燃燒

火鷹

燃燒是人類最早發(fā)現(xiàn)和利用的化學過程之一，這過程十分復雜，涉及很多化學和物理變化，其中最關(guān)鍵的一部分叫“自由基鏈式反應”：點火引發(fā)燃料和氧化劑之間最初的反應，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，導致燃燒范圍的擴大，而這個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來描述它。處在較低能級上的電子吸收了燃燒放出的能量，被推上更高的能級，進入不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，此時它傾向于放出能量回到原來的能級，這能量就以光子的形式釋放，而光子能量的多少決定著我們所看到的顏色。

拼接在一起的兩團火焰

圖中這樣烴類燃料完全燃燒的藍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，因為不同的金屬離子具有不同的電子結(jié)構(gòu)，所以它們會發(fā)出顏色各自不同的光

這就是我們所熟悉的焰色反應。

焰色反應

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如水滴般的橙紅色火焰，而是在保持了一段長時間的小火點后迅速成為一個球形火團。

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)境下的火苗因為空氣中在重力下的熱對流，熱空氣迅速向上升，冷空氣下沉形成了經(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

蠟燭燃燒實際上主要是石蠟蒸汽在燃燒。石蠟蒸汽被點燃后發(fā)出的熱量又會融化蠟，因為熱對流，氣態(tài)的蠟被帶上去，液態(tài)的蠟因為毛細現(xiàn)象順著燈芯逆流而上，參與燃燒反應。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。在反應開始點火時，因為微重力下熱對流，反應氣體和產(chǎn)物無法及時擴散，使得反應在開始時非常微弱，只能等分子熱運動慢慢傳播。在最開始的燃燒中，燃燒更加充分，溫度分布均勻，不會產(chǎn)生炭黑顆粒，使得火焰如液氧一樣呈現(xiàn)純潔的藍色，到了后面，目前主流的解釋還是因為產(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。