Η φωτιά είναι καυτή επειδή η θερμική ενέργεια (θερμότητα) απελευθερώνεται όταν οι χημικοί δεσμοί σπάσουν και σχηματιστούν κατά τη διάρκεια ενός καύση αντίδραση. Η καύση μετατρέπει το καύσιμο και το οξυγόνο σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Η ενέργεια είναι για να ξεκινήσει η αντίδραση, να σπάσει τους δεσμούς στο καύσιμο και μεταξύ των ατόμων οξυγόνου, αλλά πολλά απελευθερώνεται περισσότερη ενέργεια όταν τα άτομα συνδέονται μαζί σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό.
Καύσιμο + οξυγόνο + ενέργεια → διοξείδιο του άνθρακα + νερό + περισσότερη ενέργεια
Τόσο το φως όσο και το θερμότητα απελευθερώνονται ως ενέργεια. Οι φλόγες είναι ορατά στοιχεία αυτής της ενέργειας. Οι φλόγες αποτελούνται κυρίως από θερμά αέρια. Οι καμπάνες ανάβουν επειδή το θέμα είναι αρκετά ζεστό ώστε να εκπέμπει λαμπτήρα πυρακτώσεως (όπως ένας καυστήρας κουζίνας), ενώ οι φλόγες εκπέμπουν φως από ιονισμένα αέρια (όπως ένας λαμπτήρας φθορισμού). Το φωτιστικό είναι μια ορατή ένδειξη της αντίδρασης καύσης, αλλά η θερμική ενέργεια (θερμότητα) μπορεί επίσης να είναι αόρατη.
Γιατί η φωτιά είναι καυτή
Με λίγα λόγια: Η φωτιά είναι καυτή επειδή η ενέργεια που αποθηκεύεται στα καύσιμα απελευθερώνεται ξαφνικά. Η ενέργεια που απαιτείται για την έναρξη της χημικής αντίδρασης είναι πολύ μικρότερη από την απελευθερωμένη ενέργεια.
Λέξεις-κλειδιά: Γιατί η φωτιά είναι καυτή;
- Η φωτιά είναι πάντα ζεστή, ανεξάρτητα από το καύσιμο που χρησιμοποιείται.
- Αν και η καύση απαιτεί ενέργεια ενεργοποίησης (ανάφλεξη), η καθαρή θερμότητα που απελευθερώνεται υπερβαίνει την απαιτούμενη ενέργεια.
- Η διάσπαση του χημικού δεσμού μεταξύ των μορίων οξυγόνου απορροφά ενέργεια, αλλά ο σχηματισμός των χημικών δεσμών για τα προϊόντα (διοξείδιο του άνθρακα και νερό) απελευθερώνει πολύ περισσότερη ενέργεια.
Πόσο καυτή είναι η φωτιά;
Δεν υπάρχει ενιαία θερμοκρασία για φωτιά, επειδή η ποσότητα θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται εξαρτάται από πολλά παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της χημικής σύνθεσης του καυσίμου, της διαθεσιμότητας οξυγόνου και του τμήματος της φλόγας μετρημένος. Μια πυρκαγιά ξύλου μπορεί να υπερβαίνει τους 1100 ° Κελσίου (2012 ° Fahrenheit), αλλά οι διάφοροι τύποι ξύλου καίγονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, το πεύκο παράγει πάνω από διπλάσια ποσότητα θερμότητας όπως η έλατο ή η ιτιά και το ξηρό ξύλο καίει θερμότερο από το πράσινο ξύλο. Το προπάνιο στον αέρα καίει σε συγκρίσιμη θερμοκρασία (1980 ° Celsius), αλλά πολύ θερμότερο σε οξυγόνο (2820 ° Celsius). Άλλα καύσιμα όπως το ακετυλένιο σε οξυγόνο (3100 ° Celsius) καίγονται θερμότερα από οποιοδήποτε ξύλο.
Το χρώμα μιας πυρκαγιάς είναι ένας τραχύς μετρητής του πόσο ζεστό είναι. Η βαθιά κόκκινη φωτιά είναι περίπου 600-800 ° Celsius (1112-1800 ° Fahrenheit), το πορτοκαλί-κίτρινο είναι περίπου 1100 ° Celsius (2012 ° Fahrenheit), και μια λευκή φλόγα είναι ακόμα θερμότερη, κυμαινόμενη από 1300-1500 Celsius (2400-2700 ° Θερμόμετρο Φαρενάιτ). Μπλε φλόγα είναι το πιο καυτό από όλα, που κυμαίνεται από 1400-1650 ° Κελσίου (2600-3000 ° Fahrenheit). Η φλόγα μπλε αερίου ενός καυστήρα Bunsen είναι πολύ πιο ζεστή από την κίτρινη φλόγα από ένα κερί κεριών!
Το θερμότερο μέρος της φλόγας
Το θερμότερο μέρος μιας φλόγας είναι το σημείο της μέγιστης καύσης, το οποίο είναι το μπλε τμήμα μιας φλόγας (αν η φλόγα καίει το καυτό). Ωστόσο, οι περισσότεροι μαθητές που εκτελούν πειράματα επιστήμης λένε να χρησιμοποιήσουν την κορυφή της φλόγας. Γιατί; Επειδή η θερμότητα αυξάνεται, έτσι ώστε η κορυφή του κώνου της φλόγας να είναι ένα καλό σημείο συλλογής για την ενέργεια. Επίσης, ο κώνος της φλόγας έχει μια αρκετά σταθερή θερμοκρασία. Ένας άλλος τρόπος για να μετρήσετε την περιοχή της περισσότερης θερμότητας είναι να αναζητήσετε το φωτεινότερο τμήμα μιας φλόγας.
Διασκεδαστικό γεγονός: Οι πιο καυτές και πιο δροσερές φλόγες
Η πιο καυτή φλόγα που παράχθηκε ποτέ ήταν στους 4990 ° Κελσίου. Αυτή η φωτιά σχηματίστηκε με τη χρήση δικυανοακετυλενίου ως καυσίμου και του όζοντος ως οξειδωτικού. Μπορεί επίσης να γίνει δροσερή φωτιά. Για παράδειγμα, μπορεί να σχηματιστεί φλόγα γύρω στους 120 ° Κελσίου χρησιμοποιώντας ένα ρυθμισμένο μείγμα καυσίμου αέρα. Ωστόσο, δεδομένου ότι μια δροσερή φλόγα είναι μόλις πάνω από το σημείο βρασμού του νερού, αυτό το είδος της φωτιάς είναι δύσκολο να διατηρηθεί και βγαίνει εύκολα.
Σχέδια διασκέδασης φωτιάς
Μάθετε περισσότερα σχετικά με την πυρκαγιά και τις φλόγες, πραγματοποιώντας ενδιαφέροντα επιστημονικά έργα. Για παράδειγμα, μάθετε πώς τα μεταλλικά άλατα επηρεάζουν το χρώμα της φλόγας κάνοντας πράσινη φωτιά. Χρησιμοποιήστε τη χημεία στο ξεκινήστε μια πυρκαγιά χωρίς να χρησιμοποιήσετε τα παιχνίδια. Για ένα πραγματικά συναρπαστικό έργο; Δίνω firebreathing μια δοκιμή.
Πηγή
- Schmidt-Rohr, Κ (2015). "Γιατί οι καύσεις είναι πάντα εξωθερμικές, που παράγουν περίπου 418 kJ ανά mole του O2". J. Chem. Εκπαιδεύστε. 92 (12): 2094–99. doi:10.1021 / acs.jchemed.5b00333