ولی هنوز یه سؤال مونده. وقتی می‌گیم چوب می‌سوزه، دقیقاً چی داره می‌سوزه؟

یک واژه سه‌ضلعی آتش (fire triangle) سه چیزی که آتیش بدون هرکدومشون روشن نمی‌شه: گرما، سوخت و اکسیژن.

چیزی که واقعاً می‌سوزه

جوابش عجیبه: خود چوب نمی‌سوزه. وقتی چوب داغ می‌شه، گرما از هم بازش می‌کنه و ازش گازهای سوختنی بیرون می‌زنه. شعله همون گازه که داره می‌سوزه. چیزی که ته‌اش می‌مونه زغاله، که بدون شعله با اکسیژن واکنش می‌ده و فقط سرخ می‌درخشه.

شمع هم همین‌طوره. فارادی، دانشمند انگلیسی، نشون داد وسط تاریک شعله‌ی شمع پر از بخار مومه. با یه لوله‌ی باریک می‌شه این بخار رو از وسط شعله بیرون کشید و سر دیگه‌ی لوله روشنش کرد.

ولی گاز و هوا خودبه‌خود آتیش نمی‌گیرن. یه جرقه لازمه. جرقه بعضی مولکول‌های گاز رو می‌شکنه و تیکه‌هایی به اسم رادیکال آزاد می‌سازه که خیلی تند با اکسیژن ترکیب می‌شن و گرما و نور می‌دن. شعله یعنی همین واکنش تند. حالا ببین چه اتفاقی می‌افته: شعله خودش تیکه‌های تازه می‌سازه و گرماش گاز کناری رو آماده می‌کنه. برای همین وقتی روشن شد، دیگه جرقه نمی‌خواد. از این واکنش چیز تازه‌ای هم ساخته می‌شه. فارادی نشون داد یکی از چیزهایی که از شعله‌ی شمع بیرون میاد، فقط آبه.

گاز و هوا خودبه‌خود آتیش نمی‌گیرن و برای شروع یه جرقه لازمه. ولی وقتی شعله روشن شد، گرماش از چوب یا موم گاز تازه بیرون می‌کشه و خودش رادیکال تازه می‌سازه. این‌طوری کار جرقه رو خود شعله انجام می‌ده و تا وقتی سوخت و اکسیژن هست، روشن می‌مونه.
یک واژه رادیکال آزاد (free radical) تیکه‌ای از یه مولکول شکسته که خیلی دنبال واکنشه و شعله رو راه می‌اندازه.

چرا شعله زرده و رو به بالاست

رنگ زرد و نارنجی شعله از خود واکنش نیست. وقتی سوخت کامل نمی‌سوزه، ذره‌های خیلی ریزی از سوخت نیم‌سوخته می‌مونه. این ذره‌ها اون‌قدر داغن که می‌درخشن. همین‌طور که بالا می‌رن سرد می‌شن و رنگشون عوض می‌شه: زرد، بعد نارنجی، بعد سرخ، و آخر نوری که چشم ما نمی‌بینه. یعنی بالای جایی که شعله تموم می‌شه هنوز گاز داغ هست.

حالا اگه گاز رو از قبل با هوای کافی قاطی کنی، دوده‌ای نمی‌مونه و شعله آبی می‌شه. این آبی دیگه از چیز داغی نیست، از خود واکنش شیمیاییه.

شکل شعله هم دلیل ساده‌ای داره. گاز داغ سبک‌تره و بالا می‌ره و هوای تازه از پایین جاش رو می‌گیره. همین جریان شعله رو کشیده و رو به بالا نگه می‌داره. توی ایستگاه فضایی این جریان نیست، و شعله‌ی شمع گرد و آبی می‌شه و دوده هم نمی‌ده.

