المفاهيم الأساسية

الكيمياء

التفاعلات الكيميائية

حالات المادة

الاحتراق

المقدمة

هناك مناسبات عديدة نضيء فيها الشموع. ولكن هل سبق لك أن تأملت لهب الشمعة عن قرب؟ أي جزء من الشمعة هو الذي يحترق بالفعل؟ هل بإمكانك أن تميِّزَه؟ هل هو الفتيل أم الشمع الجامد أم الشمع السائل؟ أم هو شيء آخر؟ في هذا النشاط، سوف تضيء بعض الشموع لمعرفة ذلك، من دون أن يكون لذلك مناسبة خاصة!

خلفية علمية

سواء أضأناها على كعكة عيد ميلاد أو على مائدة العشاء أو على شمعدان، نلاحظ أن معظم الشموع التي نستخدمها اليوم مغموسة في الشمع. يرجع تاريخ هذا النوع من الشموع إلى الرومان القدماء. ونلاحظ أيضًا أنه عبر مركز الشمع يمر فتيل يُصنع عادةً من القطن أو مادة أخرى شديدة الامتصاص للسوائل. فكيف تُجمع هاتان المادتان لمساعدة الشمعة على الاحتراق بثبات؟

قد تبدو الشموع المضاءة بسيطة، ولكنها في الواقع مثال على عملية متعددة الخطوات تؤدي إلى الاحتراق واللهب المتوهج الذي تراه. يحدث الاحتراق نتيجة تفاعُل كيميائي يتفاعل خلاله غاز الأكسجين مع المادة التي تُحرق. المادة القابلة للاحتراق في الشمعة -أو وقودها- هي الشمع. ولكن قبل أن يصبح الشمع وقودًا، يحتاج أولًا إلى تسخينِه بدرجة كافية. لبدء عملية التسخين هذه، تحتاج أولًا إلى إضاءة الفتيل باستخدام مصدر آخر للنار، مثل عود ثقاب. بينما يحترق الفتيل، تُذيب حرارة اللهب الشمع من حوله. ولأن الفتيل ماصٌّ للسائل فإنه يمتص الشمع السائل في نسيجه ويوجهه صعودًا فيغذي اللهب. بمجرد أن يصبح الشمع السائل ساخنًا بدرجة كافية، يتحول من سائل إلى غاز. ثم يتفاعل الغاز الساخن مع الأكسجين الموجود في الهواء ويحترق مولِّدًا لهب الشمعة الذي نراه. هذا يعني أن لهب الشمعة ينشأ في الواقع بواسطة غاز الشمع المحترق، أي بخاره، وليس بواسطة الفتيل نفسه أو الشمع الصلب ولا بواسطة الشمع السائل.

عندما تضاء الشمعة، قد تومض أو يبدو لهيبها متقطعًا في البداية، لكنها عادةً ما تستقر بعد حين وتواصل بعدها احتراقها بثبات. ومع إذابة حرارة بخار الشمع لمزيد من الشمع الصلب، فإنها توفر مزيدًا من الوقود الذي يحترق ويُبقي اللهب متوهجًا. لن تنطفئ الشمعة إلا بعد أن ينفد ما لديها من شمع أو أكسجين، أو إذا ما نفخ عليها أحدهم وأطفأها. بعد إطفاء الشمعة يمكنك أن ترى في الواقع بخار الشمع يتصاعد على شكل دخان أبيض. إذا مرَّرتَ عود ثقاب قرب ذلك الدخان، فستشتعل الشمعة من جديد حتى دون لمس فتيلها! ألا تصدق ذلك؟ جرِّب هذا النشاط وسترى بنفسك!

المواد اللازمة للتجربة

• مساعدة أحد الكبار.

• العديد من الشموع الصغيرة الرفيعة، مثل شموع عيد الميلاد.

• أعواد كبريت أو قداحة.

• رمل رطب. (أو أي مادة أخرى غير قابلة للاشتعال لغرس الشموع فيها. يمكنك أيضًا استخدام كعكة كبيرة أو قطعة كعك مكوَّب!)

• طبق أو وعاء للرمل الرطب أو غيرها من المواد التي ستغرِسُ فيها الشموع.

• سطح للعمل عليه غير قابل للاشتعال.

• قشة.

• وعاء مملوء بالماء أو مطفأة حريق.

التحضير

• اجمع المواد المطلوبة للتجربة، وضعها فوق سطح غير قابل للاشتعال.

• تأكد من وجود أحد الكبار معك لمساعدتك خلال أدائك لهذا النشاط.

• احتفظ بوعاء الماء أو طفاية الحريق بالقرب منك طيلة مدة التجربة؛ حتى إذا احتجت إليهما وجدتهما.

• جهِّز الرمل الرطب أو أي مادة أخرى غير قابلة للاشتعال في الطبق أو الوعاء.

• ثبِّت شمعة واحدة في رملك الرطب أو المادة الأخرى، مجمعًا المادة غير القابلة للاشتعال حول قاعدة الشمعة؛ للتأكد من ثباتها.

التجربة

• بمساعدة شخص بالغ، أشعل عود كبريت ثم قرِّبه من فتيل الشمعة، لكن لا تلمس الفتيل باللهب. ماذا تلاحظ؟ هل اشتعلت الشمعة؟

• بعد ذلك المس فتيل الشمعة بلهب عود الثقاب. أبقِ العود المشتعل قريبًا من الفتيل لحوالي ثانية. ماذا يحدث عند لمس الفتيل للهب؟ إذا لم يشتعل الفتيل، أشعله الآن.

