Tűz általában akkor keletkezik, amikor az atmoszféra oxigénje kémiai reakcióba lép valamilyen üzemanyaggal, például fával vagy földgázzal. Persze csupán attól még egyik sem kap spontán lángra, hogy körbeveszi az oxigén. Ahhoz, hogy az égési reakció beinduljon, fel kell hevíteni az üzemanyagot a gyulladási hőmérsékletére.
Nézzük, mi történik, amikor fa az üzemanyag. Valami nagyon magas hőmérsékletre hevíti a fát. Ez a valami bármi lehet, pl. gyufa, összpontosított fény, súrlódás, villám, vagy bármi más, ami már eleve ég.
Amikor a fa nagyjából eléri a 150°C-ot, a hő lebontja a fát alkotó cellulóz egy részét. A lebontott anyag egy része illékony gázként szabadul fel. Ezt a legtöbben füstként ismerjük. Tehát nem mindig igaz, hogy ahol füst van, ott van tűz is. A füst hidrogénből, oxigénből és szénből áll. A többi anyag a faszén, ami szinte teljes mértékben szén és hamu, ami a fában található nem éghető anyagokból áll (kalcium, kálium stb.)
A faszén, amit a grill alá veszünk, az a faanyag, amit egyszer már felhevítettek, és szinte az összes illékony gáz eltávozott belőle, ezért ég a faszén füst nélkül.
A fa égése két különálló folyamatban zajlik.
- Amikor az illékony gázok elég forrók (fa esetében 260°C), a vegyületmolekulák szétesnek, és az atomok az oxigénnel rekombinálódva vizet, szén-dioxidot és más termékeket képeznek. Vagyis égnek.
- A szén szintén kombinálódik az oxigénnel, de ez egy sokkal lassabb folyamat, ezért marad a faszén olyan sokáig forró.
Ezek a kémiai reakciók melléktermékként rengeteg hőt termelnek. Ez a hő élteti tovább a tüzet, és a kémiai reakció általában nem szűnik meg, amíg az égéshez van üzemanyag és oxigén.
Miért színes a tűz?
Ahogy a szénatomok felhevülnek, az elektronok magasabb energiaszintre kerülnek, de csak egy rövid időre, majd visszatérnek az eredeti szintjükre. Amikor visszatérnek, a plusz energiát leadják hő és látható fény formájában. Ezt nevezzük izzásnak, vagyis egy forró test elektromágneses sugárzása (beleértve a látható fényt is) annak magas hőmérséklete miatt. Magyarul a hő és a látható fény is az atomok elektronjai által leadott elektromágneses sugárzás része. Ugyanez a jelenség figyelhető meg a hagyományos “villanykörték” esetében is.
Ennek a sugárzásnak köszönhetően látjuk a lángokat, legalábbis azt a részüket, ami a látható fény spektrumába esik. A lángok színe attól függ, hogy mi az, ami ég, és mennyire forró. A színvariációkat a hőmérsékletkülönbségek adják. A láng legforróbb része, az “alja” általában kéken világít, a hidegebb része, a “teteje” pedig sárgán, vagy narancssárgán.
Mi a helyzet a gyertyával?
A gyertya esetében látunk egy átlátszó részt a kanóc körül, ahol nincsenek lángok. Ezen a területen a gyertya faggyúja párolog, de még nem elég forró ahhoz, hogy meggyulladjon. Amikor meggyullad, akkor a legforróbb, ezért világít kéken a láng alsó része.
Ha a gyertya lángja fölé egy fém tárgyat teszünk, nemsokára vízcseppek jelennek meg rajta. Ha a fém tárgyat a láng közepébe nyomjuk, akkor kormos lesz. Ez azért van, mert az égés során felszabaduló szénmolekulák egy része összeáll, és kormot képez.
Ha pedig a fém tárgyat közvetlenül a kanóc fölé tesszük, akkor a láng alól összegyűjthetjük a még meg nem gyulladt, de párolgó faggyút.
Miért van a lángoknak alakja?
Nem mindenhol van a lángoknak olyan alakja, mint a Földön. A Földön a lángok alakját a bolygó gravitációja határozza meg. A lángban található gázok sokkal forróbbak és sűrűbbek, mint a környező gázok, ezért felfelé mozognak az alacsonyabb nyomás felé. Ezért mozognak a lángok mindig felfelé, és ezért van csúcsos végződésük.
Ha mikrogravitációban (pl. a Nemzetközi Űrállomáson) gyújtasz meg egy gyertyát, akkor a kanócot nem felfelé haladó, hosszúkás láng veszi majd körül, hanem egy láng-gömb.
A gyertya lángjában talán az a legérdekesebb, hogy habár tömörnek tűnik, igazából nem az, hanem üreges.