روی زمین گاز داغ بالا می‌ره و هوای تازه از پایین جاش رو می‌گیره، و همین جریان شعله رو کشیده نگه می‌داره. نور زرد از ذره‌های داغ دوده‌ست که بالاتر که می‌رن سرد می‌شن و نارنجی و سرخ و آخر نادیدنی می‌شن. توی ایستگاه فضایی این جریان نیست، پس شعله گرد و آبی می‌مونه و دوده نمی‌ده.
یک واژه دوده (soot) ذره‌های ریز سوختی که کامل نسوخته، چون اکسیژن به همه‌ی سوخت نرسیده.

پس آتیش پلاسماست؟

شاید شنیده باشی آتیش حالت چهارم ماده‌ست، یعنی پلاسما. بیشتر شعله‌ها پلاسما نیستن. شعله‌ی شمع حدود ۱۵۰۰ درجه داغه و باز هم پلاسما نیست. شعله‌ی چوب و بنزین و گاز شهری هم معمولاً به این دما نمی‌رسن. فقط شعله‌های خیلی داغ، مثل بعضی مشعل‌های جوشکاری که به حدود ۳۱۰۰ درجه می‌رسن، پلاسما توشون دارن.

حالا که می‌دونی آتیش از چی ساخته شده، خاموش کردنش هم معلومه: یه ضلع سه‌ضلعی رو بردار. آب گرما رو می‌گیره. خاک یا آبی که روش بریزی جلوی اکسیژن رو می‌گیره. آتش‌نشان‌های جنگل یه نوار رو از گیاه پاک می‌کنن تا سوخت به آتیش نرسه.

قدم بعدی رو خودت امتحان کن. یه بشقاب سرد رو یه لحظه بالای قسمت زرد شعله‌ی شمع بگیر، بعد کنار پایه‌ی آبیش. ببین کدوم جا سیاهش می‌کنه.

آتیش یه واکنش تند بین گاز سوختنی و اکسیژنه که با گرمای خودش زنده می‌مونه. نورش از دوده‌ی داغه، شکلش از هوایی که بالا می‌ره، و خاموش کردنش یعنی برداشتن یکی از سه ضلعش.

یک واژه پلاسما (plasma) گازی که اون‌قدر داغه که ذره‌هاش بار الکتریکی پیدا کردن.

این پاسخ از کجا آمده

هر چیزی که بالا خواندی از این ۷ منبع بیرون آمده. اگر خواستی خودت سرچشمه را ببینی، لینک‌ها همین‌جاست.

۷ منبع
۱ What is fire and how does it burn? (The Naked Scientists, Richard Hull) بخش «سه چیز که باید با هم باشن» و بخش «چیزی که واقعاً می‌سوزه» رسانه‌ی علمی ۲ Wildland fire behaviour (Government of Ontario) بخش «سه چیز که باید با هم باشن» و خاموش کردن آتش در بخش «پس آتیش پلاسماست؟» نهاد رسمی ۳ Thermal properties, Handbook of Wood Chemistry and Wood Composites (Roger M. Rowell, USDA Forest Service) بخش «چیزی که واقعاً می‌سوزه»، گازی که از چوب داغ بیرون می‌زند و زغال سرخ نهاد رسمی ۴ How does plasma make a campfire flame orange? (Christopher S. Baird) بخش «چرا شعله زرده و رو به بالاست»، دوده‌ی داغ و شعله‌ی آبی رسانه‌ی علمی ۵ Do flames contain plasma? (Christopher S. Baird) بخش «پس آتیش پلاسماست؟» رسانه‌ی علمی ۶ Candle Flame, 1g vs Microgravity (NASA) بخش «چرا شعله زرده و رو به بالاست»، شعله‌ی گرد در ایستگاه فضایی نهاد رسمی ۷ The Chemical History of a Candle (Michael Faraday, Project Gutenberg) بخش «چیزی که واقعاً می‌سوزه» (بخار موم و آب) و رنگ شعله در بخش «چرا شعله زرده و رو به بالاست» نهاد رسمی