פומלית, יהלומים, נחשי גומי ואפילו מים: שמונה חומרים מוכרים שיפתיעו אתכם בכך שהם יכולים להידלק ולהדליק
גם חומרים שלא נראים לנו דליקים במיוחד, עלולים בהחלט להתלקח בתנאים המתאימים. יצאנו למעבדה להראות שמונה חומרים כאלה, שאנו נתקלים בהם יום-יום ובדרך כלל לא חושבים עליהם כעל חומרים דליקים. צפו בסרטון ואל תנסו את זה בבית:
כדי להבין את המדע מאחורי הסרטון – חשוב להכיר קודם מושג כללי הקשור לאש, שמלווה את הניסויים: משולש האש. זה כינוי לשלושת הגורמים הדרושים כדי שתתלקח אש. כששלושתם קיימים - תתלקח אש, וברגע שאחד הגורמים חסר – לא תתלקח אש. שלושת ה'צלעות' של משולש האש הן: נוכחות של חומר דליק, חום ונוכחות של חומר מחמצן. מבחינה כימית הכוונה לחומר הנוטה לקבל / למשוך אלקטרונים מחומרים אחרים. בדרך כלל זהו החמצן שבאוויר, אבל אפשר להשתמש גם בחומרים מחמצנים אחרים, כפי שרואים בניסוי.
הנה פירוט של החומרים המוצגים בסרטון ומדוע הם נדלקו:
קמח וקורנפלור
קמח ועמילן תירס הם חומרים דליקים, ואם מקרבים אליהם גפרור בוער, אולי אפשר להדליק אותם לאחר חימום ממושך. אולם האש במקרה כזה תהיה יחסית קטנה ומתונה, בגלל מחסור יחסי בחמצן – שהוא אחד משלושת מרכיבי משולש האש. בתלולית קמח, רק גרגירי האבקה שנמצאים בשטח החיצוני באים במגע עם החמצן שבאוויר, לכן רק הם יכולים לעלות באש. מכיוון ששטח הפנים החיצוני של התלולית קטן יחסית, יהיה קשה להבעיר אש במצב כזה.
לעומת זאת, אם מפזרים את הקמח או העמילן לאבקה שמרחפת באוויר, כל גרגיר מרחף באופן נפרד, מה שגורם לשטח פנים גדול מאוד של חומר דליק שבא במגע עם החמצן שבאוויר – סכום כל שטחי הפנים של כל הגרגירים המרחפים. במצב כזה כל מקור חום מצליח ליצור אש שמתלקחת מייד. ענן של אבק דליק המפוזר באוויר נקרא "אבק נפיץ" – ובמפעלים שיש בהם סיכון להיווצרות אבק כזה, כמו למשל טחנות קמח – יש כללי בטיחות מיוחדים כדי למנוע את היווצרותו, כי כל ניצוץ חשמלי עלול לגרום לפיצוץ.
תופעה דומה, אבל מתונה בהרבה, אפשר לראות כאשר מנסים להדליק בול עץ גדול: הדבר קשה ביותר, וגם כאשר הוא מתלקח – ההתלקחות מתונה. אבל אם שוברים אותו לכפיסי עץ קטנים או אפילו מנסרים לנסורת, קל להדליק את החלקיקים והאש המתלקחת עזה. לכן בעלי אח / קמין עצים לחימום הבית מנסרים או חוטבים את בולי העץ לפיסות קטנות יותר.
בסרטון מודגמת 'יריקת אש' באמצעות קורנפלור. הכינוי הזה להדגמה אינו מדויק. כי לא באמת יורקים אש, אלא פשוט מפזרים אבקה של חומר דליק לאוויר – ומדליקים אותו מחוץ לפה. יורקי אש לרוב משתמשים בנוזלים דליקים (כמו אלכוהול או שמן פרפין) לביצוע ההדגמה, אבל גם אבקת קורנפלור מספקת תצוגה מרהיבה, ואפילו בטיחותית יחסית – משום שהאש אינה מתקדמת אחורה אל עבר הפה, שם הגרגירים עדיין צמודים זה לזה ואין מספיק חמצן כדי ליצור אש, ובכל זאת, זו הדגמה מסוכנת אפילו לאנשים מנוסים בכך וכמובן שאסור לנסות אותה בבית!
