El fuego es nuestra etiqueta para una reacción de oxidación exotérmica que se produce a un ritmo particularmente rápido. Es decir, una avalancha de electrones de una masa de iones de combustible a iones con un estado de oxidación más bajo (oxidante), liberando calor y luz en el proceso.
Los iones son átomos en compuestos que no han completado su orbital más externo (un potencial de energía relativamente bajo, químicamente). Los combustibles son capaces de donar electrones y los oxidantes están ansiosos por recibirlos. La transacción deja a ambos átomos en potenciales más bajos, y esa energía debe ir a alguna parte: la mayoría aumenta la energía cinética de las moléculas circundantes (calor), y algunos fotones emisores por excitación de electrones (luz).
Vamos a limitarnos a un ejemplo común: la quema de madera en una fogata.
De manera simplista, el combustible es el carbono en la madera, el oxidante O2 en el aire. Para empezar, ambos átomos estaban en un estado estable, es decir, los excesos o deficiencias en sus orbitales aún no existían, ya que previamente se habían reunido con otros átomos (típicamente similares) para satisfacer sus necesidades de electrones. Se necesita una fuente de energía externa para separarlos temporalmente de sus socios y permitir que se produzca una nueva unión: CO2. Su potencial químico (energía) es más bajo que este producto que en sus estados anteriores, ¡lo cual es, por supuesto, el motor de todos los procesos físicos!
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La fuente de energía externa es una chispa inicial, un objeto caliente o un fuego existente, que luego se propaga liberando suficiente energía a los átomos reactivos adyacentes para provocar una reacción en cadena. Una vez que todo el carbono se convierte en CO2, o la reacción es demasiado débil para proporcionar las condiciones necesarias, el fuego muere.
Otros han descrito los detalles de la llama, el humo y las cenizas que constituyen el “fuego” fuera de la reacción central. Creo que la mayoría de las personas que se preguntan acerca de la composición del fuego en el nivel atómico se refieren a la parte más fascinante: las llamas. Estas son simplemente derivaciones visibles de la reacción, gases en ascenso, algunos átomos de los cuales fueron ionizados por la liberación exotérmica del fuego, en situaciones agresivas que existen como plasma. Las llamas son en esencia un fenómeno fluídico.
Debido a que la energía liberada por la unión y el enlace atómico es tan intensa localmente, los electrones se eliminan de las moléculas de aire para formar más iones, los electrones se convierten en orbitales superiores que emiten fotones, y los gases del aire y del producto se calientan rápidamente, lo que debe aumentar y flotar. reemplazado. Esto trae aire nuevo y establece corrientes convectivas rápidas. Las partículas de combustible sin reaccionar se barren y transportan, se queman en su vuelo (lo que contribuye al color) o permanecen sin quemar como humo. Los gases cálidos, ligeros y brillantes se mueven en patrones turbulentos y caóticos a medida que se elevan, lo que vemos como una característica llama parpadeante.
Los gases calientes se elevan hasta tal altura que se enfrían y se vuelven invisibles (el humo no lo soporta), este enfriamiento ocurre desde el exterior hacia adentro, radialmente hacia el núcleo de la columna ascendente. Por lo tanto, la llama visible disminuye para lamer el aire sobre el fuego, produciendo la forma familiar.
Tenga en cuenta que los incendios pequeños, como en una vela, establecerán flujos laminares, donde la llama es espacialmente estable, y la parte visible aparece estática en ausencia de perturbaciones externas.