Огонь — химическое явление¶
Огонь — это пламя, светящаяся область газообразных веществ, возникающая при быстром окислительном процессе (горении), сопровождающемся выделением тепла и света. С точки зрения химии огонь — не вещество, а физическое проявление химической реакции: плазмоподобное состояние горячих газов с ионизированными частицами. Температура пламени зависит от горючего вещества и окислителя и составляет от 600 °C (слабое пламя свечи) до 3000 °C и выше (ацетиленокислородная горелка).
¶Химическая природа
Горение — это цепная реакция окисления. Для возгорания необходимо сочетание трёх элементов, известное как «огненный треугольник»:
- горючее вещество (топливо);
- окислитель (обычно кислород);
- источник зажигания (температура воспламенения).
При нагревании до точки воспламенения молекулы топлива разлагаются и вступают в реакцию с кислородом. Образующиеся продукты горения (углекислый газ, вода, оксиды) выделяются в виде горячих газов — именно они образуют видимое пламя. Свечение обусловлено накалёнными сажевыми частицами (диффузное пламя) или возбуждёнными атомами и ионами (хемилюминесценция).
¶Физические свойства пламени
Пламя имеет сложную пространственную структуру. В диффузном пламени свечи или факела различают внутреннюю тёмную зону (область испарения топлива), среднюю зону (основное горение) и наружный ореол. Температура распределена неравномерно: максимальная в зоне стехиометрического соотношения топлива и окислителя.
Пламя классифицируют по нескольким признакам:
| Тип | Особенности |
|---|---|
| Диффузное | Окислитель подтягивается из воздуха, пламя светится накалённой сажей |
| Струйное | Горючее и окислитель подаются с образованием направленной струи |
| Коптящее | Недостаток кислорода, обильное выделение сажи |
| Безкислородное | Горение в среде хлора, фтора и других окислителей |
¶Огонь в природе
Природные источники огня — вулканические извержения, лесные и торфяные пожары, удары молний, самовозгорание залежей угля и нефти. Молния — это электрический разряд в атмосфере, при котором воздух нагревается до 30 000 °C, что превышает температуру поверхности Солнца.
Роль пожаров в экосистемах неоднозначна: с одной стороны, они уничтожают растительность и животных, с другой — многие виды (например, сосна белая в Северной Америке) эволюционировали в условиях периодических пожаров и зависят от огня для размножения.
¶История использования человеком
Человек освоил контроль над огнём около 1–1,5 млн лет назад (свидетельства — стоянка Зомбеви в Кении). Систематическое использование огня в быту документировано с палеолита. Огонь стал первым инструментом, позволившим человеку изменять окружающую среду: готовить пищу (что повысило усвояемость белка и способствовало развитию мозга), обогреваться, отпугивать хищников.
В древности огонь использовался в металлургии (плавка руды), керамике и стеклоделии. Культ огня существовал во многих религиях: зороастризм считал огонь священной стихией, в Древней Греции вестиийский огонь поддерживался жрицами, в Древнем Риме огонь Весты был символом государства.
¶Огонь в науке и технике
В современной технике огонь используется как источник энергии:
- тепловые электростанции (сжигание угля, газа, мазута);
- двигатели внутреннего сгорания;
- ракетные двигатели (жидкостные и твёрдотопливные);
- газовые горелки для сварки и резки металлов.
Изучением горения занимается наука пиротехника (в широком смысле) и более узкая дисциплина — горение и взрывы. В России исследования в этой области ведутся в Институте проблем химической физики РАН (Черноголовка) и на кафедрах химической технологии.
¶Огонь в культуре и символике
Огонь — один из четырёх классических стихий (наряду с водой, землёй и воздухом) в античной и средневековой натурфилософии. В мифологии он выступает как божественный дар (Прометей в древнегреческом мифе), символ очищения и разрушения.
Олимпийский огонь — ритуальный символ Игр, зажигаемый в Олимпии с помощью солнечного луча. Огонь вечной славы горит у могилы Неизвестного солдата у Кремлёвской стены в Москве.
¶Опасность
Неконтролируемый огонь — пожар — одна из частых бытовых и природных катастроф. В России ежегодно фиксируются десятки тысяч лесных пожаров, охватывающих миллионы гектаров. Основные причины возгораний — человеческая неосторожность, поджоги, природные факторы.
¶Источники
- Химическая энциклопедия, т. 2. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1990.
- Феодосьев В. А. Горение и взрывы. — М.: Изд-во МГУ, 1966.
- Глущенко Н. П. Основы пожарной безопасности. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2006.
- Биггс Г. К. Горение: химия и техника. — Л.: Химия, 1989.