במבה, ביסלי ונחשי גומי
לצורך השריפה שלהם אנו מדגימים שימוש במחמצן אחר מהחמצן שבאוויר. השתמשנו בכלורט האשלגן, שנוסחתו הכימית היא KClO3 (וידוע גם בכינוי מלח ברתולתי/ ברטולטי). החומר הוא מלח מוצק בטמפרטורת החדר, אולם כאשר מחממים אותו לטמפרטורה של 356oC הוא ניתך, כפי שאפשר לראות בסרט.
בנוסף להפיכה לנוזל, כאשר החומר מתחמם הוא מתחיל להתפרק ולשחרר גז חמצן (O2). לפי התגובה:
(2KClO3(s) → 3O2(g) + 2KCl(s
כלומר לאחר ההתכה מקבלים כלי מלא בנוזל מחמצן לוהט שמבעבע גז חמצן – כך שיש לנו שניים מהגורמים הדרושים לקיומה של אש: חומר מחמצן וחום, לכן כל מגע של הנוזל הזה עם חומר דליק יתחיל מיד את משולש האש – ויגרום להתלקחות.
בסרטון רואים שלושה דברים שהנוזל הזה שורף מיידית במגע איתם: נחשי גומי, במבה וביסלי. לא הרבה יודעים שהמזון שאנו אוכלים גם הוא דליק. למעשה – מדידת הרכב הקלורי של המזון מתבצעת באמצעות שריפתו. הקלוריות הן למעשה יחידות המודדות את אנרגיית החום שנפלטת כשהמזון נשרף. ככל שהמזון מכיל יותר קלוריות כך הוא פולט יותר אנרגיה (אש יותר גדולה...) כאשר הוא נשרף.
בחיי היום יום, רבים מאיתנו משתמשים בתכונותיו המיוחדות של כלורט האשלגן, אולי אפילו בלי לדעת: הוא המחמצן הראשי בגפרורים – והוא מאפשר את התגובה הכימית הנמרצת שמדליקה את ראש הגפרור, ומאפשרת בעירה של גפרור גם כשהוא מכוסה בכיסוי אטום. כמו כן, משתמשים בכלורט האשלגן בדלק מוצק לטילים (שהוא תערובת של חומרים דליקים ומחמצנים מוצקים), שם דרושה אש נמרצת מאוד במהירות רבה, גם בתנאי מחסור בחמצן, למשל ברום האטמוספרה או בצינור סגור.
פומלית
בקליפות של פירות ההדר (כמו הפומלית, התפוז, האשכולית הלימון ועוד) יש שמנים ותרכובות פחמן אחרות. השמנים הללו מגינים על פרי ההדר ממזיקים, וגם מעניקים לקליפות את הריח האופייני שנשאר על הידיים אחרי שמקלפים פירות הדר. השמן העיקרי בקליפות ההדרים הוא לִימוֹנֶן (limonene) - כ-95 אחוז מהשמן בקליפת התפוז. כאשר לוחצים על הקליפה, התאים שבה מתהדקים והשמן האגור בהם ניתז החוצה. השמן הזה הוא חומר דליק, והתוצאה היא תרסיס של שמן דליק בתוך האוויר המכיל חמצן (כ-21 אחוז מהאוויר הוא חמצן), כאשר כל טיפה בתרסיס מוקפת בחמצן מה שמאפשר מגע רב לתגובה מהירה, כמו בקמח ובקורנפלור. כאשר התרסיס פוגע בלהבת הנר המספקת חום – יש את כל שלושת הרכיבים של משולש האש, והתוצאה היא להבה מרהיבה.
