火,是一种很常见的现象。古代人把物质为分五类根本物质,分别是金木水火土,其中火就是一类根本物质。
古人是因为认知的受限而做的朴素分类,那么科学发达的今天,我们认识火是一种什么物质呢?
火的定义是什么呢?
火既是一种化学反应,也是一种物理反应。所以你去问物理老师和化学老师,可能给到你的回答都是不同的。物理老师可能会告诉你火是一种等离子态物质;化学老师会告诉你是化学反应,发光发热的现象。要了解火焰这种现象,要从物理和化学两个角度结合一起看。百度百科对火的定义是:火是物质燃烧过程中所进行的强烈氧化反应,而且其能量会以光和热形式释放,此外还会产生大量的生成物。
所谓的火,我们为什么能够看到火?
如果有机会做一个如下的实验,就可以很好的解释火的本质。用电加热把空气加热到600摄氏度以上,然后再喷出来,我们就会看到火焰。实际上这并不是我们日常中认识的“火”,只是加热后的空气发热辐射出的可见光,看起来跟火一样,比如战斗机的尾部喷出火焰。但是它们的本质是一样的,因为火的本质就是放热反应中反应区周边空气分子加热而高速运动,从而辐射电磁波的现象。
我们看见光,这是因为这个温度段辐射出了可见光。
战斗机发动机火焰
通常意义上的火,一般是化学反应导致的,相关分子的化学键从高能态变为更稳定的低能态,并从中释放以光为主的电磁波(辐射热量),看起来就是常见的火的样子。
其实构成火的方式有很多,虽然化学反应是最常见的,但纯物理过程也可以产生火。因为火的本质是物质高温释放热量,其主体是光辐射(主要是红外线、可见光),因此只要是温度足够高的物体都会释放可见光辐射。而温度特别高的物体释放不可见的短波光辐射,比如辐射x射线。
综上所述,可知火并非什么特殊的物质,而只是物质的一种能量状态而已,任何物质都可以构成火。
当然,火这种状态也可以理解为时物质的第四种状态——等离子态。所谓等离子态,是指物质原子内的电子在脱离原子核的吸引而形成带负电的自由电子和带正电的离子共存的状态,此时,电子和离子带的电荷相反,但数量相等,这种状态就称作等离子态。
等离子态虽然和气态很像,但是它又不是气态,而是属于物体的第四种状态,与固、液、气等并列,分为“低温等离子体”和“高温等离子体”两种。等离子体具有很高电导率,可以导电,会受磁场影响。
如果高温火焰是等离子体或者包含了等离子体的话,必然会受到强磁场的影响。实验证明,火焰会受到磁场影响。
一般形成等离子态的方式非常简单,就是暴力方式的不断加热加热再加热,到达一定温度就会出现等离子态。所以一般来说温度越高,火焰中粒子的电离程度也就越高,火焰的温度一般都很高,属于高温等离子体。一些温度较低的火焰,由于电离程度太低,因此并不能完全算作等离子体,只能算是处于激发态(原子或者分子吸收能量后,被激发到高能级,尚未电离的状态)的高温气体。
日常中常见的火温度是不一样的,比如说纸张燃烧是的温度大概是200℃,酒精灯的火焰大概600℃,烧煤的炉火大概800℃,而氧割时候的火焰能达到2000多摄氏度。所以它们的火焰等离子态程度也是不一样的,恰当的说,日常常见的火焰大多是等离子体和高温气体的混合体。
关于火的颜色,主要由如下两种情况决定的。
一、火焰的温度
就温度而言,低温的时候是红外线,随着温度的上升,慢慢变为可见光。比如500多度时候是火焰是暗红色,1000多度时候是黄色,然后从红色橙色(3000度)到黄色白色(4000度),再到青色蓝色(5000~6000度)、紫色(7000以上),到最后看不见的紫外线(几万度),颜色在不断改变。
二、等离子态物质(及高温气体)的元素构成决定火焰的固有光谱
不同物质的火焰会不一样,而常见的比如钠燃烧会出现黄色、钙是橙色、钾是紫色、钡和铜燃烧是绿色,而化合物的光色是一种杂色,这是因为有许多种类的元素在发光。这也就是各种火焰的颜色不一样的缘故。
当然,还有就是火焰中杂质的影响。我们日常最常见的火,大多是不完全燃烧的,火焰中掺杂了烟等各种颗粒,在光里就让火焰变成了黄黄的感觉,所以也是我们平时最常看到的火的颜色!
火焰的温度,一般是火苗或外部温度高,而火焰内部的温度不高。这是因为氧最先与外围物质发生化学反应,而火焰的内层往往比较缺氧!日常火的经常飘忽不定,特别是有风的时候,就是由于空气中氧的飘忽不定而导致。
综上所述,火并不是单独的物质,火的本质只是物质的一种状态而已。我们之所以能看见火,就是因为高温让空气分子产生高速运动,电离或者激发而游动的气态分子,从而产生可见光。一旦温度低下去,火焰也就熄灭了。
人生其实也一样,青春期是最有激情的时候,过了这个期段就会逐渐降温,最后就会慢慢回归平凡。所以年轻就要像火焰一样燃烧,让别人都能看见,不要被环境埋没!