Zašto se ovaj lonac ne zapali kao drvo ispod njega?
Zamislite da sjedite ispred logorske vatre. Miris dima prolazi zrakom dok se lonac supe krčka iznad otvorenog plamena. Dok buljite u titrajuće narandžaste jezike, možda se zapitate: zašto drvca gore, ali ne i metalni lonac?
Razlog zašto neke stvari gore a neke ne svodi se na njihove hemijske veze i potrebnu energiju za mijenjanje ili kidanje tih veza.
Ali prvo, osnove o samoj vatri. Vatra treba nekoliko stvari kako bi postojala: kisik, toplotu, i gorivo. Kisik je gas koji se nalazi u zraku. Toplota se može osloboditi trenjem, kao kad kresnete šibicu, ili se može osloboditi na druge načine, poput udarom munje. Gorivo je ono što gori: generalno, to može biti bilo šta na bazi organskog materijala. U ovom slučaju, ”organsko” se odnosi na molekule koje se primarno sastoje od ugljikovodoničnih veza i ponekad obuhvataju kisik ili neke druge atome, poput fosfora i azota.
Tačnije, izgaranje je hemijska reakcija kojom se oslobađa energija od nestabilnog sistema sa relativno slabim hemijskim vezama. Sve teži tome da bude stabilnije, pogotovo organske molekule koje sadrže ugljik, kisik, vodik i nekoliko drugih elemenata. Materijali poput drveta i papira, koji su lako zapaljivi, sastoje se od celuloze – molekule koja se sastoji od veza između ugljika, vodika i kisika.
A kada nešto gori, oslobađa mnogo energije jer se sistem kreće ka nižem energetskom nivou. A ta energija mora negdje otići.
Kada se stvar napravljena od drveta zapali, celuloza koja gradi drvo se transformiše u ugljikov dioksid i vodenu paru – oboje su vrlo stabilne molekule sa jakim vezama. Energija koja se oslobađa ovom hemijskom reakcijom pobuđuje elektrone u atomima gasa, koji zauzvrat emituju vidljivu svjetlost. To svjetlo mi vidimo kao plamen.
Da se vratimo na izgaranje drveta nasuprot izgaranju lonca vrele supe: razlika između drveta i metalnog lonca je u tome koliko dobro materijal može rasporediti dovedenu energiju kada je izložen vatri, što se svodi na to koliko su jake hemijske veze. Jake metalne veze u metalu se ne mogu lako pokidati. Komad drveta, međutim, nema tako jake veze, pa ne može da apsorbuje energiju od plamena. Umjesto da apsorbuje energiju, drvo oslobađa energiju zapaljenjem. Ali metal u loncu ima ogroman kapacitet za apsorbciju i rasipanje te energije, zbog čega će lonac biti vruć na dodir.
Bolja apsorbcija toplote može također spriječiti drvo da se zapali. Ako se plamen nanese na papirnu čašu napunjenu vodom, čaša neće izgorjeti. Zbog toga što voda u čaši može upiti toplotu, papir se neće zapaliti (iako ne preporučujemo da to sami pokušavate.)
Neki metali, međutim, gore. Takvi ”zapaljivi metali” uključujući kalij i titanij, se koriste za vatromete. Metali u vatrometu su u vidu praha, što pruža više površine za brže reakcije sa toplotom i kisikom. Kada se ovi metali izlože dovoljnim količinama toplote kako bi reagovali sa kisikom, količina oslobođene energije uzrokuje da gore različitim bojama.
Članak ”Why does wood catch fire, but metal doesn’t?’‘, autorice Joanna Wendel, preveden je sa portala Live Science.