שמן דליק בקליפות של פרי הדר חורפי. אבי סאייג מצית קליפות של פומלית | צילום: רועי חובני, מכון דוידסון לחינוך מדעי
ברזל ומגנזיום
ברזל ומגנזיום הן שתי מתכות המתחמצנות באוויר – כלומר מגיבות עם החמצן שבאוויר. ההתחמצנות באוויר היא איטית וכמובן שלא גורמת אש. כדי לגרום לאש אנו הופכים את המתכת לשערות דקיקות, כמו בצמר פלדה, או לסרט מגנזיום דקיק, ובכך אנו מאפשרים הגדלה של שתיים מהצלעות של משולש האש – השערות והסרט הם בעלי שטח פנים גדול בהרבה בהשוואה לגוש חומר גדול, וכך מתאפשר מגע טוב של החומר עם החמצן באוויר, כמו בדוגמאות הקודמות. בנוסף, קל הרבה יותר לחמם פסים דקיקים של מתכת לטמפרטורות גבוהות, בהשוואה לגוש עבה של חומר – כי אין גוף גדול שיכול להוליך אליו את החום וכך לקרר את המערכת. בקירוב ללהבה החומרים מתחממים מספיק – ומתלקחים. לחובבי הכימיה התגובות המתרחשות בתגובות עבור ברזל (Fe) ומגנזיום (Mg) עם החמצן שבאוויר (O2) הן כדלקמן:
4Fe(S) + 3O2(g) → 2Fe2O3(S)
2Mg(S) + O2(S) → 2MgO(S)
מגע נרחב עם החמצן באוויר מאפשר אפילו לברזל לבעור. אבי סאייג מדליק צמר פלדה | צילום: רועי חובני, מכון דוידסון לחינוך מדעי
יהלום
יהלום הוא אולי החומר ה'מפתיע' ביותר שנשרף, למרות שמנקודת מבט כימית עובדה זו לא מפתיעה כלל: יהלום בנוי מ-100 אחוז פחמן, כך שהוא די דומה לפחם עץ שאנו משתמשים בו לעשות 'מנגל' – ובוודאי לא מפתיע אף אחד שזה חומר דליק. כמו שלפחם של מנגל צריך לספק הרבה חמצן כדי שיבער טוב (לכן מנפנפים על הפחמים ומשיבים עליהם רוח) כל מה שצריך כדי שהיהלום יבער זה לחמם אותו ולספק לו חמצן. חימום יהלום באוויר גם יגרום לשריפתו אך בקצב איטי משום שמדובר במבנה יציב וצפוף, וכיוון שהחמצן נמצא באוויר במיעוט (21% ממנו כאמור). אם מספקים חמצן טהור מתוך מיכל חמצן התגובה היא מהירה ומרהיבה, כאשר התוצר הוא הגז פחמן דו-חמצני (CO2) בלבד. מכיוון שיהלום הוא צורה טהורה של פחמן גם לא נותרים כל שיירים כמו אפר או משהו דומה, והיהלום נשרף לחלוטין, והופך לגז המתפזר באוויר. מעניין לציין שהראשון (הידוע) ששרף יהלום הוא הכימאי הצרפתי אנטואן לבואזיה, שנחשב למייסד הכימיה המודרנית, לפני כמעט 300 שנה. הוא גם זיהה את הגז שנפלט כפחמן דו-חמצני, וכך הוכיח שהיהלום עצמו מורכב מפחמן. התגובה הכימית המתרחשת בשריפה של יהלום היא:
C(s) + O2(g) → CO2(g)
מים
אחרונים חביבים (ומוצגים ראשונים בסרטון) הם מים – שהפעם לא נדלקים בעצמם, אלא מדליקים אש. זה באמת מפתיע כי מים ידועים לכולם כחומר שמכבה אש. האש הנוצרת בניסוי מושגת על ידי תגובה כימית: אני זורק למים פיסה של המתכת אשלגן (K). האשלגן שייך למשפחת המתכות האלקליות, וכמו כל שאר בני המשפחה הוא מגיב בצורה חזקה מאוד עם מים, ליצירת גז מימן שהוא חומר דליק מאוד, בסיס האשלגן (KOH) וחום רב. החום מאפשר להצית את גז המימן שנפלט בתגובה (וככל הנראה גם חלק מהאשלגן המתכתי שנמצא על פני המים) - והתוצאה היא להבות אש ופיצוצים על פני המים.
גוש קטן של אשלגן מונח במים (משמאל) והתוצאה היא חום רב, פיצוץ ובעירה | צילום: רועי חובני, מכון דוידסון לחינוך מדעי
התגובה הכימית בניסוי זה מתרחשת בשני שלבים:
תגובת אשלגן במים:
2K(s) + 2H2O(l) → 2KOH(aq) + H2(g)
בעירת גז המימן שנפלט, עם החמצן שבאוויר:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)
מעניין שבמשנה, בעניין הבערת אש ביום טוב (שמותרת לצורך ייצור אוכל) – כתוב: "אֵין מוֹצִיאִין אֶת הָאוּר לֹא מִן הָעֵצִים וְלֹא מִן הָאֲבָנִים וְלֹא מִן הֶעָפָר וְלֹא מִן הַמַּיִם" כלומר אסורה הבערת אש על ידי שפשוף עצים, אבנים, בעפר קשה – ואסורה אש ממים, כאשר הפרשנים התחבטו בשאלה למה הכוונה 'להוציא אש ממים' והציעו לכך פתרונות שונים. בניסוי הזה אנו נותנים עוד פרשנות לכתוב המראה כיצד אפשר להוציא אש מהמים.
