Μπορεί η φωτιά να καίει όταν δεν υπάρχει οξυγόνο;

Το Το οξυγόνο είναι σημαντικό, αλλά όχι απαραίτητο στοιχείο για τη φωτιά. Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να ανάψετε φωτιά σε περιβάλλον χωρίς οξυγόνο.

Έχετε δει ποτέ ένα κομμάτι χαρτί να καίγεται και αναρωτηθήκατε:«Θα ήταν δυνατό αυτό αν δεν υπήρχε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα της Γης;» Ή ίσως έχετε σκεφτεί:«Πώς σχεδιάζουν οι άνθρωποι να ζήσουν στον Άρη, καθώς δεν θα είναι δυνατόν να ανάψουμε φωτιά στην ατμόσφαιρα του γειτονικού μας πλανήτη που δεν έχει οξυγόνο;» Εάν έχετε κάνει στον εαυτό σας μια τέτοια ερώτηση, τότε εξετάζετε το σωστό άρθρο, καθώς θα διερευνήσουμε τις λεπτομέρειες πίσω από αυτήν την κοινή ερώτηση—Μπορεί να προκληθεί πυρκαγιά από μη οξυγονωμένες αντιδράσεις;

Καύση ξύλου σε οξυγονωμένο περιβάλλον (Πιστώσεις φωτογραφιών:Pixabay).

Τι είναι η φωτιά;

Καθισμένοι δίπλα σε μια φωτιά, κοιτάζοντας την πυρά που καίει, ίσως έχετε σκεφτεί τη φύση της φωτιάς… «Γιατί είναι τόσο ελκυστικό; Από τι είναι φτιαγμένες αυτές οι φλόγες και γιατί έχουν διαφορετικά χρώματα; Έχει η φωτιά χημική σύνθεση, και συνεπώς χημικό τύπο, όπως κάθε άλλη οντότητα στον πλανήτη; Λοιπόν, ελπίζω να μην είναι πολύ απογοητευτικό, αλλά η ίδια η φωτιά δεν έχει μοναδική χημική φόρμουλα . Η φωτιά δεν είναι παρά το αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης που είναι κοινώς γνωστή ως καύση .

Τα δύο κύρια συστατικά της φωτιάς είναι το καύσιμο και ένας οξειδωτικός παράγοντας ή οξειδωτικό. Το καύσιμο είναι μια ουσία που χάνει ηλεκτρόνια ή δέχεται άτομα οξυγόνου, ενώ ένα οξειδωτικό είναι ένα υλικό που παρέχει αυτά τα άτομα οξυγόνου ή δέχεται τα ηλεκτρόνια. Αυτή η διαδικασία μεταφοράς ηλεκτρονίων από τον οξειδωτικό παράγοντα στο καύσιμο είναι γνωστή ως οξείδωση, η οποία ουσιαστικά αποτελεί την καύση!

Ένα από τα πιο συνηθισμένα Οι οξειδωτικοί παράγοντες είναι το οξυγόνο, κυρίως λόγω της σχετικής αφθονίας του στον πλανήτη και των δύο ηλεκτρονίων σθένους στο εξωτερικό του κέλυφος. Ωστόσο, το οξυγόνο δεν είναι το μόνο οξειδωτικός παράγοντας γύρω.

Οι φλόγες είναι το ορατό τμήμα της φωτιάς και αποτελείται κυρίως από αέρια, όπως διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμούς, οξυγόνο, άζωτο και ιπτάμενη τέφρα. Το χρώμα μιας φωτιάς μπορεί να δώσει πολλές πληροφορίες σχετικά με το τι καίγεται. Το φως που παράγεται από διάφορα στοιχεία που καίγονται εκπέμπεται σε διαφορετικά μήκη κύματος και επομένως εμφανίζεται ως διαφορετικά χρώματα στα μάτια μας. Ένας αναλυτικός χημικός μπορεί εύκολα να ανιχνεύσει μια ένωση από το χρώμα της φλόγας της.

Εναλλακτικές λύσεις για το οξυγόνο ως οξειδωτικό

Όπως είδαμε νωρίτερα, το οξυγόνο παίζει το ρόλο ενός οξειδωτικού στην αντίδραση καύσης, αλλά κάθε χημικό είδος που μπορεί να αντιγράψει αυτόν τον ρόλο είναι ένα πιθανό υποκατάστατο του οξυγόνου. Για παράδειγμα, το φθόριο και το χλώριο είναι εξαιρετικά οξειδωτικά. Οι ενώσεις που περιέχουν αυτά τα δραστικά αμέταλλα, όπως ο τριχλωριούχος άνθρακας, μπορούν να κάψουν μέταλλα απουσία οξυγόνου.

Τα φθοροπολυμερή χρησιμοποιούνται για την παροχή φθορίου ως οξειδωτικό μεταλλικών καυσίμων, π.χ. στη σύνθεση μαγνησίου/τεφλόν/βιτον. Άλλα αλογόνα, όπως το βρώμιο και το ιώδιο, μπορούν επίσης να δράσουν ως οξειδωτικά μέσα, αλλά είναι λιγότερο αποτελεσματικά λόγω των μεγάλων μεγεθών τους.

