Наверняка вы замечали, что огонь, исходящий от различных источников пламени, имеет разные размеры и оттенки. Горящий фитиль свечи испускает оранжево-желтое пламя среднего размера, в то время как пламя газовой плиты обычно окрашено в голубой оттенок. При горении куска магния выделяется ярко-белое пламя, а при горении калия — фиолетовое. Но почему пламя бывает разноцветным?
Синий, оранжевый или желтый: от чего зависит цвет пламени
Бесконечно можно смотреть на три вещи: на то, как бежит вода, как работают другие люди, и как горит огонь, меняя свои цвета. Но от чего же зависят разные оттенки языков пламени?
Unsplash
Содержание
Цвет пламени зависит от множества факторов, но в основном на это влияет его химический состав.
Как образуется огонь
Горение — это сложный физико-химический процесс, при котором горючие вещества, вступая в реакцию с кислородом, окисляются и превращаются в продукты сгорания. Химическая энергия, запасенная в компонентах исходной смеси, выделяется в виде тепла и света (пламени). Температура огня зависит от состава горючей смеси и условий, при которых происходит горение: например, искра от удара металлических тел может разогреваться до 1900°C, а горящая сигарета может иметь температуру в 900°C.
От чего зависит цвет огня
Цвет пламени главным образом определяется его температурой, тем, какие химические вещества в нем сгорают, и количеством кислорода, поступаемого к горючей смеси. Первым это обнаружил немецкий химик Роберт Бунзен — изобретатель горелки, которая дает ровное бесцветное пламя. В ходе своего эксперимента он изменял приток кислорода к источнику пламени.
Пламя горелки Бунзена при измении подачи кислорода. 1 — подача кислорода закрыта; 2 — подача воздуха снизу почти перекрыта; 3 — открыта в средней мере; 4 — подача воздуха максимальная.
Также цвет огня определяет длина световой волны, которая измеряется в нанометрах (нм). Например, 400 нм дают фиолетовый цвет пламени, а 620 нм – красный. То есть чем короче волна – тем цвет холоднее, чем длиннее – тем ближе к теплому красному.
Безусловно, важную роль играет то, что горит. Разные элементы и соединения создают создают свои цвета.
Пламя свечи содержит все цвета радуги, просто человеческий глаз их не различает.
Красное, оранжевое и желтое пламя
Образуется при горении материалов, богатых сложных молекул углерода, таких как древесина, бумага, воск или уголь. Кислорода в воздухе недостаточно для окисления всех атомов углерода в их составе. Это приводит к появлению красно-оранжево-желтого пламени. Чем меньше кислорода, тем светлее оттенок.
В голову приходят горячие угли и языки красного пламени в камине или костре. Такой цвет возникает при сравнительно низкой температуре около 800 градусов по Цельсию. Здесь большая часть энергии уходит на нагрев твердых частиц, и свет излучается в красной области спектра. А вот оранжевое и желтое пламя появляется при температуре от 1200 градусов. Такое свечение возникает из-за раскаленных частиц сажи, образующихся при неполном сгорании топлива.
Синее пламя
Знаменитый голубой огонек, исходящий при включении конфорки газовой плиты, образуется при горении природного газа. Также такой цвет дает горение спирта или водорода. При достаточном уровне кислорода все атомы углерода превращаются в углекислый газ, из-за чего пламя приобретает синий цвет. Если кислорода слишком мало, то в процессе горения образуется твердые частицы углерода, которые превращаются в сажу.
Если языки пламени слишком длинные, то газ сгорает неполностью, поэтому их кончики могут оставаться оранжевого цвета. Тут стоит насторожиться: оранжевые языки пламени могут говорить о том, что в процессе горения выделяется ядовитый угарный газ, тогда пользоваться газовым прибором нельзя. Кстати, некоторые вулканы (например, вулкан Кава Иджен в Индонезии) извергают синее пламя из-за горения сернистых газов.
Фиолетовое пламя
Пламя фиолетового цвета встречается крайне редко, и обычно оно связано с присутствием металлических элементов в исходной смеси. Например, литий при горении может окрашивать пламя в розоватый оттенок, а более насыщенный фиолетовый цвет образуется в результате добавления калия. Рубидий и цезий тоже дают фиолетово-синие тона при сгорании. Но эти элементы встречаются нечасто, поэтому и фиолетовое свечение является довольно экзотичным явлением.
Зеленое пламя
Видели в «Игре престолов» легендарную сцену с зеленым пламенем? Такое можно встретить и в жизни. Этот оттенок достигается путем добавления в горючую смесь меди, бария или бора.
Зеленый огонь долгое время считался «неестественным» и даже мистическим — в Средние века его появление связывали с ядами, колдовством и «адским пламенем»
Возможно, вы наблюдали в костре такой оттенок огня – когда туда попадал какой-нибудь медный проводок. В таком случае наш глаз улавливает голубовато-зеленый оттенок, а вот в случае бора оттенок почти неоновый, салатовый – такой используют в пиротехники для зрелищности.
В итоге огонь может стать настоящим физико-химическим шоу с элементами светового спектакля. Цвет пламени честно рассказывает о себе: сколько у него кислорода, насколько ему жарко и какие элементы случайно (или не очень) оказались в топливе. Так что в следующий раз, глядя на свечу, газовую плиту или костер, можно почувствовать себя немного Бунзеном — наблюдать, анализировать и понимать, что этот «танец огня» подчиняется строгим законам науки, даже если выглядит как магия с загадочным фиолетовым свечением.