• راقب الشمعة وهي تحترق لبضع ثوانٍ. هل يمكنك وصف اللهب؟ كيف يبدو؟

• انفخ في الشمعة لتطفئها وشاهد ما يحدث. هل ترى دخانًا أبيض يتصاعد من الفتيل؟

• أضئ الشمعة مرةً أخرى ثم أشعل عود كبريت آخر. بينما لا يزال عود الكبريت مشتعلًا انفخ الشمعة لتطفئها. بعد ذلك مباشرة، قرِّب لهب عود الكبريت من الدخان الأبيض المتصاعد من الشمعة المطفـأة، قرِّبه من الفتيل ولكن دون لمسه. ماذا يحدث؟ هل تضيء الشمعة مرةً أخرى؟ لماذا؟ وإذا لم تضئ فلمَ لا؟

• انفخ الشمعة المحترقة لتطفئها. ثبِّت الآن شمعتين بجانب بعضهما في الرمل الرطب (أو أي مادة أخرى) بحيث تكونان ثابتتين ولا تسقطان. يجب أن تكونا قريبتين وأن تكادا تتلامسان. أشعل الشمعتين بعود ثقاب.

• بينما تحترق الشمعتان، قرِّب طرف قشة من لهب إحداهما. انفخ عبر القشة لإخماد لهيب إحدى الشمعتين فقط. يجب أن تواصل الشمعة الأخرى احتراقها. ماذا يحدث بعد أن تطفئ إحدى الشمعتين؟ هل يمكنك شرح ما تلاحظه؟

• كرر هذه الخطوة عدة مرات. هل تحصل دائمًا على النتائج نفسها؟ هل يمكنك أن تستنتج من ملحوظاتك أي جزء من الشمعة يحترق؟ ولماذا؟

نشاط إضافي: ضع ثلاث شمعات أو أكثر بجانب بعضها وأشعلها. باستخدام قشة، انفخ في إحدى الشموع وأطفئْها، على أن تبقى الشمعتان الباقيتان مشتعلتين. ماذا يحدث للشمعة التي أطفأتها؟ بعد ذلك انفخ في شمعتين لتطفئهما واترك واحدةً فقط لتحترق. هل تستطيع رؤية الشعلة تقفز من شمعة إلى أخرى؟

نشاط إضافي: جرب النشاط باستخدام شموع مصنوعة من البارافين أو شمع العسل. هل تحصل على النتائج نفسها مع هذه المواد أيضًا؟

نشاط إضافي: انظر إلى شعلة الشمعة وتأمَّلها بتدقيق أكبر. هل تستطيع أن ترى ألوانًا مختلفة للشعلة؟ أجرِ بحثًا بنفسك لتتوصل إلى سبب وجود ألوان مختلفة. هل يمكنك معرفة أي جزء من الشعلة هو الأكثر سخونةً أو الأكثر برودة؟

الملحوظات والنتائج

هل يمكنك جعل شعلة الشمعة تقفز من شمعة إلى أخرى؟ في المرة الأولى التي تشعل فيها شمعتك، يتعين عليك على الأرجح أن تلمس الفتيل بلهب عود الكبريت. هذا يجعل الفتيل يشتعل فيبدأ التفاعل الكيميائي الذي نسميه الاحتراق. يبدأ الشمع المحيط بالفتيل في الذوبان، ومن هذا الشمع الذائب السائل يتولَّد البخار داخل الشعلة. يبدأ بخار الشمع في الاحتراق وينتج عنه شعلة الشمعة المستقرة التي تراها. عندما تنفخ الشمعة لتطفئها، ينبغي أن ترى دخانًا أبيض يتصاعد من الفتيل في الهواء. هذا هو بخار الشمع الذي يصبح مرئيًّا في أثناء تكثُّفه في قطرات سائلة صغيرة في الهواء الأكثر برودةً من حوله.

إذا لمستَ بخار الشمع (الدخان الأبيض) بشعلة أخرى، فستشتعل الشمعة من جديد وعلى الفور. لم يكن عليك هذه المرة حتى أن تلمسَ الفتيل أو أي جزء آخر من الشمعة. يكفي إشعال الدخان أو البخار لإشعال الشمعة من جديد. عندما وضعتَ شمعتين أو أكثر بجانب بعضهما وأشعلتهما ثم أطفأت واحدةً منهما فقط، ينبغي أن تعيد شعلة الشمعة المحترقة إشعال بخار الشمع المتصاعد من الشمعة المطفأة. ولعلك أدركتَ أنه من الصعب جدًّا إبقاء شمعة خامدة إذا كانت قريبةً جدًّا من شموع أخرى مشتعلة. فهي ستشتعل من جديد نظرًا إلى أن بخار الشمع المتصاعد من الشمعة المُطفأة يلمس شعلة الشمعة الأخرى المضاءة. ما ستراه في النهاية هو شعلة الشمعة وهي تقفز من شمعةٍ إلى أخرى!

تنظيف المكان

تأكد من إطفاء جميع الشموع في نهاية تجربتك. وبمجرد أن تبرد أعواد الثقاب في الماء يمكنك رميها في سلة المهملات العادية. نظِّف السطح الذي عملت عليه واغسل يَديْك بالماء والصابون.

More to Explore
Candle Science, from the National Candle Association
Flame Out, from the American Chemical Society
Fire-Fighting Foam, from Scientific American
A Candle Seesaw Balancing Act, from Scientific American
STEM Activities for Kids, from Science Buddies

This activity brought to you in partnership with Science Buddies

Science Buddies