今天研究了一个很幼稚的问题,火是什么?
要回答这个问题要先定义火是什么?
我的定义是:生活中的柴火,蜡烛,液化气煤炭等生活中常见物质的燃烧。
在这个范围内答案:火是气体。而且是一些我们熟悉的气体在高温下的状态。
化学反应可以在不同的场所发生,一般来说反应物接触的越充分反应的强度就越强。所以在溶液里,反应物充分接触。反应也就很充分。
但是空气里也想充分反应,就不容易了,因为反应物大都是些固体,没有充分混合。但是某些初始条件会引爆反应发生,比如划火柴时的瞬间燃烧,但其实这个过程有好几步,先靠划火柴摩擦生热,再让火柴头上的氯酸钾分解产生大量热点燃火柴盒上的红磷,红磷再点燃火柴头的硫。
家里天然气的灶台也是这样,你在空气中随意混合甲烷是不会燃烧的,比如我们市升级了煤气的浓度后,我们家的灶就点不着火了,必须去找专业人员调试更换配件才能用,这个过程就是调试液化气与空气的比例,比例合适了就可以点火做饭了。
以蜡烛燃烧为例,已经烧起来的时候,火焰外围的温度大约500℃,这时候不论是附近的氧气,还是甲烷、氧原子、碳原子、氢原子的电子都处于一种激发态,温度高就会让电子更活跃。
但火焰毕竟有一个边界,边界之外就是低温,所以原子处于激发态后总有机会遇到给它降温的因素,只要一降温,电子就会从笨笨跳跳的活跃状态变成 懒得动的状态,这个状态转变的过程就释放出一份光,这份光是什么颜色取决于从刚刚那个激发态降落到低一些的状态上,能量差值的大小。
有些差值对应的能量很弱或者很强,这些发出的光,我们眼睛看不到,而有些光刚好处于人眼识别光线的波长范围在320nm-760nm之间,只要处于这个值中间,我们都可以看到。
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可以看到蜡烛底部是淡蓝色,上面是橘黄色。在反应物越是充足的地方反应更剧烈,所以发热更多,温度更高。
而一团火焰哪里具备这样的条件呢?
就是火焰的外沿。火焰的内部因为接触不到比外沿更丰富的氧气,所以反应没有那么剧烈,温度就低很多。所以火的本质就是一个发生剧烈反应的区域,这里原子中的电子不断从激发态降落到低能级,放出光。
这也就解释了为什么火焰外沿温度最高。
我们之所以能看见火,是因为火在燃烧的过程中会放出光。
那么问题来了光是什么呢?
光是粒子还是波呢?
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