Οξειδωτικά σε μονοπροωθητικά και υπεργολικούς συνδυασμούς

Μονοπροωθητικά είναι καύσιμα που δεν απαιτούν οξειδωτικό για την καύση επειδή το οξειδωτικό είναι συνδεδεμένο με το μόριο του ίδιου του καυσίμου. Για παράδειγμα, θεωρήστε ένα σύστημα υδρογόνου και οξυγόνου στο οποίο το υδρογόνο δρα ως καύσιμο και το οξυγόνο ως οξειδωτικό. Ένα τέτοιο σύστημα θα ονομαζόταν διπροωθητικό σύστημα, καθώς η αντίδραση θα απαιτούσε ένα ξεχωριστό χημικό είδος ως οξειδωτικό παράγοντα, σε αντίθεση με ένα μονοπροωθητικό σύστημα, το οποίο δεν απαιτεί εξωτερικό οξυγόνο (ή οποιοδήποτε οξειδωτικό, για το θέμα) για την καύση. Η υδραζίνη είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μονοπροωθητικό.

Υπεργολικοί είναι συνδυασμοί δύο υλικών που αναφλέγονται αυθόρμητα χωρίς να απαιτείται πηγή ανάφλεξης και επομένως δεν απαιτούν καθόλου οξυγόνο. Καθώς δεν εξαρτώνται από εξωτερικές πηγές ανάφλεξης, μπορούν να ελεγχθούν εύκολα, γεγονός που τα καθιστά ιδανικά προωθητικά πυραύλων.

Το Aerozine 50 + Nitrogen Tetroxide (NTO) έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλούς αμερικανικούς πυραύλους, συμπεριλαμβανομένου του Titan II και Σεληνιακή μονάδα Apollo.

Τι γίνεται με τις πυρηνικές αντιδράσεις;

Πρέπει να αναρωτιέστε μέχρι τώρα, τι γίνεται με τις πυρηνικές αντιδράσεις; Οπτικά, παράγουν τα ίδια αποτελέσματα (θερμότητα και φως) με τη φωτιά και λαμβάνουν χώρα ακόμη και σε μακρινά αστέρια όπως ο ήλιος μας (πάντα λέμε ότι ο ήλιος καίει) όπου δεν υπάρχει οξυγόνο. Αυτό που συμβαίνει σε αυτά τα αστέρια δεν είναι παρά μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης. Για όσους δεν είναι εξοικειωμένοι με την πυρηνική σύντηξη, ας εμβαθύνουμε σε αυτήν την ιδέα.

Nuclear Fusion (Φωτογραφία:Hovereel /Wikimedia Commons)

Στις αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης, δύο ελαφροί ατομικοί πυρήνες συνδυάζονται για να σχηματίσουν έναν βαρύ ατομικό πυρήνα, ο οποίος απελευθερώνει μια τεράστια ποσότητα φωτός και θερμικής ενέργειας. Η σύντηξη είναι αυτό που τροφοδοτεί τον ήλιο. Τα άτομα δευτερίου και τριτίου (ισότοπα υδρογόνου, Υδρογόνο-2 και Υδρογόνο-3, αντίστοιχα) συντήκονται υπό ακραίες θερμοκρασίες και πίεση, παράγοντας ένα ισότοπο νετρονίου και ηλίου. Η αντίδραση μοιάζει αρκετά με την καύση, εκτός από το ότι το υδρογόνο εξυπηρετεί τον ρόλο του οξυγόνου.

Μια τελευταία λέξη

Αν και η σκοπιμότητα της πυρκαγιάς σε οποιονδήποτε άλλο πλανήτη παραμένει θέμα συζήτησης, καθώς πρέπει να ληφθούν υπόψη αρκετοί παράγοντες, μην αφήσετε τη φαντασία σας να αποφύγει την οικοδόμηση οικισμών στον Άρη ή να σχεδιάσει διαστημικές αποστολές για να εξερευνήσετε έναν πλανήτη που μοιάζει με τη Γη σε κάποιο άλλο μέρος του το σύμπαν.

Τούτου λεχθέντος, το οξυγόνο παραμένει πρωταρχικής σημασίας στον πλανήτη Γη για πολλές διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της καύσης της φωτιάς, λόγω της αφθονίας και της αποτελεσματικότητάς του. Τα τελευταία 1 εκατομμύριο χρόνια, τα επίπεδα οξυγόνου της ατμόσφαιρας μειώνονται, αλλά ευτυχώς δεν είναι αρκετά για να προκαλέσουν σημαντικά προβλήματα για τη ζωή στη Γη. Ωστόσο, η ανθρώπινη φυλή έχει πολλά άλλα προβλήματα στα οποία συμβάλλουμε οριστικά, επομένως υπάρχει πολλή δουλειά που πρέπει να γίνει!