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3、火焰的成分
火的主要化學成分(火的化學成分是什么)
大家好!今天讓創(chuàng)意嶺的小編來大家介紹下關(guān)于火的主要化學成分的問題,以下是小編對此問題的歸納整理,讓我們一起來看看吧。
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本文目錄:
一、火到底是什么物質(zhì)?是固態(tài)的還是液態(tài)的?
答:火焰是物質(zhì)劇烈的發(fā)光發(fā)熱反應,物質(zhì)是處于激發(fā)態(tài)的氣體,或者是等離子體。
我們常見的物質(zhì),主要有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài),同一種物質(zhì)在相同氣壓下,溫度是決定物質(zhì)為何種狀態(tài)的主要因素。
對于氣態(tài)的物質(zhì),如果溫度繼續(xù)升高,氣體分子的核外電子將獲得能量,此時核外電子將處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài);如果溫度繼續(xù)升高的話,核外電子將徹底逃離原子的束縛成為自由電子。
大量分子的核外電子與原子核分離,組成的混合物就是等離子態(tài),也可以叫做等離子體,比如高壓電弧、閃電、極光就是等離子體。
對于一般的火焰,根據(jù)燃燒物質(zhì)的不同,溫度從500~2000℃不等;比如蠟燭燃燒的火焰,中心溫度大概400℃,外焰大概500℃,溫度從內(nèi)到外先升高再降低。
如果我們用摩擦帶電的金屬導體靠近蠟燭火焰,會看到火焰有所偏離,這是因為火焰中有部分物質(zhì)處于等離子體,而等離子體又是電的良導體。
火焰物質(zhì)是處于激發(fā)態(tài)的氣體和等離子體的混合物,其中激發(fā)態(tài)物質(zhì)占了大部分,燃燒物在高溫下和氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應,同時釋放大量能量來維持反應的進行,并使得部分氣體分子電離成為等離子體,被周圍空氣冷卻后又轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w或者固體顆粒。
火到底是固態(tài)、液態(tài)、還是氣態(tài)?這個問題在我上初中的時候思考過,而且當時我還設(shè)計了實驗去檢驗。
那時候在初中物理課上老師給講了固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種物態(tài),學完后我思考過人是固態(tài)、液態(tài)、還是氣態(tài)?還思考過火應該算作哪種物態(tài)。
當時老師在課堂上額外說了還有物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)——等離子態(tài),老師只是一句話帶過去的。在我意識到火好像不屬于固液氣三態(tài)中的任何一種后,我開始了解等離子態(tài)是什么態(tài)。當時我能查到的參考文獻只是一本大塊頭的《現(xiàn)代漢語詞典》,從那里我找到了等離子體的概念,雖然當時看的不是很明白,但知道了等離子體能夠?qū)щ?。于是就有了我設(shè)計的兩個實驗。
我的第一個實驗是想檢驗一下火是不是氣態(tài),實驗方案是用注射器在蠟燭的火焰上吸取火焰。當時我設(shè)想的,如果火是氣體,吸入注射器后注射器內(nèi)應該充滿橘紅色的火焰。實驗中并沒有看到火焰充滿整個注射器,注射器在火焰上抽到盡頭后,內(nèi)部還是和抽取空氣一樣,至多有那么一丁點兒的黑煙。
第二個實驗是檢驗火能不能導電,就是想看看火是不是等離子體。實驗設(shè)計的也很粗陋,用干電池、小燈泡、導線構(gòu)成一個閉合的回路,小燈泡發(fā)光。把導線斷開,斷開的兩根導線相互靠近,然后放在火焰上。當時想著,如果火能夠?qū)щ?,小燈泡就會發(fā)光。結(jié)果小燈泡沒有發(fā)光。
當時我沒有更精密的實驗儀器,實驗也就到此結(jié)束。后來知道,用比較靈敏的電流計,可以檢測出微弱的電流,這就意味著火焰中存在可以自由移動的電荷。這可以作為火焰中存在等離子體的證據(jù)。但是像蠟燭的火焰、火柴燃燒的火焰并非全部由等離子構(gòu)成。
看到很多答案說,火就是等離子體,這是錯誤的。我們一根火柴,實際上,根本就不會產(chǎn)生等離子體,因為等離子體需要很高的溫度,才能讓讓構(gòu)成物質(zhì)的原子丟失電子,從而形成游離的自由電子和原子核。
那火到底是個什么東西呢?
