الفرق بين الاحتراق التام والاحتراق غير التام

أوجه الاختلاف بين الاحتراق التام وغير التام

التعريف

تفاعلات الاحتراق بصورة عامة هي تفاعلات تتم بوجود غاز الأكسجين وتصنف ضمن التفاعلات الكيميائية الطاردة للحرارة ، إذ إنها تُطلق الطاقة على شكل ضوء أو حرارة، وغالبًا ما تشير تفاعلات الاحتراق إلى احتراق الهيدروكربونات مع وجود غاز الأكسجين، وفيما يأتي مفهوم كل من تفاعل الاحتراق التام والاحتراق غير التام:

• الاحتراق التام: هو تفاعل كيميائي يتضمن مادة متفاعلة ومؤكسد يكون عادة هو ذاته الأكسجين، ثم ينتج من هذا التفاعل الحرارة والطاقة، وتُعرف تفاعلات الاحتراق التام أيضًا بتفاعلات الأكسدة والاختزال (الاختزال- الأكسدة)، إذ إنه خلال هذا الاحتراق تتفاعل المادة المختزلة والمؤكسدة لتُنتجان الحرارة والطاقة، والتي غالبًا ما تكون عبارة عن اللهب، ومن أمثلة المواد المختزلة؛ الوقود، ومن أمثلة المواد المؤكسدة؛ الغاز، وفي الاحتراق الكامل أو التام يتواجد كمية كافية من العامل المؤكسد لحدوث هذا التفاعل وإتمامه.
• الاحتراق غير التام: هو التفاعل الذي يحدث عندما يكون هناك نقص أو انقطاع في إمداد المادة المؤكسدة والتي غالبًا ما تكون غاز الأكسجين، فعندما يتفاعل الأكسجين مع الهيدروكربون يُطلق أول أكسيد الكربون السام بدلًا من ثاني أكسيد الكربون، وينتج عن هذا الاحتراق طاقة أقل من الطاقة التي تنتج من الاحتراق الكامل.

المواد المتفاعلة

فيما يأتي توضيح للمواد المتفاعلة التي تدخل في الاحتراق التام وغير التام:

• الاحتراق التام: في احتراق الوقود مثلًا والذي يعد مادة تتفاعل مع الأكسجين لإطلاق طاقة مفيدة، على شكل حرارة وأحيانًا طاقة ضوئية، لذا فإنه في الاحتراق التام تتفاعل المواد القابلة للاحتراق مع الأكسجين شريطة أن تحصل على كمية كافية منه لإتمام الاحتراق، فالاحتراق التام يحتاج إلى كمية وفيرة من الهواء، فالوقود يحتوي على الهيدروكربونات ومن أمثلته؛ الغاز الطبيعي والبنزين، أي أن تفاعل الاحتراق الكامل يكون بين الهيدروكربون والأكسجين.
• الاحتراق غير التام: في تفاعلات الاحتراق غير التام، فإن المواد المتفاعلة لا تختلف عنها في الاحتراق التام، وهي الهيدروكربونات مع الأكسجين، إلا أن الفرق بينهما يكون بأن إمداد الهواء أو الأكسجين في هذا النوع من التفاعلات ضعيفًا، بحيث لا يكتمل التفاعل الكيميائي ولا يكتمل الاحتراق.

المواد الناتجة

بالرغم من تفاعل المواد المتشابهة معًا في الاحتراقين التام وغير التام، إلا أن العناصر الناتجة عن الاحتراق التام وغير التام تختلف عن بعضها البعض، وفيما يأتي توضيح لنواتج تلك التفاعلات:

• الاحتراق التام: يتأكسد الكربون في الهيدروكربون ليتحوّل إلى ثاني أكسيد الكربون وينتج عن التفاعل ماء:
  • هيدروكربون أكسجين ← ثاني أكسيد الكربون ماء

وفيما يأتي توضيح لمعادلة الاحتراق التام للبروبان الذي يُستخدم في الغازات المعبأة:

البروبان الأكسجين ← ثاني أكسيد الكربون الماء

C₃H₈ 5 O₂→ 3 CO₂ 4 H₂O

• الاحتراق غير التام: ينتج من هذا التفاعل أول أكسيد الكربون، والسُخام وهو الكربون غير المحترق، بالإضافة إلى الماء، ومن الجدير بالذكر أن هذا التفاعل يؤدي إلى تلوث الهواء، وفيما يأتي توضيح لمعادلة الاحتراق غير التام:

هيدروكربون أكسجين← أول أكسيد الكربون كربون ماء

وفيما يأتي معادلات الاحتراق غير التام للبروبان، إذ يُنتج الكربون بدلاً من أول أكسيد الكربون:

البروبان الأكسجين← الكربون الماء

C₃H₈ 2O₂ → 3C 4H₂O

والسبب في اختلاف النتائج يعود إلى الظروف التي يحدث فيها الاحتراق والمواد المتفاعلة التي يتطلبها التفاعل حتى يتم، فالاحتراق الكامل يحتاج لاستيفاء عدة شروط من بينها أن يكون مصدر الهواء أو الأكسجين كافيًا لإتمام التفاعل، بالإضافة إلى وجود وقود مناسب، ودرجة الحرارة المناسبة لاشتعال الوقود، ومدة بقاء الاحتراق كافية لاكتماله، فتدفق الهواء يؤدي إلى استهلاك الوقود وزيادة الطاقة الناتجة، بينما نقص الهواء لا يُكمل الاحتراق وعليه فإنه يتوجب أن تكون كمية الهواء مناسبة، ومُسمّى الاحتراق الكامل وغير الكامل يُشير إلى جودة التفاعل.

