金屬能燃燒嗎?為什麼生活中見不到金屬著火?

2021-02-08 李論科學

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生活經驗告訴我們,金屬不會燃燒,就算放火裡再怎麼烤,都不會著火,那不然都做不了飯了!其實金屬會燃燒。而大多數金屬在燃燒時會釋放出大量的熱量,還很難被熄滅。

金屬燃燒的一些例子

例如,鋁熱劑被用來將火車軌道焊接在一起。鋁熱劑中的燃料是金屬鋁。鋁熱劑燃燒時,鋁原子與氧原子結合形成氧化鋁,在燃燒過程中釋放出大量的光和熱。

另一個例子是,手持小煙花棒就使用鋁、鎂或鐵作為燃料。煙火棒的火焰看起來與柴火不同,因為金屬比柴火燒得更熱、更快、更徹底。實際上,大多數煙花都含有金屬燃料。再舉一個例子,早期攝影中使用的舊閃光燈不過是在一個玻璃球裡燃燒了少量的鎂,啪一聲,並伴隨著一股濃煙。此外,太空梭的固體火箭助推器就使用鋁作為燃料。有些金屬,如鈉,很容易燃燒,所以我們不能用鈉來製造日常用品。

日常生活中的金屬為什麼不會著火呢?

不過,你可能會想,為什麼把一根點燃的火柴放到鋁箔上不會燃燒呢?同樣,把金屬鍋放在廚房的火焰上也不會使鍋著火。在日常生活中,金屬物體似乎不會燃燒。那麼日常生活中的金屬真的能燃燒嗎?其中涉及三個主要的因素。

金屬原子不能與氧氣很好的結合,也不易氣化首先,一塊固體金屬,其中的金屬原子很難與氧原子足夠接近來進行反應。為了讓金屬燃燒,每個金屬原子必須與氧原子足夠接近才能與之結合在一起,發生化學反應。大塊的金屬,像勺子、罐子和鐵疙瘩,大多數金屬原子埋藏在深處,根本無法接觸到氧分子。

此外,金屬還不易汽化。如果燃燒一大塊木頭或一根蠟燭,燃料顆粒就會迅速蒸發,也就是說,只要稍稍加熱,原子就會氣化進入空氣,這樣就能更好地接觸到氧原子。相比之下,固體金屬的原子緊密地結合在一起,這意味著利用熱量蒸發金屬要困難得多。

還有,像木頭或布料這樣的有機材料本身,在其分子中就含有大量的氧原子,而金屬材料則不含。這就是為什麼金屬勺比木勺更難燒的原因之一,儘管它們都是由大塊的材料組成的。

考慮到以上的事實,想要讓金屬燃燒就要手動分解金屬原子,使它們更好、充分的接觸到氧氣。實際上,就是人為的把金屬磨成細粉末。在商業產品和工業過程中用作燃料時,金屬通常是粉末的形式。即使我們把金屬塊磨成粉末,燃燒效果也不佳,我們很難在空氣中點燃一堆金屬粉末。問題是空氣主要是氮氣,氧氣並不多。

最好的方法是將氧原子直接混合到金屬粉末中。例如含有鬆散結合的氧原子的固體化合物可以混合到金屬粉末中。這樣,氧原子就可以穩定地待在金屬原子旁邊,隨時準備發生反應。這種方法是使金屬充分燃燒的最有效的方法。例如,鋁熱劑就是將鋁粉(燃料)和氧化鐵(氧氣來源)混合在一起的。

金屬的點火溫度很高

第二個原因,日常金屬物體不容易著火是因為金屬通常有更高的點火溫度。因為一個典型金屬中的原子非常緊密地聯繫在一起,即使氧原子就在它們旁邊,想要把金屬原子分開並釋放出來也需要更多的能量。蠟燭火焰、火柴火焰、篝火和廚房火爐的火焰都不會熱到足以點燃大多數金屬,即使金屬是理想的粉末形式。必須使用更強的化學反應,產生更高的溫度來點燃大多數金屬粉末。例如,利用鎂條的燃燒可以用來點燃鋁熱劑。

金屬是良好的熱導體

日常金屬製品不容易燃燒的最後一個原因是金屬往往是很好的熱導體。這意味著,如果金屬物體上的一個點開始積聚熱量,熱量很快就會通過金屬流向較冷的部分。這使得金屬很難在一個地方聚集足夠的熱量,以達到點火溫度。

總結

因為大部分固體金屬中的原子無法接觸到氧原子,因為金屬的點火溫度很高,而且金屬是很好的熱導體,所以它們在日常環境中不能燃燒。使金屬燃燒的理想方法是把它先磨成粉末,並加入氧化劑,攪拌均勻,包裹起來這樣熱量就不會逸出,然後使用高溫點火裝置就可以點燃金屬。

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