「炎」の正体

質問

よろしくお願いします。幼少からの疑問でした。

　いったい「炎」「火」ってなんですか？
　何かを燃やした時にできる、あの紡錘型のものです。
　気体だろうということぐらいは推測できるのですが。

　周囲の気体とは、温度が違うことを示すものなら
　近付くにつれてだんだん熱くなるので、
　あんなにはっきりした形じゃないような気がしますし、
　光のもととして考えても、
　もっとぼおっとしていなきゃいけないように思います。

　『ロウソクの科学』（ファラデー）は、古すぎる気がして読んでいません。

　質問の意図がうまく説明できたかどうか自身ありませんが、要するに、ものが燃える時、なぜあんなものが出るのか、知りたいのです。

　よろしくお願いします。

回答No.4

moumougoo · ベストアンサー

気体っぽく見えていますが、ロウソクの炎に光を当てると影ができることから物質の状態ということではプラズマ状態と考えるとよいかと思います。（つまり、プラズマなので、電離したイオンと電子があるために、光が電子を震わせて全部吸収されるために、影ができるということです。このとき、普通の原子による吸収との違いは、光に対して幅広い波長の光を吸収するということで区別できます。）

で、熱や光については、物質の状態というよりは化学反応ですよね。

化学反応と物質の状態の違いとは何か？
化学反応は物質の持っている自由エネルギーが変化する過程であるのに対して
状態というのは周りの環境（温度など）が同じであれば、持続されるようなものではないでしょうか？
つまり
化学反応：状態Ａ→状態Ｂ（終わり）
状態（プラズマの場合）：イオン＋電子⇔原子（イオンと電子がくっついた状態）＋熱
という感じではないでしょうか？

というわけで、ロウソクの中ではプラズマ状態で化学反応が進行していると考えるのがよろしいのではないでしょうか？

お礼

お礼が遅くなり申しわけありませんでした。
　確かに炎には影ができますね！　あれは電子の影だったんですか！
　「炎」は「プラズマ」という状態である。わかりました。

　この欄で失礼ですが、回答を寄せてくださった４氏に改めて感謝します。
　小さい頃から、なんでロウソクの炎をみつめていると時間のたつのを忘れてしまうのかが不思議でした。「炎」の科学的正体がわかった今では、雑念なく、炎をみつめると想念が浮かぶ不思議を楽しもうと思います。
　ありがとうございました！！！

回答No.3

noname#21649

発光を伴う酸化還元反応
が「炎」の招待です。注意点として.温度は条件から外れます(化学がある程度理解できたらば.蛍光・燐光について調べてください)。
形状は.冷却と反応速度とぶしつの移動速度の関係としか説明できません。
移動速度については.ろうそくの化学に書いてあります。

お礼

お礼が遅くなり申しわけありません。
　自然科学の分野でも、古典を軽視するものじゃないんですね『ロウソクの科学』時間作って読んでみます。
　温度は条件から外れること・蛍光・燐光
　知るべきことは多そうですね。
　「炎」のなかでは、なんかいろいろなことが起きているのですね。
　回答ありがとうございました。

回答No.2

daidou

う～ん
気体と言い切ってしまうと少し違うみたいですよ。

専門に勉強したわけではないのでさほど詳しくはないのですが…
水溶液中での化学反応は、反応する物質がイオン化して起こっています。
イオンというのは分子や原子から電子が剥離している状態、（水溶液中では電子一個か二個が剥離した程度）です。
こういった状態でないと化学反応は進行しないのだそうです。

では大気中での化学反応はというと、
大気中の微量な水分によってイオン化されるか、（金属が錆びるような反応ですね）
あるいは紫外線など強い光や電磁気の作用でイオン状態になるか（最近の家電でこの反応を使った消臭・殺菌がありますね）
炎の中のように高熱よって電子が遊離するか。

つまり炎とは高温によって可燃ガスの分子から電子が遊離して（あるいは遊離しやすくなって）酸素と反応している領域、という事だそうです。
また、電子が完全に遊離し、原子核と電子がむき出しで存在しているような場合、これをプラズマと呼ぶそうで、こうなっていると一般的な気体の特性とは異なってしまい、
固体・液体・気体に次ぐ物質の四番目の形態とされるようです。

「～そうです」が多すぎますね。
自信なしです。

お礼

お礼が遅くて申し訳ありません。

　イオン＝電子が一部剥離した状態。
　プラズマ＝電子が全部剥離した状態。

　で、「炎」は「プラズマ」なんですね？

　「～そうです」が多いのは、むしろ安心です。
　いいきっちゃってる人のは勘違いがありそうに感じます。
　ありがとうございました。

回答No.1

blackdragon

例えば、ろうそくが燃えるとき、ろうが加熱されて、液体となり、さらに、芯から蒸発して可燃性のガスが放出されます。このガスが、更に加熱されつつ、空気中の酸素と出会うと、そこで酸素と反応し、酸化されます。このときに、エネルギーが放出されるため、その部分の（空気と、可燃性ガスと、燃焼により生じた二酸化炭素などのガス）が加熱され、高温状態を保ちます。高温の物体は光を出すので、すなわち、その部分の気体は光を放ちます。

さて、燃焼に必要なのは、
・燃えるもの（この場合は可燃性のガス）
・酸素
・高い温度
の３つです。

例えばろうそくの場合、芯のごく近くでは、酸素が無いために、燃焼できません。少し離れたところでは、上記の３つ全てが揃うので、燃焼の反応が起こります。逆に、もっと離れてしまうと、可燃性のガスも消費されて薄まってしまいますし、温度も燃焼が継続するのに必要な高温を保てなくなります。ガスの濃度と温度のいずれかが、燃焼を継続するのに必要な基準より下がる限界の部分が、炎の境目となります。

高温のガスは、周りの空気より軽いため、上に昇ろうとするため、通常、炎は上の方に伸びた形になります。

お礼

お礼が遅くなり済みません。

　燃焼のメカニズムですね。そうなると、「炎」は、可燃性ガス+酸素+高温が出遭っている領域ということですね。
　早速のご回答ありがとうございました。