لقراءة المقال

كيف ننقّي الماء بواسطة الفحم؟

سوف نقوم في التجربةِ الحالية بتحويلِ المياه المُلونة إلى مياهٍ شفّافةٍ باستخدامِ خصائص التنقية الخاصّة بالفحم.

انتبهوا: يُمنع شُرب المياه التي تمتّ تنقيتها في التجربة!

المعدّات والمواد:

  • كأسان

  • بضع قطرات من مُلوّن الطّعام

  • فحم مُستعمل في النّار أو الشوّاء  

  • شاكوش/مطرقة

  • قمع

  • كيس

  • ورق ماصّ

  • ملعقة

 

سير التجربة:

بإمكانكم مشاهدة سير التجربة في الفيديو التالي:  

 

شرح
الفحم هو مادّة ذات خصائص فريدة. وعادةً ما يتمّ إنتاجه عن طريق حرق جزئيّ للمواد أو تفكيك المواد في الحرارة دون وجود الأكسجين. عندما يحترق الخشب في الهواء الطّلق، فإنه يحترق بشكلٍ كامل وبالتالي فإنّ الكربون الذي يُكوّنه يتأكسد لغاز ثاني أكسيد الكربون. بالمقابل إذ تمّ تسخين الخشب في حاوية مغلقة أو إذا تمّ حرق الخشب ومن ثم تغطيته بواسطة الرّمل والذي يقوم بمنع وصول الأكسجين إليه تحدث عملية تُدعى بالتحلل الحراريّ، والتي تقوم بدورها بتفكيكِ الخشب لمركباته الأساسية وانتاج الفحم المعروف لدينا منه. يٌقال في اللغة العاميّة/المُتداولة أنه "يتفحّم". عملية التفحّم غير مُقتصرة على الخشب فقط، بل على البلاستيك أيضًا وحتى خيوط القماش.

المبنى الكيميائيّ الدقيق للفحم الذي ينتج بهذه الطريقة غير معروف بتاتًا، لكن ما هو واضح فعليًا أنه يتمّ إنتاج مبنى كربوني مساميّ (ذو مسامات) جدًا وذو مساحة ضخمة. إذا قمنا بقياسِ المساحة الإجمالية لجميع المسام، سنجد أنّ مساحة السطح الخاصّة بالفحم يمكنها أن تصل إلى 2500 متر مربع لكل غرام، أيّ أكبر من مساحة خمس ملاعب لكرة السلة. كما أنّ طحن الفحم يزيد من مساحة سطحه ويُسهّل على المواد الأخرى التّلامُس معه.

 


مبنى المسامات والتشققات الخاصة بالفحم المُنشطّ من خلال عدسة المجهر | تصوير: Mydriatic ويكيبيديا  

بسبب سطحه المساميّ الضّخم، يمتلك الفحم قدرةً استثنائيةً على امتصاصِ المواد. الامتصاص هو عملية "تلتصق" فيها مادة مُعيّنة بمادة أخرى، بسبب التجاذب بين المادة الماصّة والمادة التي يتمّ امتصاصها، مثل الماء الذي يتم امتصاصه بواسطة منشفة ويبقى عالقًا بها. تُعتبر قدرة امتصاص الكربون قوية بشكلٍ خاصّ مُقارنةً بمركبات الكربون الأخرى ولكنها لا تقتصر عليها فقط. مُلونات الغذاء عبارة عن مركبات كربون لذلك فإنّ عملية امتصاصها إلى الفحم تتمّ بسهولة.

يمتلكُ الفحم المُستعمل في النار قدرات امتصاصٍ جيّدة، لكنّ العلم قد قام باكتشاف وتطوير طُرق وعلاجات تزيد من مساحة سطحه. يسمى هذا الفحم بِ- "الفحم المُنشط"، تصل مساحة سطحهِ إلى آلاف الأمتار المربعة لكل غرام. يتواجد هذا النوع من الفحم في مُرشحّات تنقية الماء وتنقية الهواء من المواد الكيميائية، وكذلك الأدوية المُضادة للغازات في الجهاز الهضمي. مع ذلك، علينا أن نكون دقيقين جدًا: على الرغم من أنه يطلق عليه اسم "مُرشَّح/مُنقّي" ، فإنّ الفحم لا يعمل تمامًا كالمصفاة ، التي تفصل المواد وفقًا لحجمها ،ولكنه يعمل وفقًا لمبدأ الامتصاص.

 

من الجدير بالذّكر

يتضحّ لنا أنّ الانسان لم يكتشف قدرات الامتصاص الخاصّة بالفحم لوحده، بل هنالك من فعل ذلك من قبله منذ زمنٍ طويل. تأكل قرود كولبس الحمراء الزنجباريّة  الفحم حتى تقوم بتطهير السموم الموجودة في النباتات التي تأكلها، وبهذا يكون بمقدورها تكبير وتنويع خيارات قائمة الطعام الخاصة بها دون المعاناة من أوجاع البطن والتسمم، كما يمكن رؤية ذلك هنا:  

وهنا – عند سرقة الفحم الذي قام الإنسانُ بصنعهِ:

 

الترجمة للعربيّة: خالد مصالحة وبنان مواسي