З чого складається вогонь?

З чого складається вогонь? Ви знаєте, що він генерує тепло і світло, але чи замислювалися ви коли-небудь про його хімічний склад або стан речовини ?

З чого складається вогонь?

• Полум’я – це суміш його палива, світла, твердих речовин і газів, які утворюють вогонь і утворюються ним. При неповному згорянні утворюється сажа, яка в основному складається з вуглецю.
• Вогонь – це здебільшого стан речовини, який називається плазмою. Однак частини полум’я складаються з твердих речовин і газів.
• Точний хімічний склад вогню залежить від природи палива та його окислювача. Більшість полум’я складається з вуглекислого газу, водяної пари, азоту та кисню.

Хімічний склад пожежі

Пожежа є результатом хімічної реакції, яка називається горінням . У певний момент реакції горіння, який називається точкою займання , виникає полум’я. Зазвичай полум’я складається переважно з вуглекислого газу, водяної пари, кисню та азоту.

У звичайній реакції горіння паливо на основі вуглецю горить у повітрі (кисні). Потенційно вогонь містить лише гази з палива, вуглекислий газ, воду, азот і кисень. Однак неповне згоряння дає безліч інших можливостей. Сажа є основним компонентом неповного згоряння. Сажа в основному містить вуглець, але можуть зустрічатися різні органічні молекули. Інші гази, що містяться у вогні, включають оксид вуглецю, а іноді оксиди азоту та оксиди сірки.

Полум’я свічки складається з випаровуваної води, вуглекислого газу, води, азоту, кисню, сажі, настільки гарячої, що розжарюється, і світла/тепла від хімічної реакції.

Вогонь без кисню

Однак для вогню насправді не потрібен кисень. Так, окислювачем, який найчастіше зустрічається , є кисень, але інші хімічні речовини також працюють. Наприклад, спалювання водню з хлором як окислювачем також викликає полум’я. Продуктом реакції є хлористий водень (HCl), тому вогонь складається з водню, хлору, HCl, світла та тепла. Інші комбінації водню з фтором і гідразину з чотириокисом азоту.

Стан речовини вогню

У полум’ї свічки чи невеликому вогні більшість речовини в полум’ї складається з гарячих газів . Дуже гарячий вогонь вивільняє достатньо енергії для іонізації атомів газу, утворюючи стан речовини, який називається плазмою . Приклади полум’я, яке містить плазму, включають полум’я, яке створюється плазмовими факелами та термітною реакцією .

Основні відмінності між газами та плазмою полягають у відстані між частинками та їх електричному заряді. Гази складаються з молекул, атомів та іонів, розташованих на великій відстані. У плазмі відстань між частинками значно більша. Крім того, частинки в плазмі – це майже виключно заряджені частинки (іони).

Чому вогонь гарячий

Вогонь випромінює тепло і світло , оскільки хімічна реакція , яка породжує полум’я, є екзотермічною. Іншими словами, горіння виділяє більше енергії, ніж потрібно для його запалювання або підтримки. Для того щоб відбулося горіння та утворилося полум’я, мають бути присутні три речі: паливо, кисень та енергія (зазвичай у формі тепла). Як тільки енергія починає реакцію, вона триває до тих пір, поки присутні паливо і кисень.

Холодний вогонь

Хоча всі вогні виробляють тепло або є екзотермічними, деякі пожежі холодніші, ніж інші. Так званий холодний вогонь відноситься до вогню, який горить при температурі нижче приблизно 400 °C (752 °F). При цій температурі полум’я вогню невидиме, але реакція йде. Хоча холодний вогонь досить рідко зустрічається на Землі, вчені створили його в космосі. В умовах мікрогравітації вогонь горить сферичним полум’ям. Холодний вогонь горить інакше, ніж звичайне горіння. Зазвичай тепло вогню (і сила тяжіння) відштовхують продукти згоряння від реакції. У холодному полум’ї ці продукти залишаються в межах реакції і беруть участь далі. Зрештою, холодний вогонь може спалити його відходи.