我們先來看看燃燒的過程,我們可以把氧比作是單身狗拆遷大隊,碳和氫原來手牽手,很恩愛。
但是隨著溫度升高,氧開始躁動起來,它也想摻和進去,搞個三角戀。
當溫度達到一定高度,反應開始了,在高溫的激發(fā)下,碳氫化合物里中的電子躁動起來,它們獲得了溫度(能量),開始從基態(tài)(低能級)躍遷到高能態(tài),并開始與原來的碳和氫兩類原子核告別,一點舊情都不念,立刻就投入了氧的懷抱。
就這樣,氧氣奪走了碳和氫的電子,第三者插足成功了,由此來的碳氫分子物質(zhì)被分家,產(chǎn)生了新的分子:二氧化碳和水分子。
一旦牽手成功,電子不再需要那么大的能量,于是能量便開始釋放,又從高能態(tài)重新回到基態(tài),能量的釋放就是光子了。
這就是燃燒過程的形象比喻:一個電子分手,另覓新歡的過程。
在低溫火光中,根本不可能出現(xiàn)電子游離的情況,而是立刻就發(fā)生了結(jié)合,所以不會產(chǎn)生等離子體。當然,溫度很高的火焰中,是可能產(chǎn)生這種等離子狀態(tài)的。 了解了這個過程,你就不會再問火是什么物質(zhì)了。它就是一個發(fā)光發(fā)熱的現(xiàn)象而已。就像天是藍色的,你突然發(fā)問:藍是什么物質(zhì)?我該怎么回答你呢?
火是等離子體。
前面有網(wǎng)友說火不是等離子體,并用「火焰溫度很低」來論證,這很明顯是拍腦袋想出來的結(jié)果?;鹗遣皇堑入x子體,做個實驗就能解決問題。
所謂等離子體,是正負帶電粒子相互分離的狀態(tài)。一般的物質(zhì),由于庫倫力的作用,正負帶電粒子通常都會結(jié)合成電中性的物質(zhì)。而在高溫之下,由于熱運動的作用,正負粒子得以分離。
要檢驗是否是等離子體也很容易,只需要利用帶電粒子的性質(zhì)。帶電粒子會受磁場影響,也會收到電場影響。
下面這張圖是火在強電場中的行為:
很明顯,火被電場拉扯變形了。
這時候還有一種可能,就是強電場本身將火電離。這時就需要使用磁場來做實驗,磁場的洛倫茲力并不會讓粒子電離:
上面這張圖就是火在強磁場下的行為。其形變也非常明顯,是很明顯帶電粒子受到了磁場的影響。
最后說一下火為什么會發(fā)光。其實這是因為在燃燒反應的過程中,電子被激發(fā)為激發(fā)態(tài),然后會自發(fā)的躍遷到低能級的基態(tài),從而發(fā)出光亮。
火并非是一種特定物質(zhì),而是物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一個過程,只是人類把這個過程的表象定義為“火”。
火不是某種特定的物質(zhì)
你想想,火可以是一堆干草燃燒,也可以是酒精燃燒,也可以是氫氣燃燒,也可以是磷單質(zhì)或者鎂金屬單質(zhì)在空氣中燃燒,不同的物質(zhì)燃燒都會產(chǎn)生“火”,燃料有固體、有液體、有氣體,而燃燒產(chǎn)生的產(chǎn)物,釋放的能量,釋放的光的光譜(顏色)也都有差別。在產(chǎn)生火的過程中所涉及的物質(zhì)是不同的,因此如何界定火是什么物質(zhì)呢?
“火”是一個現(xiàn)象,不是本質(zhì),它是一個過程,只是一個短暫持續(xù)的狀態(tài),不是物質(zhì)。
上圖:鎂燃燒(白光)
上圖:鉀燃燒(紅光)
上圖:硫燃燒(藍光)
但“火”這一現(xiàn)象有一些共同的特征,這些特征也是可以歸納為一個狀態(tài)的——
火的狀態(tài)
前面有大神說火是低溫等離子態(tài),個人不贊同,因為低溫等離子態(tài)是在高電壓下形成,而某些火的溫度還是能達到上千度的,何況火還不具備高電壓的情況。
低溫等離子體的典型例子就是LED顯示屏和LED燈
上圖:在室溫下通過高壓放電產(chǎn)生的低溫等離子體
但不管是什么物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的火焰,他們都有一個共同的特征,那就是一種自然維持的釋放可見光的連續(xù)劇烈氧化反應。
自然維持、釋放可見光、連續(xù)的、劇烈的、氧化反應,是這些基本特征的關(guān)鍵字。
個人建議把具有這樣特征的狀態(tài)稱為氧化等離子態(tài)會比較合適。
生物在體內(nèi)進行呼吸代謝也是一個自然維持的連續(xù)氧化反應,但是生物的呼吸作用并不釋放可見光,也不是劇烈的氧化反應,這就與火的特征區(qū)別開來。
首先得明白幾點:
