سنگ و فولاد چگونه می‌توانند آتش به پا کنند؟!

فرادید| هر فرد ماجراجویی که پا به طبیعت می‌گذارد، حتماً برای روشن کردن آتش، وسیله‌ای در کوله‌اش دارد. اگر او آدم خیلی سنت‌گرایی باشد، ابزار انتخابی‌اش برای روشن کردن آتش، احتمالاً سنگ چخماق و فولاد است! این دو جسم با کمی مهارت، روش قابل‌اعتمادی برای روشن کردن آتش در طبیعت هستند. اما چرا از برخورد سنگ چخماق به یک تکه فولاد آتش تولید می‌شود، در حالی که با مالش دو سنگ به هم این اتفاق نمی‌افتد؟

به گزارش فرادید، تمام روش‌های درست کردن آتش یک هدف مشابه دارند: تولید گرمای کافی برای مشتعل کردن یک منبع سوخت. 

پیتر ساندِرلَند، دانشمند آتش‌شناسی دانشگاه مریلند، می‌گوید وقتی سنگ چخماق و فولاد بهم ساییده شوند، به سرعت گرما تولید می‌کنند، زیرا آهن موجود در فولاد با هوای اطراف واکنش نشان می‌دهد. 

به گفته ساندِرلَند، فندک جیبی کلاسیک اینگونه عمل می‌کند. با هر ضربه به فندک، سنگ چخماق به فولاد ساییده می‌شود و سوخت بوتان داخل آن مشتعل و شعله تولید می‌شود. 

اما درک دقیق اینکه چرا این ترکیب تا این حد موثر است مستلزم تحقیق در شیمی اکسیداسیون است. اکسیداسیون زمانی است که یک عنصر یا ترکیب شیمیایی با اکسیژن ترکیب می‌شود و خواص آن را تغییر می‌دهد. وقتی این فرآیند برای آهن اتفاق بیفتد، زنگ می‌زند. استفاده از سنگ چخماق و فولاد برای تولید آتش، یک اثر جانبی اکسیداسیون را مهار می‌کند: گرما. 

انسان‌های اولیه از سنگ چخماق ابزار می‌ساختند، چون سنگ را می‌توان به شکل نوک پیکان و تیغه‌های تیز درآورد. سنگ چخماق بسیار سخت‌تر از فولاد است، بنابراین زدن این دو به هم، قطعات ریز آهن را از فولاد جدا می‌کند. 

نوک پیکان سنگ چخماقی متعلق به دوران نوسنگی یا عصر حجر جدید

آهن وقتی در معرض هوا قرار بگیرد خیلی راحت اکسید می‌شود، اما این فرآیند معمولاً بسیار کند اتفاق می‌افتد. برای نمونه، سال‌ها طول می‌کشد تا یک ماشین قراضه یا یک قطعه رهاشده از تجهیزات مزرعه پوشیده از زنگ شود. 

اما ذرات ریز آهن جدا شده از فولاد در کسری از ثانیه اکسید می‌شوند، هرچند با چشم غیرمسلح زنگ‌زده به نظر نمی‌رسند. این فرایند منجر به ایجاد جرقه‌های بسیار داغ می‌شود که خیلی سریع اتفاق می‌افتد چون ذرات یا خرده‌های آهن نسبت به حجم انبوهی از آهن دارای مساحت سطح بسیار بیشتری هستند. آنچه مهم است نسبت سطح به حجم است. در یک تراش کوچک آهن، حجم اساساً صفر است، اما سطح زیادی وجود دارد. 

بنابراین، وقتی یک تکه کوچک آهن از آن جدا شود، بسیاری از اتم‌های آهن به طور ناگهانی در معرض هوا قرار می‌گیرند و می‌توانند به سرعت اکسید شوند. واکنش شیمیایی به سرعت مقدار زیادی انرژی به شکل گرما تولید می‌کند و اگر مقدار کافی از این تراشه‌های آهنی داغ روی انبوهی از برگ‌ها یا شاخه‌های خشک بیفتد، آتش تولید می‌شود. 

تبدیل جرقه‌ها به شعله می‌تواند چالش‌برانگیز باشد، بنابراین برای سرعت بخشیدن به این فرآیند، داشتن چیزی که بتواند جرقه‌ها را راحت‌تر شعله‌ور کند مفید است. ساندرلند می‌گوید تراشه‌های فولادی خوب کار می‌کنند. وقتی جرقه‌ها روی آن‌ها بریزد، شعله‌ور می‌شوند. در گذشته، مردم از پارچه زغال‌شده استفاده می‌کردند، یعنی یک تکه پارچه سوخته که به راحتی مشتعل می‌شود و سپس به آرامی دود می‌کند و به کپه آتش اطراف آن زمان روشن شدن می‌دهد. 

قبل از اینکه فولاد به طور گسترده تولید شود، انسان‌ها احتمالاً با سایش سنگ چخماق روی سنگ‌های غنی از آهن دیگر، مانند پیریت که بیشتر به عنوان طلای ابلهان شناخته می‌شود، جرقه ایجاد می‌کردند. 

سایر فناوری‌های تولید آتش نیز از اصول مشابه استفاده می‌کنند. روشن‌کننده‌های آتش منیزیمی، یک گزینه محبوب در بازار هستند که از سوختن داغ منیزنم بهره می‌برند. بنابراین خراشیدن براده‌های منیزیم روی انبوهی از چوب و سپس ایجاد جرقه با خراشیدن میله‌ی حاوی آهن در بالای آن‌ها می‌تواند به سرعت آتش ایجاد کند. 

کبریت‌ها از مجموعه‌ی کاملاً متفاوتی از واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌کنند، اما هدف مشابهی دارند: تولید سریع گرمای زیاد برای مشتعل کردن منبع سوخت. 

سارا مک‌آلیستر، مهندس مکانیک می‌گوید: «گاهی اوقات، این فرآیند تصادفی اتفاق می‌افتد. مثلاً آتش‌سوزی ممکن است زمانی ایجاد شود که شخصی یک تریلر را با زنجیر روی پیاده‌رو بکسل کند و جرقه ایجاد شود یا برخورد خطوط برق می‌تواند سبب ایجاد جرقه‌هایی شود که علف‌های خشک را به آتش بکشد. همه اینها در یک قلمرو هستند: ذرات ریز و داغی که در آتش‌زنه خشک فرود می‌آیند.»

مترجم: زهرا ذوالقدر