火,是一種很常見的現(xiàn)象。古代人把物質(zhì)為分五類根本物質(zhì),分別是金木水火土,其中火就是一類根本物質(zhì)。
古人是因為認知的受限而做的樸素分類,那么科學(xué)發(fā)達的今天,我們認識火是一種什么物質(zhì)呢?
火的定義是什么呢?
火既是一種化學(xué)反應(yīng),也是一種物理反應(yīng)。所以你去問物理老師和化學(xué)老師,可能給到你的回答都是不同的。物理老師可能會告訴你火是一種等離子態(tài)物質(zhì);化學(xué)老師會告訴你是化學(xué)反應(yīng),發(fā)光發(fā)熱的現(xiàn)象。要了解火焰這種現(xiàn)象,要從物理和化學(xué)兩個角度結(jié)合一起看。百度百科對火的定義是:火是物質(zhì)燃燒過程中所進行的強烈氧化反應(yīng),而且其能量會以光和熱形式釋放,此外還會產(chǎn)生大量的生成物。
所謂的火,我們?yōu)槭裁茨軌蚩吹交穑?/p>
如果有機會做一個如下的實驗,就可以很好的解釋火的本質(zhì)。用電加熱把空氣加熱到600攝氏度以上,然后再噴出來,我們就會看到火焰。實際上這并不是我們?nèi)粘V姓J識的“火”,只是加熱后的空氣發(fā)熱輻射出的可見光,看起來跟火一樣,比如戰(zhàn)斗機的尾部噴出火焰。但是它們的本質(zhì)是一樣的,因為火的本質(zhì)就是放熱反應(yīng)中反應(yīng)區(qū)周邊空氣分子加熱而高速運動,從而輻射電磁波的現(xiàn)象。
我們看見光,這是因為這個溫度段輻射出了可見光。
戰(zhàn)斗機發(fā)動機火焰
通常意義上的火,一般是化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的,相關(guān)分子的化學(xué)鍵從高能態(tài)變?yōu)楦€(wěn)定的低能態(tài),并從中釋放以光為主的電磁波(輻射熱量),看起來就是常見的火的樣子。
其實構(gòu)成火的方式有很多,雖然化學(xué)反應(yīng)是最常見的,但純物理過程也可以產(chǎn)生火。因為火的本質(zhì)是物質(zhì)高溫釋放熱量,其主體是光輻射(主要是紅外線、可見光),因此只要是溫度足夠高的物體都會釋放可見光輻射。而溫度特別高的物體釋放不可見的短波光輻射,比如輻射x射線。
綜上所述,可知火并非什么特殊的物質(zhì),而只是物質(zhì)的一種能量狀態(tài)而已,任何物質(zhì)都可以構(gòu)成火。
當(dāng)然,火這種狀態(tài)也可以理解為時物質(zhì)的第四種狀態(tài)——等離子態(tài)。所謂等離子態(tài),是指物質(zhì)原子內(nèi)的電子在脫離原子核的吸引而形成帶負電的自由電子和帶正電的離子共存的狀態(tài),此時,電子和離子帶的電荷相反,但數(shù)量相等,這種狀態(tài)就稱作等離子態(tài)。
等離子態(tài)雖然和氣態(tài)很像,但是它又不是氣態(tài),而是屬于物體的第四種狀態(tài),與固、液、氣等并列,分為“低溫等離子體”和“高溫等離子體”兩種。等離子體具有很高電導(dǎo)率,可以導(dǎo)電,會受磁場影響。
如果高溫火焰是等離子體或者包含了等離子體的話,必然會受到強磁場的影響。實驗證明,火焰會受到磁場影響。
一般形成等離子態(tài)的方式非常簡單,就是暴力方式的不斷加熱加熱再加熱,到達一定溫度就會出現(xiàn)等離子態(tài)。所以一般來說溫度越高,火焰中粒子的電離程度也就越高,火焰的溫度一般都很高,屬于高溫等離子體。一些溫度較低的火焰,由于電離程度太低,因此并不能完全算作等離子體,只能算是處于激發(fā)態(tài)(原子或者分子吸收能量后,被激發(fā)到高能級,尚未電離的狀態(tài))的高溫氣體。
日常中常見的火溫度是不一樣的,比如說紙張燃燒是的溫度大概是200℃,酒精燈的火焰大概600℃,燒煤的爐火大概800℃,而氧割時候的火焰能達到2000多攝氏度。所以它們的火焰等離子態(tài)程度也是不一樣的,恰當(dāng)?shù)恼f,日常常見的火焰大多是等離子體和高溫氣體的混合體。
關(guān)于火的顏色,主要由如下兩種情況決定的。
一、火焰的溫度
就溫度而言,低溫的時候是紅外線,隨著溫度的上升,慢慢變?yōu)榭梢姽狻1热?00多度時候是火焰是暗紅色,1000多度時候是黃色,然后從紅色橙色(3000度)到黃色白色(4000度),再到青色藍色(5000~6000度)、紫色(7000以上),到最后看不見的紫外線(幾萬度),顏色在不斷改變。
二、等離子態(tài)物質(zhì)(及高溫氣體)的元素構(gòu)成決定火焰的固有光譜
不同物質(zhì)的火焰會不一樣,而常見的比如鈉燃燒會出現(xiàn)黃色、鈣是橙色、鉀是紫色、鋇和銅燃燒是綠色,而化合物的光色是一種雜色,這是因為有許多種類的元素在發(fā)光。這也就是各種火焰的顏色不一樣的緣故。
當(dāng)然,還有就是火焰中雜質(zhì)的影響。我們?nèi)粘W畛R姷幕?,大多是不完全燃燒的,火焰中摻雜了煙等各種顆粒,在光里就讓火焰變成了黃黃的感覺,所以也是我們平時最??吹降幕鸬念伾?!
火焰的溫度,一般是火苗或外部溫度高,而火焰內(nèi)部的溫度不高。這是因為氧最先與外圍物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),而火焰的內(nèi)層往往比較缺氧!日?;鸬慕?jīng)常飄忽不定,特別是有風(fēng)的時候,就是由于空氣中氧的飄忽不定而導(dǎo)致。
綜上所述,火并不是單獨的物質(zhì),火的本質(zhì)只是物質(zhì)的一種狀態(tài)而已。我們之所以能看見火,就是因為高溫讓空氣分子產(chǎn)生高速運動,電離或者激發(fā)而游動的氣態(tài)分子,從而產(chǎn)生可見光。一旦溫度低下去,火焰也就熄滅了。
人生其實也一樣,青春期是最有激情的時候,過了這個期段就會逐漸降溫,最后就會慢慢回歸平凡。所以年輕就要像火焰一樣燃燒,讓別人都能看見,不要被環(huán)境埋沒!