Tại sao lửa nóng?

Lửa hình thành từ những gì?

Lửa là kết quả của phản ứng hóa học, gọi là sự đốt cháy. Tại một thời điểm nhất định trong phản ứng đốt cháy, được gọi là điểm đánh lửa, ngọn lửa được tạo ra. Trong phản ứng đốt cháy thông thường, ngọn lửa chủ yếu bao gồm carbon dioxide, hơi nước, oxy và nitơ.

Để hình thành lửa, phải có ba thành phần: nhiên liệu (vật liệu cháy), oxy (để duy trì quá trình cháy), nhiệt (để nâng vật liệu lên nhiệt độ bắt lửa). Thành phần thứ tư là phản ứng hóa học (để tạo sự đốt cháy), khi đó lửa sẽ tạo thành. Thiếu một trong bốn thành phần này, bạn sẽ không có lửa hoặc lửa sẽ bị dập tắt.

Trạng thái vật chất của lửa là gì?

Vật chất có ba trạng thái chính là chất khí, chất lỏng, chất rắn và trạng thái thứ tư thường gọi là plasma. Vậy lửa thuộc trạng thái nào?

Lửa có nhiều đặc tính của chất khí như không có hình dạng hoặc thể tích cố định, giãn nở và co lại khi oxy được thêm vào hoặc bớt đi. Một trong những đặc điểm xác định chất khí là khả năng giãn nở để lấp đầy bất kỳ vật chứa nào mà nó được đưa vào. Lửa không có đặc điểm này, có nghĩa nó không phải là chất khí.

Còn chất lỏng không nhất thiết phải theo một hình dạng cụ thể và không giãn nở để lấp đầy vật chứa mà chúng được đưa vào. Nhưng chất lỏng có thể tích cố định, trong khi lửa thì không, vì vậy lửa không thể là chất lỏng.

Lửa càng không thể là chất rắn bởi chất rắn có hình dạng nhất định và bạn cũng không thể cầm nắm được lửa. Vậy lửa có thể là plasma không?

Plasma được hình thành khi các nguyên tử hoặc phân tử khí bị ion hóa đến mức các hạt nhân tích điện dương và các electron tích điện âm di chuyển tự do với nhau. Để làm được điều này cần có năng lượng; lấy đi năng lượng đó, plasma sẽ không còn tồn tại nữa, trở lại chỉ là khí.

Theo cách này, plasma cũng không hoàn toàn phù hợp là trạng thái của lửa. Nhưng trong số các trạng thái cơ bản của vật chất, điều chúng ta có thể tạm kết luận là, lửa giống plasma nhất. Trên thực tế, một số ngọn lửa rất nóng có chứa plasma.

Một ngọn lửa rất nóng giải phóng năng lượng đủ để ion hóa các nguyên tử hay phân tử khí, tạo thành trạng thái vật chất gọi là plasma. Ví dụ về lửa có chứa plasma như ngọn lửa do đèn khò tạo ra, khí acetylen khi đốt cháy có thể đạt tới nhiệt độ trên 2.000⁰C. Ngược lại, ngọn lửa nhỏ do nến (đèn cầy) tạo ra, khoảng 1.000⁰C, quá thấp để được coi là plasma.

Tại sao lửa nóng?

Khi lửa cháy, nó phát ra nhiệt và ánh sáng vì phản ứng hóa học tạo ra ngọn lửa là tỏa nhiệt. Lửa nóng vì năng lượng nhiệt lưu trữ trong nhiên liệu được giải phóng, do các liên kết hóa học của nhiên liệu bị phá vỡ trong phản ứng đốt cháy.

Năng lượng cần thiết để bắt đầu phản ứng phá vỡ các liên kết hóa học trong nhiên liệu, thấp hơn nhiều so với năng lượng được giải phóng ra. Nói cách khác, quá trình đốt cháy giải phóng năng lượng nhiều hơn mức năng lượng cần thiết để bắt lửa.

Lửa nóng đến mức nào?

Không có nhiệt độ duy nhất cho lửa vì lượng năng lượng nhiệt được giải phóng phụ thuộc vào một số yếu tố, bao gồm thành phần hóa học của nhiên liệu, lượng oxy có sẵn và phần ngọn lửa đo được.

Một đám gỗ cháy có thể vượt quá 1.100⁰C, nhưng các loại gỗ khác nhau cháy ở nhiệt độ khác nhau. Ví dụ, gỗ thông tỏa ra nhiệt lượng gấp đôi linh sam hoặc liễu; gỗ khô cháy nóng hơn gỗ tươi.

Màu sắc của ngọn lửa là thước đo sơ bộ về độ nóng của ngọn lửa. Lửa đỏ thẫm có nhiệt độ khoảng 600⁰ - 800⁰C, lửa vàng cam có nhiệt độ khoảng 1.100⁰C, lửa trắng thậm chí còn nóng hơn, dao động từ 1.300⁰ - 1.500⁰C. Ngọn lửa xanh là lửa nóng nhất, dao động từ 1.400⁰ - 1.650⁰C. Ngọn lửa xanh của đèn Bunsen (trong phòng thí nghiệm) nóng hơn nhiều so với ngọn lửa vàng của nến sáp!

Bạn thường thấy, khi thực hiện các thí nghiệm khoa học, mọi người được yêu cầu nên sử dụng phần đỉnh của ngọn lửa. Tại sao? Vì khi nhiệt tăng lên, phần đỉnh hình nón của ngọn lửa là điểm thu thập năng lượng cao nhất. Ngoài ra, phần đỉnh của ngọn lửa là nơi có nhiệt độ khá ổn định. Một cách khác để đánh giá vùng có nhiều nhiệt nhất là tìm phần sáng nhất của ngọn lửa.