لهب

ملف:Candleburning.jpg

لهب مشتعلا جراء احتراق الشمعة

اللهب هو نتاج تفاعل قوي طارد للحرارة (مثال, الاحتراق وتفاعل الأكسدة الذاتي)، وذلك في وسط غازي. وبمعنى آخر اللهب هو الجانب المرئي من النار. لون ودرجة حرارة اللهب يعتمد على نوع الوقود الذي يغذي عملية الاحتراق، وكمثال عندما نشعل الشمعة فإن الحرارة تجعل جزيئات الوقود التي بالفتيلة تتبخر، وبتلك اللحظة فإنها تتفاعل مع الأكسجين بالهواء مما ينطلق معا حرارة كافية للمراحل التالية لتفاعل طارد الحرارة لتبخير وقود أكثر هنا سيولد لهبا منسجما. ستكسر حرارة اللهب العالية جزيئات الوقود المتبخرة مشكلا نواتج متعددة من عمليات الاحتراق الغير كاملة والجذور الحرة(الجزيئات والالكترونات والذرات)، وهذه النواتج ستتعامل مع العامل المؤكسد بالتفاعل. طاقة كافية باللهب ستهيج الإلكترونات بالنواتج ماقبل الاحتراق مما ينتج ظهور الضوء المرئي(انظر صورة الطيف المرئي ولاحظ ماهية الأصول الحرة التي تنتج اللون الخاص بها)، وكلما زادت درجة حرارة الاحتراق باللهب مما يرفع معدل الطاقة بالإشعاع الكهرطيسي بالانطلاق بواسطة اللهب (انظر جسم أسود). هناك مؤكسدات أخرى غير الأكسجين بإمكانها إنتاج اللهب, احتراق الهيدروجين مع الكلور ينتج لهب ويطلق غاز كلوريد الهيدروجين كناتج من عملية الاحتراق. هناك مجاميع كيميائية مثل الهيدرازين ورباعي أكسيد النتروجين وهو عامل مؤكسد قوي وتلقائي الاشتعال ويستخدم بمحركات الصواريخ.

اللهب أو على الأقل جزء منها يعتبر نوع من البلازما (فيزياء) جزئية أو غاز متأين, ولكن بشكل عام يعتبر اللهب هو عامل طرد الحرارة الكيميائي بوجود حرارة كافية لإظهار الضوء المرئي. مركز المكان محاط بتفاعل شديد (وليس بالضرورة أن يكون مشتركا بالتفاعل نفسه) مما يعتبر أنه جزء من التفاعل اللهب. هناك عدة طرق لتوزيع المواد المطلوبة للاحتراق إلى اللهب. في حالة نظام انتشار اللهب فإن الأكسجين يختلط مع الوقود في وجود اللهب. أو بنظام اللهب الممزوج (وهو اختلاط الأكسجين مع الوقود قبل الوصول إلى اللهب) مما ينتج شكل آخر من اللهب, لهب الشموع (نظام انتشار اللهب) يعمل خلال تبخير الوقود الذي يظهر في خط انسيابي من الغاز الساخن ويختلط مع الأكسجين المحيط به مما يشعله.

ألوان اللهب

ملف:Bunsen burner flame types.jpg

أنواع اللهب

لون اللهب يعتمد على عدة عوامل الأهم عادة هو إشعاع الجسم المظلم وانبعاث نطاق الطيف, مع كل من انبعاث خط الطيف وامتصاصه يأخذ دورا صغير. أشهر نوع من اللهب هو لهب الهيدروكربون أو الفحم, وأهم عامل يحدد لون الشعلة هو الأكسجين المغذي ونطاق أكسجين الوقود(ماقبل الاختلاط) والذي يحدد معدل الاحتراق وأيضا الحرارة وطرق التفاعل, وبذلك ينتج درجات مختلفة من الألوان. بالمختبر وتحت جاذبية طبيعية وبقرب من صمام أكسجين, موقد بنزن يحترق بلهب أصفر(ويسمى شعلة الأمان) بدرجة تعادل 1000مئوي. ستكون وهج من جزيئات التلوث البسيطة جدا الناتجة من الشعلة. عندما نزيد الأكسجين بالشعلة سينتج كمية أقل من السخام المشع للجسم المظلم واحتراق أكثر تكاملا والتفاعل ينتج طاقة كافية لاستثارة وتأين جزيئات الغاز باللهب مما يسبب ظهور الشكل الأزرق، طيف شعلة غاز البوتان (احتراق كامل).

