火是什么物质组成的？第1页

liu-yu-shuai-42 网友的相关建议:

利益相关：Imperial College PhD student，研究方向是不同燃料混合下，火焰光谱，化学发光机理。

因此，我十分看不下去

的答案，因为完全是错误的。我向他指出了错误，并且劝诫他对于自己不懂的问题，不要回答，会误导人，但是我被拉黑了，并且发个私信给我觉得我多嘴。科普科普，首先要“科“才能”普“，科普是把难以理解的科学道理，用浅显的话写出来，但是首先要是科学道理而不是个人的逻辑推论。所以请尽情地在他的答案下点反对。

下面是comment，

@安森垚

答案的原文我以斜体标出。我comment他的答案，目的是正视听，希望能去伪存真。

“著作权归作者所有。

商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
作者：安森垚
链接：火是什么物质组成的？ - 安森垚的回答
来源：知乎

电磁波由于是由于垂直的变化的电场磁场引起的，所以造成了直线运动但是却拥有着波动性的特性，这种波动拥有能量。也就是说，往往电子开始转移或者运动，就会放射出电磁波。那么也就是说，最起码火焰的光，肯定是由于电子的转移产生了电磁波。

那么一般的火焰都是一种“氧化反应”，也就是说是一种被燃烧物质失去电子，而氧气或者类似的物质得到电子的过程，这个应该是初中化学吧。所以也就是说这个过程中，我们也知道，失去了电子的原子也就是带着正电的离子，得到电子的离子也就是带着负电的离子，这个过程就像街头火拼一样，被燃烧物质不停地被氧气拿走电子，这个过程就会放出大量的热。”

@安森垚

在论述中，的逻辑为：光是电磁波，电场运动产生电磁波，化学反应中有电子运动，产生变化电场，这个电场变化产生电磁波，也就是光，于此同时，燃烧的区域里依然是电中性。

请问在这个逻辑下，是不是大多数化学反应都发光？请问在非反应的原子中，电子也在高速运动，并且整个原子呈电中性，请问他们是不是也在发光？如果是化学反应中电子交换产生光，那么更加剧烈的反应意味着波长更短的光，但是为何实验观察的结果，不论燃烧剧烈与否，只要氧化剂和燃料不变，其火焰光谱的特征值不变？

火焰光谱大多数是化学发光的结果，是在一些特殊的化学反应中，产生了一些激发态的粒子，这些粒子从激发态回归基态时，由对应能级而产生对应波长的光。激发态——基态过程也是大多数等离子发光的原因。

这个过程不是”光是电磁波，电场运动产生电磁波，化学反应中有电子运动，产生变化电场，这个电场变化产生电磁波，也就是光。“

”也就是说，一开始的氧化还原反应，造成了放热之后的连锁反应，由于电子这时候产生了激烈的不动，所以这个过程就放射出了电磁波。但是由于内部氧气不足，造成产生了大量的“游离碳“，这也就是我们看见的蓝光。

那外面那个黄白光是什么呢。其实是这样，由于越是靠外的火焰氧气越充足，氧化反应就越剧烈，温度也就越高（这也就是为什么说外焰温度高于内焰），游离碳还有高温的正负离子在高温下共存，所以电荷这样就更不老实了，这种情况下，造成了游离碳的内部电子活跃，这个过程就是类似烧红的铁一样（电子跃迁又回到基态），所以又会发射出更剧烈的电磁波，就会产生“白炽光”的现象，这也就是我们看到的外层明亮的火光。它不属于固体液气气体的任何一种形态，它是大量的离子高温状态下的一个状态。我还依稀记得高中还是初中物理曾经讲，物质除了三态，还有等离子体和液晶这两种形态，当时还十分的好奇和困惑。所以外层火焰的重要组成部分就是这个等离子体。“

蓝光不是”游离碳“，主要是是C2*分子在 SWAN BAND的（1,0）辐射，CH(A)* 的辐射光也近似蓝色，呈蓝紫色。

在谈到蜡烛的外焰时，原作者认为此处是等离子态，等离子态发出白炽光，白炽光是因为”似烧红的铁一样（电子跃迁又回到基态）“。此处我已经无力吐槽了。白炽光是黑体辐射，波长，强度由温度决定，由普朗克黑体辐射定律governing。等离子中电子能级跃迁是我上面论述的化学发光过程。这事两码事！

火焰中等离子体是非常稀薄的，大概的量级是火焰体积的1/100，火焰中只有薄薄的火焰面（常压下小于0.1mm）里是等离子体，火焰的化学发光也主要在这个区域。

comment 结束。

知乎的”赞“不是”like“，而是”agree“, 任何人，不论对这个题目，这个答案明白不明白，懂不懂，都可以‘like’，这是价值判断。

在科学问题上，”agree“是事实判断，读者按照自己的知识，对作者的内容是否符合自己已知的事实进行投票。但是如果读者也不知道事实，读者有资格投票么？我从来不在乎赞数，我在意的是我关注的几个同行，是不是对我的答案肯定。

