生日吹蠟燭時,盯著跳動的橙黃色火焰發呆;過年看煙花時,驚嘆于漫天絢爛的色彩;甚至點燃打火機時,都會好奇那一小簇藍火為啥總往上飄……
其實這些日常場景里,藏著超硬核的化學知識點!
火焰不是“物質”,是“現象”!
很多人覺得火焰是“看得見的氣體”,但化學上的定義超清晰:火焰是物質燃燒時發生強烈氧化反應的發光發熱現象,本質是處于等離子態(物質第四態,類似氣體但更活躍)的粒子混合物。
火焰不是“東西”,而是燃料、氧氣、熱量三者湊一起,發生化學反應時的“表演現場”!這三者少一個,火焰都沒法登場——專業上叫“燃燒三角”,后來補充了“鏈式反應”,變成更完整的“燃燒四面體”。
比如你吹滅蠟燭,其實是用氣流帶走了熱量,破壞了“燃燒條件”,火焰才會熄滅~
外焰、內焰、焰心,溫度天差地別!
小時候學化學,老師肯定讓你做過“火柴梗實驗”:把火柴平放進火焰,1秒后取出,外焰部分先變黑。為啥?因為火焰三層的溫度完全不一樣!
焰心(最內層):溫度最低(約800-1000℃),這里氧氣不足,燃料(比如蠟燭的石蠟蒸氣)沒法完全燃燒,主要是氣態燃料的聚集地;
內焰(中間層):溫度最高(蠟燭火焰可達1000℃以上),燃料和氧氣在這里劇烈反應,釋放大量熱量,但因為燃燒不完全,會有少量炭黑,所以顏色偏黃橙;
外焰(最外層):溫度略低于內焰,但燃燒最充分,炭黑少,所以顏色偏淡藍,這也是為啥加熱東西要?外焰——受熱均勻還高效~
過年的煙花為啥能開出紅、綠、藍各種顏色?核心就是“焰色反應”——金屬或其化合物在高溫火焰中灼燒,電子會被激發躍遷,回落時釋放特定波長的光,呈現出特征顏色。
紅色煙花:鍶(Sr)或鋰(Li)元素(比如硝酸鍶);
綠色煙花:銅(Cu)或鋇(Ba)元素(比如氯化銅);
黃色路燈:鈉(Na)元素(高壓鈉燈的原理,穿透性超強);
紫色火焰:鉀(K)元素(觀察時要透過藍色鈷玻璃,避免鈉的黃色干擾)。
我國南北朝的陶弘景,早在6世紀就發現了焰色反應——他說“燒之紫青煙起,云是真消石也”,這里的“消石”就是硝酸鉀,比西方早了近1200年!不得不說古人的智慧太絕了~
蠟燭熄滅后的“白煙”是啥?
有沒有試過吹滅蠟燭后,快速點燃冒出的白煙,蠟燭會瞬間復燃?其實這白煙不是氣體,是石蠟蒸氣遇冷后凝華的白色固體小顆粒,而這些小顆粒是可燃的,所以一遇明火就會重新燃燒。
至于蠟燭燃燒時的黑煙,就是燃燒不充分的炭黑顆粒——氧氣不夠時,石蠟里的碳沒法完全和氧結合,就變成了黑色粉末飄出去,輕輕吹氣補充氧氣,黑煙就少啦~
你還見過哪些神奇的火焰?比如實驗室里的藍色酒精燈火焰、篝火的紅色火焰,歡迎在評論區留言分享!