Tại sao lửa nóng?

Trong cuộc sống này, chúng ta luôn tự hỏi tại sao lại như thế này, tại sao lại như thế kia vì trí tò mò vốn có của con người. Và tất nhiên trong hàng vạn câu hỏi tại sao đó thì câu hỏi “tại sao lửa lại nóng?” là một trong những câu hỏi sơ khai nhất từ khi xuất hiện sự sống trên trái đất. Vì thế, trong bài biết này chúng ta sẽ tìm hiểu xem đâu là lý do thật sự để trà lời cho câu hỏi này nhé!

Đôi nét

Lửa nóng vì năng lượng nhiệt (trong trường hợp này là nhiệt) được giải phóng khi liên kết hóa học bị phá vỡ và hình thành trong phản ứng đốt cháy. Đốt cháy biến nhiên liệu và oxy thành carbon dioxide và nước. Năng lượng thật sự cần thiết để bắt đầu phản ứng, phá vỡ liên kết trong nhiên liệu và giữa các nguyên tử oxy, nhưng nhiều năng lượng được giải phóng khi các nguyên tử liên kết với nhau thành carbon dioxide và nước.

Nhiên liệu + Oxy + Năng lượng → Carbon Dioxide + Nước + Năng lượng nhiều hơn

Cả ánh sáng và nhiệt đều được giải phóng dưới dạng năng lượng. Ngọn lửa là bằng chứng hữu hình của năng lượng này. Ngọn lửa bao gồm chủ yếu là khí nóng. 

Than hồng phát sáng vì vật chất này đủ nóng để phát ra ánh sáng sợi đốt (giống như đầu đốt bếp), trong khi ngọn lửa phát ra ánh sáng từ các khí bị ion hóa (như bóng đèn huỳnh quang). Ánh sáng lò sưởi là một dấu hiệu rõ ràng của phản ứng đốt cháy, nhưng năng lượng nhiệt (nhiệt) cũng có thể là vô hình.

Tóm lại: Lửa nóng vì năng lượng dự trữ trong nhiên liệu được giải phóng đột ngột. Năng lượng cần thiết để bắt đầu phản ứng hóa học ít hơn nhiều so với năng lượng được giải phóng.

Điều cốt lõi: Tại sao lửa nóng?

  • Lửa luôn nóng, bất kể nhiên liệu được sử dụng.
  • Mặc dù quá trình đốt cháy đòi hỏi năng lượng kích hoạt (đánh lửa), nhiệt lượng tỏa ra vượt quá năng lượng cần thiết.
  • Phá vỡ liên kết hóa học giữa các phân tử oxy sẽ hấp thụ năng lượng, nhưng quá trình hình thành liên kết hóa học cho các sản phẩm (carbon dioxide và nước) giải phóng nhiều năng lượng hơn.

Lửa nóng như thế 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 được đo. 

Một đám cháy gỗ có thể vượt quá 1100°C, nhưng các loại gỗ khác nhau bị đốt cháy ở nhiệt độ khác nhau. Ví dụ, gỗ thông tạo ra nhiệt lượng gấp hơn hai lần so với linh sam hoặc liễu và gỗ khô cháy nóng hơn gỗ xanh. Propan trong không khí cháy ở nhiệt độ tương đương (1980°C), nhưng oxy cháy nóng hơn nhiều (2820°C). Các nhiên liệu khác như acetylene trong oxy (3100°C) đốt nóng hơn bất kỳ loại gỗ nào.

Màu của lửa là một thước đo sơ bộ về độ nóng của nó. Lửa đỏ sâu ở khoảng 600-800°C, vàng cam ở khoảng 1100°C, và ngọn lửa trắng vẫn nóng hơn, dao động từ 1300-1500°C. Một ngọn lửa màu xanh là ngọn lửa nóng nhất trong tất cả, dao động từ 1400-1650°C. Ngọn lửa khí màu xanh của đầu đốt Bunsen nóng hơn nhiều so với ngọn lửa màu vàng từ một cây nến sáp!

Phần nóng nhất của ngọn lửa

Phần nóng nhất của ngọn lửa là điểm cháy tối đa, là phần màu xanh của ngọn lửa (nếu ngọn lửa đốt nóng). Tuy nhiên, hầu hết các sinh viên thực hiện các thí nghiệm khoa học được yêu cầu sử dụng đỉnh ngọn lửa. Tại sao? Vì nhiệt tăng, nên đỉnh của ngọn lửa là điểm thu năng lượng tốt. Ngoài ra, hình nón của ngọn lửa có nhiệt độ khá phù hợp. Một cách khác để đánh giá vùng nhiệt độ cao nhất là tìm phần sáng nhất của ngọn lửa.

Ngọn lửa nóng nhất và thú vị nhất

Ngọn lửa nóng nhất từng được sản xuất là ở 4990°C. Ngọn lửa này được hình thành bằng cách sử dụng dicyanoacetylene làm nhiên liệu và ozone làm chất oxy hóa. 

Cool fire (lửa mát – là những ngọn lửa có nhiệt độ cực đại dưới 400°C) cũng có thể được thực hiện. Ví dụ, một ngọn lửa khoảng 120°C có thể được hình thành bằng cách sử dụng hỗn hợp nhiên liệu không khí quy định. Tuy nhiên, do cool fire gần như không qua điểm sôi của nước, loại lửa này khó duy trì và dễ dàng thoát ra ngoài.

Bài viết đến đây là hết rồi. Hi vọng sẽ giúp ích cho các bạn phần nào trong tương lai. Lần sau nếu có ai hỏi về chủ đề này thì hãy nhớ về hóa học đằng sau chúng nhé!

Tham khảo ThoughtcoKlaus Schmidt-Rohr.