物質燃燒的本質是什麼?

2020-12-04 艾伯史密斯

我們日常生活中見到的燃燒現象,本質上是兩種或者多種物質之間發生的氧化還原反應,從而導致的劇烈發光發熱現象,期間伴隨著化學鍵的斷裂和重組。

燃素說

在遠古時期,人類祖先發明鑽木取火,開始了徵服大自然的進化路程,物質燃燒會產生明火,最初人類對燃燒現象的理解與事實相差甚遠。

「燃素說」就是數百年前,化學家認為火是由無數細小且活潑的微粒構成,這種微粒能與其他物質形成化合物,也能以游離形式存在,大量游離的火微粒聚集在一起就形成了火焰,比如英國化學家波義耳,在1673年煅燒金屬後發現金屬變重,就是對燃素說的證明。

燃素說在化學史上流行了很長一段時間,但是存在很多漏洞,直到1756年,俄國化學家羅蒙諾索夫用實驗否定了燃素說;後來法國著名化學家拉瓦錫,用錫鉛煅燒實驗發現,鉛在真空密封容器中加熱質量不變,但是加熱後立刻打開容器,鉛的質量會迅速增加。

於是拉瓦錫提出了一種全新的解釋,認為物質的燃燒是可燃物與助燃物結合的結果,他把空氣中的助燃物稱作氧氣,同時測定了氧氣在空氣中的佔比,然後把空氣中剩餘的氣體稱作氮氣,並於1777年9月5日向法國科學院提交了劃時代的著作《燃燒概論》。

化學燃燒

如今,對於燃燒的本質,科學家有了更深刻的解釋,燃燒中的助燃物也不只是氧氣,比如鎂條可以在二氧化碳中燃燒,銅可以在氯氣中燃燒。

物質由原子或者分子組成,原子之間由化學鍵連接,化學鍵是存在能量的,不同化學鍵儲存的能量不盡相同,當兩種或者多種物質出現化學鍵斷裂和重組時,就有可能對外吸收能量,也可能放出能量,當發生劇烈的能量釋放時,就會伴隨著發光發熱反應,也就是我們所說的燃燒,這就是化學中燃燒的本質。

廣義燃燒

更廣義的燃燒,是指劇烈的發光發熱反應,這裡不只是化學燃燒,比如太陽的發光發熱就不是化學反應,而是氫元素聚變為氦元素的反應,屬於核反應,但是我們也可以說是氫元素燃燒成了氦元素。

和化學燃燒不同的是,化學燃燒在化學層面遵循質量守恆原理,但是核反應當中的發光發熱,就不再遵循質量守恆了,而是遵循質能守恆。

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