Ateş Nedir? Alevin Kimyası Basitçe

Ateş yüz binlerce yıldır insan hayatının bir parçası. Yemeğimizi pişirdi, bizi ısıttı, avcıları korkutup kaçırdı ve geceyi aydınlattı. Doğum günü pastalarında mum yakar, kamp ateşinin etrafında toplanır, motorlarda ve santrallerde alev kullanırız. Oysa çoğumuz ateşin aslında ne olduğunu söylemekte zorlanırız. Bir nesne mi? Bir madde mi? Bir enerji biçimi mi?

Ateş bir kimyasal tepkimedir

Ateş bir madde değil, bir süreçtir: yanma denen hızlı bir kimyasal tepkime. Yanma sırasında bir yakıt oksijenle tepkimeye girer ve enerjiyi ısı ve ışık olarak açığa çıkarır. Odun, kâğıt, gaz ya da mum için başlıca ürünler karbondioksit ve su buharıdır; yanma eksikse duman, kurum ve kül de oluşur.

Tepkime, kendini sürdürmek için gerekenden fazla ısı açığa çıkarır. Bu fazla ısı yakındaki yakıtı ısıtır ve o da tepkimeye girmeye başlar. Bir ateşin kendi kendine büyüyüp yayılabilmesinin nedeni budur.

Yanma üçgeni

Bir ateşin, çoğu zaman yanma üçgeni olarak çizilen üç bileşene ihtiyacı vardır:

• Yakıt: Odun, kâğıt, kumaş, yağ, benzin ya da gaz gibi yanabilen her şey.
• Oksijen: Havanın yaklaşık %21’i oksijendir; çoğu ateş için fazlasıyla yeterlidir.
• Isı: Yakıtı tutuşma sıcaklığına çıkaracak ve tepkimeyi sürdürecek kadar.

İtfaiyeciler çoğu zaman dördüncü bir öğe, yani kimyasal zincirleme tepkimenin kendisini ekleyerek bir yanma “dörtyüzlüsü” oluşturur. Bazı yangın söndürücüler bu zinciri keserek çalışır.

Yanan şey gazdır

İşte bir sürpriz: Katı odun aslında yanmaz. Odun ısıtıldığında parçalanır ve yanıcı gazlar salar; bu sürece piroliz denir. Alevlerde oksijenle karışarak yanan şey bu gazlardır. Alevlerin bir kütüğün yüzeyinde değil de üstünde dans etmesinin nedeni budur. Kor hâlindeki parçalar farklıdır: Orada geride kalan karbon, yani odun kömürü, alev olmadan doğrudan oksijenle tepkimeye girer.

Bir mum alevinin içi

Mum kusursuz bir laboratuvardır. 1840’larda bilim insanı Michael Faraday, yanmayı mumla anlattığı, gençlere yönelik ünlü bir konferans dizisi verdi: Bir Mumun Kimyasal Tarihi.

1. Alevin ısısı fitilin yakınındaki mumu eritir.
2. Sıvı mum, tıpkı suyun bir kâğıt havluya emilmesi gibi kılcal etkiyle fitilden yukarı çekilir.
3. Fitilin tepesine yakın yerde mum buharlaşarak gaza dönüşür.
4. Mum buharı havadaki oksijenle karışır ve yanar; daha fazla mum eriten ısı üretir.

Alevin belirgin bölgeleri vardır. Fitile yakın koyu çekirdek yanmamış mum buharıdır. Parlak sarı bölge, yanmamış karbon olan minik kurum parçacıklarının 1.000 °C’nin üzerine ısınıp eski bir ampulün teli gibi parlamasıyla ışır. Oksijenin bol olduğu mavi tabanda yanma daha tamdır ve mavi ışık doğrudan kimyasal tepkimenin oluşturduğu uyarılmış moleküllerden gelir.

Alevler neden farklı renklerde?

• Mumdan, odundan ve kamp ateşinden gelen sarı ve turuncu alevler parlayan kurum içerir. Genellikle daha serindir ve daha çok duman üretir.
• Ocak gazındaki gibi mavi alevler bol oksijenle yanar ve az kurum üretir. Genellikle daha sıcaktır.
• Diğer renkler kimyasal elementlerden gelir. Bakır yeşil ya da mavi, sodyum parlak sarı, stronsiyum kırmızı, potasyum ise eflatun alev verir. Havai fişekler renklerini bunlarla oluşturur.

Alevler neden yukarı uzanır?

Dünya’da bir alevin sıcak gazları çevredeki havadan daha az yoğundur; bu yüzden yükselir. Bu, alttan taze ve oksijence zengin hava çeker ve alevlere damla biçimini verir. Mikro kütleçekimde “yukarı” diye bir şey yoktur. Daniel Dietrich gibi araştırmacıların tanımladığı Uzay Mekiği ve Uluslararası Uzay İstasyonu deneyleri, mum alevlerinin küresel ve soluk mavi olduğunu gösterdi; çünkü oksijen onlara ancak yavaşça, difüzyonla ulaşıyor.

Bir yangın nasıl söndürülür?

Yanma üçgeninin bir kenarını kaldırın, ateş söner:

Yanan bir tava yağa asla su dökmeyin: Su anında buhara dönüşür ve yanan yağı havaya fırlatır. Bunun yerine ocağı kapatıp tavayı örtün.

Güvende kalmak

Ev yangınlarındaki ölümlerin çoğuna alevler değil, karbonmonoksit gibi zehirli gazlar içeren duman yol açar. Yangın güvenliği kurumları her katta çalışan duman dedektörleri bulundurmayı, bunları düzenli olarak test etmeyi, ocaktaki yemeği asla başıboş bırakmamayı ve yangın çıkarsa evden hızla nasıl çıkacağınızı planlamayı öneriyor.

Özetle

• Ateş yanmadır: yakıt ile oksijen arasında ısı ve ışık açığa çıkaran hızlı bir tepkime.
• Yanma üçgenine ihtiyaç duyar: yakıt, oksijen ve ısı.
• Katı yakıtlar ısıtılınca yanıcı gazlar salar; alevde yanan bu gazlardır.
• Sarı alevler sıcak kurumla parlar; mavi alevler daha tam yanar ve genellikle daha sıcaktır.
• Uzayda sıcak gaz yükselmediği için alevler yuvarlak ve mavidir.
• Yangını söndürmek için yakıtı, oksijeni ya da ısıyı kaldırın; yanan yağa asla su dökmeyin.