На Землі більш холодне полум’я походить від певного леткого палива. Наприклад, спирт створює більш холодне полум’я, ніж ацетилен. Наявність кисню також має значення. Коли кисень обмежений, реакція також, що робить вогонь холоднішим.

Джерела

• Боумен, DMJS; та ін. (2009). «Пожежа в системі Земля». Наука . 324 (5926): 481–84. doi:10.1126/science.1163886
• Лакнер, Максиміліан; Вінтер, Франц; Агарвал, Авінаш К., ред. (2010). Довідник з горіння , комплект 5 томів. Вайлі-ВЧ. ISBN 978-3-527-32449-1.
• Закон, CK (2006). Фізика горіння . Кембридж, Великобританія: Cambridge University Press. ISBN 9780521154215.
• Шмідт-Рор, К. (2015). «Чому згоряння завжди екзотермічні, виробляючи близько 418 кДж на моль O ₂ ». J. Chem. Навч . 92 (12): 2094–99. doi:10.1021/acs.jchemed.5b00333
• Уорд, Майкл (березень 2005). Пожежний офіцер: принципи та практика . Jones & Bartlett Learning. ISBN 9780763722470.

Вогонь – це газ, рідина чи тверде тіло?

Стародавні греки та алхіміки вважали, що вогонь сам по собі є елементом, разом із землею, повітрям і водою. Однак сучасне визначення елемента стосується кількості протонів , якими володіє чиста речовина . Вогонь складається з багатьох різних речовин, тому він не є елементом.

Здебільшого вогонь являє собою суміш розпечених газів. Полум’я є результатом хімічної реакції , головним чином між киснем у повітрі та паливом, таким як деревина або пропан. Окрім інших продуктів, у результаті реакції утворюються вуглекислий газ , пара, світло та тепло . Якщо полум’я досить гаряче, гази іонізуються і стають ще одним агрегатним станом : плазмою. Спалювання металу, наприклад магнію, може іонізувати атоми та утворити плазму. Цей тип окислення є джерелом інтенсивного світла та тепла плазмового факела.

Хоча у звичайному вогні відбувається невелика кількість іонізації, більша частина речовини в полум’ї – це газ. Таким чином, найбезпечніша відповідь на питання “Який стан речовини вогню?” це означає, що це газ. Або, ви можете сказати, що це переважно газ, з меншою кількістю плазми.

Різні частини полум’я

Є кілька частин полум’я; кожен складається з різних хімічних речовин.

• Біля основи полум’я кисень і пари палива змішуються у вигляді незгорілого газу. Склад цієї частини полум’я залежить від палива, яке використовується.
• Над нею розташована область, де молекули реагують одна з одною в реакції горіння . Знову ж таки, реагенти та продукти залежать від природи палива.
• Над цією областю горіння завершено, і можуть бути виявлені продукти хімічної реакції. Як правило, це водяна пара та вуглекислий газ. Якщо згоряння неповне, вогонь також може виділяти дрібні тверді частинки сажі або попелу. Додаткові гази можуть виділятися внаслідок неповного згоряння, особливо «брудного» палива, такого як чадний газ або діоксид сірки.

Хоча його важко побачити, полум’я розширюється назовні, як і інші гази. Частково це важко спостерігати, оскільки ми бачимо лише ту частину полум’я, яка є достатньо гарячою, щоб випромінювати світло. Полум’я не є круглим (за винятком космосу), тому що гарячі гази менш щільні, ніж навколишнє повітря, тому вони піднімаються вгору.

Колір полум’я вказує на його температуру і хімічний склад палива. Полум’я випромінює світло розжарювання, що означає, що світло з найбільшою енергією (найгарячіша частина полум’я) синє, а світло з найменшою енергією (найхолодніша частина полум’я) червоніше. Хімічний склад палива також відіграє свою роль, і це є основою для випробування полум’ям для визначення хімічного складу. Наприклад, синє полум’я може виглядати зеленим, якщо присутній сіль, що містить бор.