التأثير على البيئة

• الاحتراق غير التام: ينتج أول أكسيد الكربون، وهذا الغاز السام إذا دخل إلى الجسم فإن الهيموغلوبين في خلايا الدم الحمراء يرتبط فيه، مما يمنعه من حمل الأكسجين إلى خلايا الجسم، ومن الصعب معرفة إذ كان الشخص قد استنشقه أم لا نظرًا لأنه عديم اللون والرائحة، ويُكتشف باستخدام أجهزة الكشف الإلكترونية، كما أن انتشاره في الجو يُسبب مشاكل صحية عديدة للإنسان، إذ يُمكن أن يهيّج بطانة الرئتين وأحيانًا يسبب السرطان، كما أن انتشار الكربون الجسيمي يُسبب الإعتام العالمي؛ وهو تناقص أشعة الشمس الواصلة إلى الأرض، والذي يُقلل هطول الأمطار.
• الاحتراق التام: فينتج عن هذا الاحتراق ثاني أكسيد الكربون؛ وهو غاز طبيعي منتشر في الجو بصورة طبيعية، إلا أن زيادته قد تؤثر على البيئة وتُحدث الاحتباس الحراري.

وفيما يأتي بعض الأضرار البيئية المحتملة من هذه الاحتراقات:

• احتراق الفحم ووقود الديزل يُطلق هيدروكربونات متغيرة تُعرف بالهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، تُضر بالحياة المائية وتُسبب السرطان.
• انطلاق غاز ثاني أكسيد الكربون يؤدي للصداع ومضاعفات للأشخاص المصابين بأمراض القلب، وتغيّر المناخ العالمي وزيادة حموضة المحيطات.
• إنتاج الزئبق بعد احتراق الفحم يجعل السمك غير قابل للاستهلاك البشري، ويُتلف الجهاز العصبي والقلب للإنسان، ويؤدي إلى تلوث البيئة بالجسيمات التي تُسبب أمراض الجهاز التنفسي.
• ظهور عدة عناصر مثل؛ الزرنيخ، والكروم، والكادميوم، والتي تُتلف الجهاز العصبي وتُضر بصحة الإنسان.

أمثلة

فيما يأتي أهم الأمثلة على الاحتراقين التام وغير التام:

• الاحتراق التام: احتراق الوقود الأحفوري في المحركات ومحطات الطاقة وأنظمة التدفئة.
• الاحتراق غير التام: ينطبق على الفحم، ووقود الديزل، والنفط، والنفايات.

تجربة الميثان على الاحتراق التام وغير التام

في ما يلي توضيح ل تجربة الاحتراق التام وغير التام في الميثان :

• الاحتراق التام: يتفاعل الميثان مع الأكسجين في الهواء لينتج ثاني أكسيد الكربون وماء وطاقة، وفيما يأتي معادلة توضيحية:

طاقة CH₄ 2O₂ ---> CO₂ 2H₂O

• الاحتراق غير التام: يتفاعل الميثان مع الأكسجين، لكن نادرًا ما يحدث عدم اكتمال لاحتراق الميثان، وينتج عن هذا التفاعل أول أكسيد الكربون وماء والقليل من جزيئات الكربون غير المحترقة، وفي المعادلة التالية توضيح لهذا الاحتراق:

2CH₄ 3O₂ ----> 2CO 4H₂O

الخلاصة

يختلف الاحتراق التام عن الاحتراق غير التام بعدة فروقات أهمها؛ المواد المتفاعلة، والمواد الناتجة، ونسبة الأكسجين التي يحتاجها، وأضرار هذه التفاعلات، فالاحتراق التام هو الاحتراق الذي يستهلك نسبة كافية من الأكسجين ليتم التفاعل، أما الاحتراق غير التام فهو الاحتراق الذي لا يستهلك الكمية المناسبة من الأكسجين نتيجة عدة عوامل تجعل التفاعل ينقطع خلال الاحتراق ولا يتم بشكل كامل، وتتمثل المواد المتفاعلة في كلا الاحتراقين بالهيدروكربونات والأكسجين، لكن يختلفان بالمواد الناتجة، إذ ينتج عن الاحتراق التام ثاني أكسيد الكربون والماء، أما الاحتراق غير التام فينتج عنه أول أكسيد الكربون والماء والكربون غير المحترق، إلا أن نواتج الاحتراقين لها تأثير ضار على البيئة وصحة الإنسان.