ملف:Flametest--Na.swn.jpg

احراق الصوديوم

يظهر اللون الأزرق يرتفع خصوصا خلال انبعاث أصول الجزيئات المهيجة بالشعلة, والذي يظهر أكثر الإضاءة (التي أقل من ~565 نانومتر) بالمناطق الأزرق والأخضر بالطيف المرئي. درجة الحرارة بالشعلة عموما مثل شعلة اللحام يكون 1,300 مئوي, والشمعة 1,400 مئوي، أو حتى الأسخن وهو احتراق أكسجين اللحيم 3,000 مئوي. (الصورة تحت) تعطي أشكال مختلفة من شعلات حراق البنزين كل حسب إمداد الأكسجين لها. باليسار مليء بخليط بالوقود ولم يختلط بالأكسجين قبل الاشتعال مما ينتج انتشار فضلات لهب صفراء, وباليمين الضعيف جدا وقد اختلط جيدا بالأكسجين قبل الاحتراق ولا توجد فضلات لهب, ولونه مكون بواسطة الجزيئات الأساسية لانبعاث الحزمة.

بشكل عام أبرد جزء باللهب (في حالة احتراق غير مكتمل) هو اللون الأحمر, متحولا إلى البرتقالي والأصفر والأبيض والحرارة تزداد بوضوح مع التغيير في طيف إشعاع الجسم الأسود.

بالنسبة لمنطقة الشعلة الأقرب إلى الأبيض يكون الجزء الأكثر حرارة, أما الشعلة الزرقاء تنشأ فقط عندما تنقص كمية اللهب (السخام) والانبعاثات الزرقاء من الجزيئات الأصلية المستثارة تكون المهيمنة..

تأثير انعدام الجاذبية على اللهب

ملف:Candlespace.jpg

منظر اللهب بحالة انعدام الجاذبية

وكالة ناسا اكتشفت مؤخرا أن الجاذبية تلعب دورا غير مباشر بعملية تشكيل الشعلة والاحتراق. توزيع النار بالشعلة تحت الجاذبية الطبيعية يعتمد على الحمل التصاعدي (انتقال الحرارة رأسيا), ميل السخام أو اللهب يميل باتجاه عمودي على الشعلة (مثال لهب الشموع يكون رأسيا بالحالة الطبيعية) وتكون ذا لون أصفر.. ولكن عند انعدام الجاذبية أو شبه معدومة كما بالفضاء الخارجي لن يكون هناك حمل تصاعدي واللهب سيكون دائريا مع الميل للون الأزرق وذو فاعلية أكبر, هناك تفاسير عديدة لهذا الاختلاف, وأقرب فرضية تقول بأن الحرارة موزعة بشكل كاف بدرجة أن البقايا (اللهب) ليست متكونة وحصول الاحتراق الكامل.

الاختبارات بوكالة ناسا أظهرت بأن الاحتراق بطريقة انتشار اللهب في حالة انعدام الجاذبية تسمح لسخام اللهب بأن يتأكسد بالكامل أكثر من حالة الجاذبية, والسبب هو: سلسلة من التصرفات الميكانيكية بحالة انعدام الجاذبية والتي تختلف عنها بحالة وجود الجاذبية. هذه الاكتشافات لها استخدامات محتملة بالعلوم التطبيقية والصناعات خاصة ما يتعلق بكفاءة الوقود.

مراجع

af:Vlam an:Flama ca:Flama cs:Plamen cy:Fflam de:Flamme el:Φλόγα Flame]] eo:Flamo es:Llama (química) et:Leek fa:شعله fr:Flamme (combustion) hr:Plamen it:Fiamma ja:炎 ko:불꽃 lt:Liepsna lv:Liesma nap:Fiamma nl:Vlam no:Flamme pl:Płomień pt:Chama qu:Rapa ro:Flacără ru:Пламя scn:Ciamma simple:Flame su:Seuneu te:జ్వాల tr:Alev uk:Полум'я zh:焰