一、我們常見的蠟燭的燃燒,酒精燈,使用打火機而看到的火焰并不是等離子體。
二、要像那種核聚變等上萬度的燃燒才是等離子體。
等離子體又叫做電漿,是一種尺度大于德拜長度的宏觀電中性電離氣體,而其運動主要受電磁力支配。
是由于部分電子被剝奪后的原子及原子團被電離后,游離的電子與正離子組成的這個氣體狀物質(zhì)。
因此常稱之為固、液、氣之外外,物質(zhì)存在的第四態(tài)。
而我們?nèi)粘R姷降南灎T柴火不是等離子體,因為帶電粒子和中性原子碰撞是如此頻繁,以至于他們的運動受普通流體動力學的力而不是受電磁力支配。
開頭的時候說過,等離子體其運動主要是受電磁力支配的。而這里的火焰只涉及空氣動力學而非電磁力。
那為什么有人說火焰是等離子體呢,其實只能說是弱等離子體。當蠟燭達到燃點且充分燃燒就會發(fā)生氧化還原反應。氧化還原反應就是電子的轉(zhuǎn)移,所以這是就有電離了。但并不意味著火焰就是等離子體了,由于這時電離度很低,所以只有少之又少的弱電離等離子體。
因此普通火焰燃燒時,主要成分還是被加熱的氣體分子。因為這些燃燒時的火焰比較接近氣體的特性,導電性差。
等離子體按照溫度可能大體分為三類:高溫等、熱等和低溫。因此不是溫度要達到超高才能是等離子體。
火到底是什么物質(zhì)?是固態(tài)的還是液態(tài)的?
我們常見的狀態(tài)有固液氣等三態(tài),但火既不是固態(tài),也不是液態(tài),更不是氣態(tài)而是處于三態(tài)以外的低溫等離子態(tài)或者是出于激發(fā)態(tài)的氣體。
一個重力加速度下的蠟燭燃燒火焰和失重狀態(tài)下的燃燒火焰!兩者的形態(tài)有非常大的差異,特別是顏色和形狀,主要是有上升氣流和富氧狀態(tài)以及失重與一氧化碳燃燒的差異!但兩者的本質(zhì)都沒有區(qū)別,都是一種激發(fā)狀態(tài)的氣體或者低溫等離子體!
物質(zhì)的形態(tài)是可以轉(zhuǎn)換的,而要求非常簡單,只需要不斷加熱即可,一般物質(zhì)的形態(tài)就會從固態(tài)-液態(tài)-氣態(tài)-等離子態(tài)等幾個轉(zhuǎn)變過程!而溫度在其中起了非常關(guān)鍵的作用!在這個過程中氣體的原子核外層電子即處在激發(fā)狀態(tài)下,而這個狀態(tài)是不穩(wěn)定的,如果在繼續(xù)輸入能量升高溫度的話,外層電子脫離原子核的束縛成為自由電子!此時的物質(zhì)就處在等離子態(tài)下!比如電焊的電弧或者閃電通路中被電離的氣體,或者被太陽高能粒子激發(fā)而發(fā)光的極光這些是完全不用懷疑是等離子體!
但火焰并非徹底的等離子體,而是受激發(fā)氣體的核外電子和脫離原子核的自由電子即等離子體的混合物,稱之為低溫等離子體也許會更合適一些!因為它的等離子態(tài)并不徹底!
普通氣體電離到等離子態(tài)的過程,可以看到示意圖中的電子已經(jīng)脫離成了自由電子,當然這并非是真正等離子狀態(tài),而僅僅是輔助理解的示意圖而已,請各位不必較真!
物質(zhì)這個東西比較神奇,有好多的態(tài),比如等離子態(tài)、固液氣態(tài)、簡并態(tài)(電子簡并、中子簡并)、玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)以及其它態(tài)等等。火呢,這個物質(zhì)也比較的神奇,有的火是確實是等離子態(tài)的,有的火溫度很低,燃燒著普通的紅色火焰,那就不是等離子態(tài)的,而是一種激發(fā)態(tài)的混合氣體而已,比方說露天搭建的火堆。
但是這兩種不容易區(qū)分,所以,可以把火看成是等離子態(tài)的,就是原子中電子吸收了能量,躍遷至高能級,跑了出來,結(jié)合氧氣生成其它物質(zhì),再從高能級回落至低能級釋放出光子,這樣就是我們看到的火光了。
像上面提到的其它態(tài),玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)、費米子凝聚態(tài)都是超低溫情況下的物質(zhì)形態(tài),在溫度只比絕對零度高那么一丟丟的情況下獲得的新的物質(zhì)形態(tài)。
簡并態(tài),電子簡并態(tài)主要是在白矮星中,中子簡并態(tài)是在中子星中。
(太陽可以看做是一個巨大的等離子球)
個人淺見,歡迎評論!
