燃燒

火鷹

燃燒是人類最早發(fā)現(xiàn)和利用的化學(xué)過程之一，這過程十分復(fù)雜，涉及很多化學(xué)和物理變化，其中最關(guān)鍵的一部分叫“自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”：點(diǎn)火引發(fā)燃料和氧化劑之間最初的反應(yīng)，形成不穩(wěn)定的分子碎片——自由基，這些自由基又與其他的分子碰撞，擊碎更多的分子，生成更多的自由基，導(dǎo)致燃燒范圍的擴(kuò)大，而這個(gè)過程中釋放的能量就形成了火焰。

火焰的顏色千奇百怪，而決定顏色的是火焰中物質(zhì)內(nèi)電子的能量，我們用像階梯一樣的能級(jí)來描述它。處在較低能級(jí)上的電子吸收了燃燒放出的能量，被推上更高的能級(jí)，進(jìn)入不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，此時(shí)它傾向于放出能量回到原來的能級(jí)，這能量就以光子的形式釋放，而光子能量的多少?zèng)Q定著我們所看到的顏色。

拼接在一起的兩團(tuán)火焰

圖中這樣烴類燃料完全燃燒的藍(lán)焰是火焰中自由基的特征顏色，在火焰中放入合金屬離子的物質(zhì)時(shí)，因?yàn)椴煌慕饘匐x子具有不同的電子結(jié)構(gòu)，所以它們會(huì)發(fā)出顏色各自不同的光

這就是我們所熟悉的焰色反應(yīng)。

焰色反應(yīng)

各種金屬元素的火焰測試，從左往右順頁序依次是：鋇（淺綠色），鍶（紅色），鋰（紅色），鈉（黃色），銅（綠色）和鉀（紫色）。

微重力條件下形成球形火焰

圖中的火焰并不像往常一樣豎直向上形成一個(gè)如水滴般的橙紅色火焰，而是在保持了一段長時(shí)間的小火點(diǎn)后迅速成為一個(gè)球形火團(tuán)。

這一變化的原因就是太空中的微重力甚至無重力環(huán)境。自然環(huán)境下的火苗因?yàn)榭諝庵性谥亓ο碌臒釋α鳎瑹峥諝庋杆傧蛏仙淇諝庀鲁列纬闪私?jīng)典的火焰造型，但在太空中，冷熱空氣沒有豎直向下的重力約束形成重心，所以360°均勻自由地向外圍發(fā)散，使得火焰形成了這副模樣。

蠟燭火焰在太空與地面中的區(qū)別

蠟燭燃燒實(shí)際上主要是石蠟蒸汽在燃燒。石蠟蒸汽被點(diǎn)燃后發(fā)出的熱量又會(huì)融化蠟，因?yàn)闊釋α鳎瑲鈶B(tài)的蠟被帶上去，液態(tài)的蠟因?yàn)槊?xì)現(xiàn)象順著燈芯逆流而上，參與燃燒反應(yīng)。隨著燃燒后熱的氣體上升，周圍冷的氣體下降，空氣發(fā)生對流，從而形成圓錐形的火焰。

微重力條件下乙烯的燃燒

它完整展示了微重力燃燒的全部過程。在反應(yīng)開始點(diǎn)火時(shí)，因?yàn)槲⒅亓ο聼釋α鳎磻?yīng)氣體和產(chǎn)物無法及時(shí)擴(kuò)散，使得反應(yīng)在開始時(shí)非常微弱，只能等分子熱運(yùn)動(dòng)慢慢傳播。在最開始的燃燒中，燃燒更加充分，溫度分布均勻，不會(huì)產(chǎn)生炭黑顆粒，使得火焰如液氧一樣呈現(xiàn)純潔的藍(lán)色，到了后面，目前主流的解釋還是因?yàn)楫a(chǎn)物無法迅速排出，造成了燃料濃度不足，出現(xiàn)了不完全燃燒，產(chǎn)生了和在地球上一樣的炭黑粒子，火焰顏色才發(fā)生了變化。