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

回答这个问题前，我们首先要明白什么是火焰。

以恰好完全反应的绝热的预混(premixed)甲烷(methane)-空气(air)对冲火焰(counterflow flame)为例,若为特殊说明，本答里的图就是这种火焰里量测或者模拟的结果。火焰和燃烧器的简图如下：

from google

这幅图可以清楚地看到燃烧时流场情况：

from google

火焰本质上是一种化学反应，我们见到的火焰，大多是在流体中的，所以对燃烧的研究可以从两点出发，一个是化学反应过程，一个是流场。当混合好的甲烷空气混合物在上图的燃烧器上下喷口出来时，他们的流速会逐渐减小，直到在中间点变成0，在流场中，给一个火花，那么火焰就会被引燃，假设反应过程是一步的：CH4+2O2=CO2+2H2O,在火焰上游，甲烷和空气不断供应过来，在火焰下游，燃烧产生的产物在不断流走，假设上面的化学反应每秒消耗一个单位的混合气体，刚刚提到，从喷口到流场中间，速度不断减小，那么就会有一个地方的流速，使其提供的甲烷和空气与消耗的平衡，那么这个地方就是火焰存在的地方，也是第一张图里的reaction zone。在这种燃烧器里，上喷口和下喷口都会产生一个火焰,火焰的厚度根据喷口速度，喷口距离，压力等不同，大气压下，大约是几毫米的量级。火焰的本质，是一小块正在进行化学反应的区域，或者说是一个薄层。

下面说说我们看到的火焰。看，只是一种观测，你看到的东西，是人眼的可视范围内，火焰发出的光。

可见光范围：

紫色 668–789 THz 380–450 nm

蓝色 631–668 THz 450–475 nm

青色 606–630 THz 476–495 nm

绿色 526–606 THz 495–570 nm

黄色 508–526 THz 570–590 nm

橙色 484–508 THz 590–620 nm

红色 400–484 THz 620–750 nm

火焰发出的光有三种，第一是化学反应过程中的化学发光；第二是高温下黑体辐射；第三是火焰吸收其他的光发出的荧光。上一段，我们假设了甲烷燃烧只有一个步骤的化学反应，然而，甲烷燃烧中的化学反应，常用的比较准确的一套反应GRI-MECH 3.0有300多个反应步骤，并且还不包括我们感兴趣的火焰发光的部分。下图展示了甲烷如何变CO2和H2O的过程，可以体现反应过程的复杂程度。

CH4-CO2

CH4-H2O

上面两个图展示了反应过程的复杂，并且，包含了下面谈发光问题的几个主角：OH,OH*,CH,CH*这几个中间产物，以及没有包含的C2，C2*。

化学发光：

化学发光研究较多的是上述中OH*,CH*,C2*，因为他们能提供很多燃烧的信息。下图标注了上述三种物质化学发光的波长。化学发光基本决定的火焰的看起来ed颜色。

一般来说，OH*发光是不可见的，为紫外光，我们生活中看燃气灶的火焰是蓝紫色的，主要是CH*的功劳，因为在燃气灶里，空气多于燃料，故C2*的辐射很低。但是在燃烧状况不好的时候，比如燃气灶风门调的不好的时候，火焰有时候会变成蓝绿色，甚至黄色，那么就是C2*的发光强烈。所以至少从经验上，火焰的化学发光可以展示空气-燃料的比例。

必须指出的是化学发光的过程是在化学反应中，产生了激发态的OH*等，激发态分子落回基态时，由于电子能量不同，发出来不同波长的光。一个典型的OH*,CH*,C2*产生的化学反应如下：

https://www. researchgate.net/public ation/225002151_A_Numerical_Study_on_the_Relation_of_OH

*_CH*_and_C2*_Chemiluminescence_and_Heat_Release_in_Premixed_Methane_Flames

当然，火焰中的化学发光，仍然有很多其他物质，这里不一一列举。

黑体辐射：

黑体辐射是在所有波长上连续存在的，受温度影响很大，这里着重强调的是碳颗粒的白炽。当燃烧时空气少燃料多时，就会有碳单质结成颗粒，这种颗粒在高温下就会产生进入白炽状态，产生白炽光。比如蜡烛的尖端火焰，是黄色的，木炭是暗红色的，燃烧木头是橙色的，这些都是碳颗粒（块）的白炽光。这种情况在生活中燃烧固态燃料时比较常见。这些碳颗粒是不透明的，光照射上会产生吸收和散射，具体效果请在雾霾天看太阳。

大多数回答都会说黑体辐射，其实黑体辐射的效果在一般气态中是极低的！因为空气的密度很小，空气吸收和放出热辐射的能力都很差，比如你面前有个烧红的铁块，黑体辐射也就是热辐射是从铁块辐射到你的身上的而不是被空气吸收，再由空气放出的。

荧光：

这里谈火焰是否吸收光。火焰燃烧中的很多中间产物是吸收光的，上面的OH,CH都会吸收特定波长的光，变成激发态的OH*,CH*，这里才是很多燃烧答案里的“等离子体受激发”，这些激发态的分子会发生降级，产生和化学发光相同波长的光。这种现象在生活中几乎见不到，在实验室里，可以用连续波长光源或者激光来诱导荧光，激光诱导荧光（LIF）是常用的激光燃烧诊断技术。所以火焰后面放探照灯，是能量测出光的变化的。

很多类似问题下，很多人说火焰是等离子体，这个东西是很暧昧的，在本文论述的燃烧情况下，上下喷嘴处加高电压，会产生很微弱的电流，如下图，OH*的位置也会变化。

PHD THESIS OF Dimitrios Katsikadakos

当然，火焰面很薄，和电离空气所需的电压来比，有没有火焰其实影响不大，火焰只有火焰面那一个小小的薄层才是等离子体，并且带电粒子密度很低体积摩尔分数大概在e-8的量级上。

火是什么物质组成的？的其他答案点击这里

火是什么物质组成的？第1页

相关话题

前一个讨论

下一个讨论

相关的话题

火是什么物质组成的？ 第1页

相关话题

前一个讨论

下一个讨论

相关的话题

火是什么物质组成的？第1页