منذ ما لا يقل عن 50 ألف عام تمكن الإنسان القديم من التحكم في إشعال النار بأدواته البدائية بواسطة الشرارة المتطايرة من قرع الأحجار.
وأحدث اكتشاف النار والتحكم فيها ثورة في حياة البشر، وفي هذا الصدد يقول “جون دجوايت” من جامعة ليفربول والمتخصص في أصل النار، في تصريحات خاصة لـ”للعلم”: إن سلوك البشر قد تغير تمامًا بعد اكتشاف طريقة التحكم في النيران.
وأضاف “البشر بعد اكتشاف النار ليسوا كالبشر قبل اكتشافها”، مشيرًا إلى أن النار لم تكفل الحماية من الحيوانات المفترسة فقط، بل ساعدت على تكوين المجتمعات الحديثة، واكتساب قدرات معرفية أكبر، عبر طهو الغذاء الذي أسهَم في تحسين عملية التغذية وامتصاص مزيد من السعرات الحرارية، وبالتالي أسهَم في زيادة حجم الدماغ، وتحسين أداء المعدة، والتخلُّص من البكتيريا المُمرِضة، فأدى إلى زيادة العمر الافتراضي للإنسان.
كما أسهَمت النار –على حد قول جون- في تعزيز الروابط الأسرية؛ “إذ إن البشر الأوائل طالما التفوا حول النيران لصناعة الطعام والحماية من هجمات الحيوانات المفترسة”. ويقول “جون” إن صناعة النار والتحكم بها “نقلت البشرية إلى منطقة الحضارة كما نعرفها الآن”.
لكن رغم عشرات الآلاف من السنين التي تحكم فيها الانسان في صناعة النار، بقي لغز اشتعالها غامضا إلى أن تم حله مؤخرا، ويتعلق بالجواب عن سؤال بسيط هو: لماذا تشتعل النار في بعض المواد ولا تشتعل في مواد أخرى؟
سر الاشتعال
حسب الجزيرة نت، ذكر مقال منشور في موقع “لايف ساينس” (Live Science) أن السبب في اشتعال بعض الأشياء وعدم اشتعال أشياء أخرى يرجع إلى الروابط الكيميائية بين جزيئاتها والطاقة التي يتطلبها تغيير أو كسر تلك الروابط.
إذا بدأنا من الأساس فسنجد أن النار تحتاج إلى بعض الأشياء كي تشتعل، وهذه الأشياء هي الأكسجين والحرارة والوقود، الأكسجين غاز موجود في الهواء، ويمكن إنشاء الحرارة بالاحتكاك كما هو الحال عندما تقرع الأحجار، أو تضرب عود ثقاب أو يمكن إنشاؤها بطرق أخرى مثل صاعقة البرق، أما الوقود وهو الشيء الذي يحترق فيمكن أن يكون بشكل عام أي شيء مكون من مادة عضوية.
يقول كارل بروزيك الكيميائي في جامعة أوريغون لـ”لايف ساينس” إنه في هذه الحالة تشير كلمة “عضوي” إلى الجزيئات التي تتكون أساسا من روابط كربون-هيدروجين، وفي بعض الأحيان تشتمل على الأكسجين أو ذرات أخرى، مثل الفوسفور أو النيتروجين، وإن عملية الحرق على وجه التحديد عبارة عن تفاعل كيميائي يطلق الطاقة من نظام غير مستقر مع روابط كيميائية ضعيفة نسبيا.
ويضيف بروزيك أن كل شيء يريد أن يكون أكثر استقرارا، خاصة الجزيئات العضوية التي تحتوي على الكربون والأكسجين والهيدروجين وبعض العناصر الأخرى، والمواد التي تشتعل فيها النيران بسهولة مثل الخشب والورق مصنوعة من السليلوز، وهو جزيء يتكون من روابط بين الكربون والهيدروجين والأكسجين.
وأوضح أنه عندما يحترق شيء ما فإنه ينتهي بإطلاق الكثير من الطاقة لأنك عن طريق الاحراق تقوم بنقل النظام إلى حالة طاقة أقل، وهذه الطاقة يجب أن تذهب إلى مكان ما.
وعندما تشتعل النيران في جسم مصنوع من الخشب يتحول السليلوز الذي يتكون منه الخشب إلى ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء، وكلاهما جزيئات مستقرة جدا ذات روابط قوية.
وتثير الطاقة المنبعثة من هذا التفاعل الكيميائي الإلكترونات في ذرات الغاز، والتي بدورها تبعث الضوء المرئي، وهذا الضوء هو الذي يبدو لنا كاللهب.
جذوع الأخشاب مقابل الإناء المعدني
وإذا تأملنا في جذوع أشجار تحترق وفوقها إناء معدني (غلاية مثلا)، يقول بروزيك إن الفرق بين الجذع والوعاء المعدني له علاقة بمدى قدرة المادة التي تتعرض إلى النار على توزيع الطاقة المستخدمة، وهو ما يفسر مدى قوة روابطها الكيميائية.
وبشكل أكثر وضوحا فإنه لا يمكن كسر الروابط الكيميائية القوية في المعدن فيما تفتقر قطعة الخشب إلى تلك الروابط، لذلك لا تملك القدرة على امتصاص الطاقة من اللهب، وبدلا من امتصاص الطاقة يطلق الخشب الطاقة عن طريق اشتعال النار، لكن المعدن الموجود في الإناء يتمتع بقدرة هائلة على امتصاص تلك الطاقة وتبديدها، وهذا هو سبب الإحساس بالحرارة عند لمس الإناء المعدني، ويمكن أن يؤدي الامتصاص الأفضل للحرارة أيضا إلى منع الخشب من الاشتعال.
ويقول بروزيك إنه إذا تم وضع كوب ورقي مملوء بالماء على اللهب فلن يحترق الكوب بسهولة، نظرا لأن الماء الموجود في الكوب يمكن أن يمتص الحرارة فلن تشتعل النيران في الورق.
وفي بعض الأحيان يمكن لبعض المعادن أن تحترق، وتستخدم هذه المعادن القابلة للاحتراق -بما في ذلك البوتاسيوم والتيتانيوم- في صناعة الألعاب النارية.
ويقول بروزيك إن المعادن الموجودة في الألعاب النارية تكون على شكل مسحوق، مما يوفر مساحة أكبر لها لتتفاعل بشكل أسرع مع الحرارة والأكسجين، وعندما تتعرض تلك المعادن لحرارة كافية للتفاعل مع الأكسجين فإن كمية الطاقة المنبعثة تجعلها تحترق بألوان مختلفة.