火焰只是化學反應產(chǎn)生的現(xiàn)象,現(xiàn)象,現(xiàn)象。
火算是有機物質(zhì)的激發(fā)分離態(tài),有機物質(zhì)的燃燒成火,需要火種,也就是著火的溫度。一經(jīng)起火,有機物在燃燒的激發(fā)下迅速分離成原子態(tài)吧?有機物可形成第四狀態(tài),分離離散游離而生滅極快的原子態(tài)。仔細推敲,是縮小了的固態(tài)。理解色不異空,空不異色嗎?
二、火是什么物質(zhì)?什么成分?什么結(jié)構(gòu)?
火,僅僅是一種光學現(xiàn)象而已,是能量釋放過程中,空氣被高溫加熱后,所出現(xiàn)的視覺影相.熱量和光組成.
這樣一個簡單的問題,人類卻經(jīng)過了幾十萬年的時間才弄清楚它的實質(zhì).在這之前,世界上流傳著種種神話和傳說:在希臘神話里火是一個叫做普羅米修斯的神,他違背了天神的旨意,把火人太陽那里偷來送到人間;在中國的傳說里,火是燧人氏鉆木而取的;古代印度人認為世界上有四大物質(zhì),即地、水、風火;我國古代流行的五行學說,即金、木、水、火、土,也把火作為“五行之一”;古希臘亞里士多德提出了水、土、火、氣四元素學說,他們都把火看成是一種能主宰萬物的物質(zhì).到了16世紀,煉金術(shù)家認為:燃燒是國為物質(zhì)里含有硫;17世紀波義耳提出火是由一種實在的、具有重量的微粒構(gòu)成的.普魯士王的御醫(yī),德國化學家施塔爾提出了燃素學的觀點,他認為,燃素能與其他元素結(jié)合成化合物,也能單獨存在.能燃燒的物質(zhì)是由于里面存在燃素,不能燃燒的物質(zhì)是缺乏燃素.燃素說的興起,雖然清除了煉金術(shù)家對于火的種種錯誤的學說統(tǒng)治了化學界100多年之久.一直到1777年,拉瓦錫發(fā)現(xiàn)了氧,才把燃素學說徹底推翻,最后揭開了燃燒之謎.他向巴黎科學院遞交了《燃燒概論》的報告,這篇報告的要點是:燃燒能夠放出光和熱;有氧的存在,物質(zhì)才能燃燒;物質(zhì)燃燒進吸收氧氣,所以燃燒的物質(zhì)變重了,增加的重量等于被吸收氧氣的重量.
火,如果你指的是我們視覺中的火,那就是光子.如果只的是感覺到的,那就是熱輻射(其實你什么都沒有摸到,只是感覺到熱輻射的作用,它是以波的形式傳播的).
在燃燒著一現(xiàn)象中,從化學的角度說:化學反應放出熱量,以輻射的方式傳播開來;但同時也有物理現(xiàn)象,就是原子中的外層電子激發(fā),放出光子.不同的溫度下產(chǎn)生的自發(fā)輻射不同(所以我們能通過火的顏色來判斷其溫度,這就是利用這一點).
三、火焰的成分
火焰是混合物:氣態(tài)的氧化劑(如氧氣)、還原劑(比如汽油)、氣態(tài)的反應生成物(如二氧化碳、水)、等離子態(tài)的反應生成物(如受激發(fā)的二氧化碳、水)。
四、焰火的燃燒原理 以及其中的化學成分所燃燒的顏色
反應原理
焰火劑燃燒時所發(fā)出的焰和火稱為焰火,它是利用金屬離子在高溫灼燒時能產(chǎn)生固有顏色的焰色反應制造的。
各種顏色火焰的藥劑,其主要成分是:氧化劑、可燃物、發(fā)色劑和粘合劑。所用的氧化劑有:氯酸鉀、硝酸鉀、過氯酸鉀、硝酸鈉、氯酸鈉等??扇嘉锖驼澈蟿┯校耗咎?、淀粉、蔗糖、明膠、瀝青等。各種顏色的焰火發(fā)色劑通常由下列各種金屬鹽組成。猩紅色:鍶;紅色:鋰、銣;橙紅色:鈣;黃色:鈉;黃綠色:鋇;綠色:銅(除鹵化物外);亮藍色:鉛或銅;深藍色:鹵化物;藍色:銻;紫紅色:鍶和銅;白色:鋁粉(鋅或鎂等)。
氧化劑在可燃物的作用下受熱分解出氧氣供可燃物燃燒產(chǎn)生高溫,以促使金屬鹽類物質(zhì)發(fā)生焰色反應。
以上就是關(guān)于火的主要化學成分相關(guān)問題的回答。希望能幫到你,如有更多相關(guān)問題,您也可以聯(lián)系我們的客服進行咨詢,客服也會為您講解更多精彩的知識和內(nèi)容。
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