生日吹蜡烛时,盯着跳动的橙黄色火焰发呆;过年看烟花时,惊叹于漫天绚烂的色彩;甚至点燃打火机时,都会好奇那一小簇蓝火为啥总往上飘……
其实这些日常场景里,藏着超硬核的化学知识点!
火焰不是“物质”,是“现象”!
很多人觉得火焰是“看得见的气体”,但化学上的定义超清晰:火焰是物质燃烧时发生强烈氧化反应的发光发热现象,本质是处于等离子态(物质第四态,类似气体但更活跃)的粒子混合物。
火焰不是“东西”,而是燃料、氧气、热量三者凑一起,发生化学反应时的“表演现场”!这三者少一个,火焰都没法登场——专业上叫“燃烧三角”,后来补充了“链式反应”,变成更完整的“燃烧四面体”。
比如你吹灭蜡烛,其实是用气流带走了热量,破坏了“燃烧条件”,火焰才会熄灭~
外焰、内焰、焰心,温度天差地别!
小时候学化学,老师肯定让你做过“火柴梗实验”:把火柴平放进火焰,1秒后取出,外焰部分先变黑。为啥?因为火焰三层的温度完全不一样!
焰心(最内层):温度最低(约800-1000℃),这里氧气不足,燃料(比如蜡烛的石蜡蒸气)没法完全燃烧,主要是气态燃料的聚集地;
内焰(中间层):温度最高(蜡烛火焰可达1000℃以上),燃料和氧气在这里剧烈反应,释放大量热量,但因为燃烧不完全,会有少量炭黑,所以颜色偏黄橙;
外焰(最外层):温度略低于内焰,但燃烧最充分,炭黑少,所以颜色偏淡蓝,这也是为啥加热东西要⽤外焰——受热均匀还高效~
过年的烟花为啥能开出红、绿、蓝各种颜色?核心就是“焰色反应”——金属或其化合物在高温火焰中灼烧,电子会被激发跃迁,回落时释放特定波长的光,呈现出特征颜色。
红色烟花:锶(Sr)或锂(Li)元素(比如硝酸锶);
绿色烟花:铜(Cu)或钡(Ba)元素(比如氯化铜);
黄色路灯:钠(Na)元素(高压钠灯的原理,穿透性超强);
紫色火焰:钾(K)元素(观察时要透过蓝色钴玻璃,避免钠的黄色干扰)。
我国南北朝的陶弘景,早在6世纪就发现了焰色反应——他说“烧之紫青烟起,云是真消石也”,这里的“消石”就是硝酸钾,比西方早了近1200年!不得不说古人的智慧太绝了~
蜡烛熄灭后的“白烟”是啥?
有没有试过吹灭蜡烛后,快速点燃冒出的白烟,蜡烛会瞬间复燃?其实这白烟不是气体,是石蜡蒸气遇冷后凝华的白色固体小颗粒,而这些小颗粒是可燃的,所以一遇明火就会重新燃烧。
至于蜡烛燃烧时的黑烟,就是燃烧不充分的炭黑颗粒——氧气不够时,石蜡里的碳没法完全和氧结合,就变成了黑色粉末飘出去,轻轻吹气补充氧气,黑烟就少啦~
你还见过哪些神奇的火焰?比如实验室里的蓝色酒精灯火焰、篝火的红色火焰,欢迎在评论区留言分享!