问题

火的化学式是什么?

回答
很多人可能会觉得“火”有一个化学式,就像水是H₂O一样。但实际上,火本身并没有一个单一、固定的化学式。这主要是因为“火”并不是一种特定的物质,而是一个过程,一个我们观察到的现象。

要理解这一点,我们可以把它比作“燃烧”这个词。我们不会给“燃烧”一个化学式,对吧?火就是燃烧时发出的光和热的可见表现。

那么,是什么在发生化学反应,从而产生我们看到的火焰呢?这取决于我们正在燃烧什么东西。比如,我们点燃一根蜡烛,它的主要成分是蜡(一种长链的碳氢化合物)。蜡在燃烧时,会与空气中的氧气发生剧烈的化学反应。

你可以想象一下这个过程:

1. 燃料准备: 蜡烛需要先被加热到足够高的温度,使其熔化成液体,然后通过烛芯被吸上去。在高溫下,蜡会被汽化成蜡蒸气。
2. 与氧气接触: 这些蜡蒸气会与空气中的氧气分子(O₂)接触。
3. 发生反应: 在火焰的高温下,蜡蒸气中的碳(C)和氢(H)原子会与氧气(O₂)发生化学反应。这个反应是一个氧化还原反应。你可以简单理解为,碳和氢“结合”了氧。
4. 产物生成: 这个反应会产生一些新的物质,主要是二氧化碳(CO₂)和水蒸气(H₂O)。同时,这个过程会释放出大量的能量,表现为光和热,这就是我们看到的火焰。

所以,如果我们以蜡烛燃烧为例,它的主要化学反应过程大致是这样的(这是一个简化的表示):

蜡蒸气(主要为长链碳氢化合物) + 氧气 → 二氧化碳 + 水蒸气 + 能量(光和热)

更具体一点,如果假设蜡的主要成分是烷烃,比如C₂₅H₅₂(这是一个例子,实际蜡的成分更复杂),那么它和氧气反应的简化方程式可以是:

C₂₅H₅₂ + 38 O₂ → 25 CO₂ + 26 H₂O

你看,这个方程式描述的是蜡燃烧这个过程,而不是“火”本身。火焰的颜色、温度、形状等等,都会因为燃烧的物质不同而有所差异。

木头在烧: 木头的主要成分是纤维素,它的燃烧也会产生二氧化碳和水,但同时会生成灰烬(主要是碳酸盐、氧化物等不燃物),以及其他很多复杂的有机物。
煤气在烧: 如果你烧的是天然气(主要成分是甲烷,CH₄),那么反应就是:CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O。火焰的颜色和温度也会和烧木头不一样。
金属在烧: 比如镁条燃烧,它会与氧气反应生成氧化镁(MgO),放出明亮的白光。反应式是:2 Mg + O₂ → 2 MgO。

所以,我们看到的“火”是一个复杂的过程,涉及到燃料的汽化、与氧气的结合,以及能量的释放。构成火焰的“化学成分”实际上是正在发生反应的燃料分子、空气中的氧气,以及反应产生的二氧化碳、水蒸气等产物,再加上一些未完全燃烧的碳粒子(它们会让火焰看起来是黄色的)。

因此,与其问“火的化学式是什么”,不如问“什么物质在燃烧,它的化学式是什么”。我们直接给“火”一个化学式,就像给“爆炸”一个化学式一样,是不准确的。火是反应的表象,是能量释放的舞台,而不是舞台上的某个演员。

网友意见

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汤师爷,您给翻译翻译,什么叫盲人摸象啊?

  • 说火是化学反应也对,毕竟我们高中就学过氢气燃烧的反应:
  • 说火是光或者电磁波,好像也对,因为燃烧的时候本来就会发光;
  • 说火是热气团,好像也不错。

但总差点意思,火就是燃烧现象罢了。初中化学我们就学过,燃烧则是一种氧化还原反应,同时伴随着发光放热的现象。

所以我们谈论火的"化学式",其实就是谈论燃烧反应以及反应的各种产物。以“比较简单”的氢气燃烧为例,下表氢气燃烧的反应机理,其中列出了控制反应速率的指前因子A,指数n,活化能Ea等参数:

可见对于氢气燃烧,就有氢气 、氧气 、氢原子 、氧原子 以及众多的自由基 、 等近十种组分,二十种反应。这张图是沿着火苗高度方向的氢气、氧气、水 、氢原子、氧原子、羟基 的摩尔分数分布:

所以“火”中有分子、空出电子没有成键的原子及其他自由基等多种物质。而这也只是 的氢气燃烧的中间产物,对于包含更多碳数的有机物来说,反应的组分和类型也会更多。从 的氢气到 的甲烷,反应步数直接从20种飙升到近300种。

另外,火还没到等离子态的程度呢,即便能级比较高的情况下也只是一些不稳定的中间态罢了。

参考文献DOI:

  • 10.1016/j.fuel.2020.118204
  • 10.1016/j.combustflame.2010.10.002
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火,众所周知其化学式为FIRe

学名叫什么呢?叫做氟碘化铼

首先碘在单质氟中迅速燃烧,形成的氟化碘与金属铼发生反应,可生成一种具有强腐蚀性的等离子体。

1673年,英国化学家波义耳在做一些金属的煅烧实验。他将铜、铁、铅、锡等金属放在密闭的容器内进行煅烧,再仔细定量地研究它们在煅烧后增重的情况。最后,波义耳认为,在金属被煅烧时,从燃料中散发出来的火微粒,穿过容器壁,钻进了金属,并与它们结合而形成了比金属本身重的煅灰。他用下式对金属煅烧后的增重现象进行解释。

既:金属+火微粒=煅灰

那么这里的金属是什么呢?想必已经有人猜出来了,正是前文提到的铼。

17世纪下半叶,古典炼金术师开始了对于燃烧的探索,很快变发现了氟碘化铼这种物质,并将其命名为燃素,由于金属铼不易获得,所以提纯出的天然燃素极少,以至于燃素一度被认为是“不可提取的”

如今,随着工业化的发展,人人都能用上便宜的氟碘化铼,煤气灶中就用其为催化剂,催化煤气的放能反应,小时候家长一定不让我们吃火柴头,就是因为其中含有对人体有害的氟碘化铼催化剂

当然,隔壁也有人宣称火的化学式是HUO,那只是汉语中对同一种物质的叫法,并不妨碍彼此的世界线。


参考资料:《WTF》(What is Fire)1697年,英国科学协会404出版社(初稿)

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