這一切都在化學鍵中。
為什麼這個金屬水壺不像它下面的木頭那樣燃燒起來? (圖片來源:ArtistGNDphotography via Getty Images)
想象一下坐在篝火前。當一鍋湯在明火上煨煮時,一股煙熏味在空氣中飄蕩。當您盯着閃爍的橙色舌頭時,您可能會想:為什麼木頭會着火,而金屬鍋卻沒有?
有些東西會着火而其他東西不會着火的原因歸結為它們的化學鍵以及改變或破壞這些鍵所需的能量。
但首先,這是一個引火燒身的入門書。火需要一些東西才能存在:氧氣、熱量和燃料。
氧氣是空氣中的一種氣體。熱量可以通過摩擦産生,例如當您劃火柴時,也可以通過其他方式産生,例如雷擊。燃料是燃燒的東西:通常,這可以是任何由有機材料組成的東西。在這種情況下,“有機”是指主要由碳-氫鍵構成的分子,有時還包括氧或其他原子,例如磷或氮。
具體來說,燃燒是一種化學反應,它從化學鍵相對較弱的不穩定系統中釋放能量。一切都希望更穩定,尤其是含有碳、氧、氫和其他一些元素的有機分子。像木頭和紙這樣容易着火的材料是由纖維素制成的——一種由碳、氫和氧之間的鍵組成的分子。
當某物燃燒時,它最終會釋放大量能量,因為現在你正在将系統移動到較低能量狀态。而這種能量必須去某個地方。
當由木頭制成的物體着火時,構成木頭的纖維素會轉化為二氧化碳和水蒸氣——這兩種分子非常穩定,具有很強的鍵合。這種化學反應釋放的能量激發了氣體原子中的電子,從而發出可見光。
回到燃燒的原木與火鍋湯:原木和金屬鍋之間的區别在于材料在施加火時如何分配所涉及的能量,這歸結為強度它的化學鍵是。金屬中牢固的化學鍵不易斷裂。與此同時,一塊木頭缺乏這些牢固的結合,因此它沒有能力從火焰中吸收能量。木材不是吸收能量,而是通過着火釋放能量。但鍋中的金屬“具有巨大的吸收和消散能量的能力”,這就是鍋摸起來很熱的原因。
更好地吸收熱量也可以防止木材着火。如果在裝滿水的紙杯上點燃火焰,紙杯就不會燃燒。因為杯子裡的水可以吸收熱量,所以紙不會着火。(雖然我們不建議您自己嘗試。)
然而,有些金屬确實會燃燒。這種“可燃金屬”,包括鉀和钛,被用來制造煙花。煙花中的金屬呈粉末形式,這提供了更大的表面積,可以更快地與熱量和氧氣發生反應。當這些金屬暴露在足夠的熱量下與氧氣發生反應時,釋放的能量會導緻它們以不同的顔色燃燒。
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