不太严格地说,宇宙中的物质都是由原子组成。那你知道物质有哪几种形态呢?
很多初中的小朋友都会说,物质有3种形态,分别是气态,液态,固态。但随着知识的增长,我们都知道物质还有第四种形态,那就是等离子态。但这就完了吗?
其实,目前物质已知的形态一共有7种。是哪7种呢?
1.气态 很常见,我们呼吸的空气就是。
2.液态 也很常见,我们喝的水,使用的油就是液态。
3.固态 这在地球上就更加常见了,岩石,水泥,冰等等。
以上这3种物质的状态都基于中性原子。
4.等离子态 如果用足够的能量轰击原子,就会使原子周围的电子脱离,这时候就会产生一个电离等离子体,也就是物质的第四种形态,等离子态。比如闪电,极光等都属于等离子态。
5.夸克胶子等离子态 这个形态是基于等离子态,如果把轰击原子的能量再增加到足够高,使得质子和中子也会分解,这就形成了物质的第五种形态,夸克胶子等离子态。
6.玻色-爱因斯坦凝聚态
7.费米子凝聚态
这物质的第六、七形态只能在极端的实验环境下实现。
由以上这几种物质形态的形成来看,这几种形态之间在一定的条件下是可以互相转换的。
比较著名的就是水,水在低温和适度的压力下形成固态的冰,在更高的压力或更高的温度下变成液态的水,在更高的温度或非常低的压力下变成气态的水蒸气。
然而,在更高的温度压力下,会得到一种具有气体和液体特性的超临界流体(临界温度高于约 374°C(705°F))。继续到更高的温度,将开始电离水的分子,产生等离子体。
好了,我们知道了物质的形态后,我们回到主题:火,是个什么?属于物质的哪种形态?
火,是一种很神奇的东西,可以看作是能量的一种表现形式。火在地球上受引力影响,所以也是有重量的。我们之所以看到火焰向上,是因为火苗周围所产生的热空气,热空气在上升的过程中推着火焰向上走,而如果在外太空燃起一团火,那么火会是一个规则的圆球。
火,也是有颜色的。比如蜡烛燃烧的火颜色是黄色的,木炭燃烧的火是红色的,天然气燃烧的火是蓝色的,我们拿根铜丝烧的火则是绿色的。但为什么我们看到的大多数火是红色的呢?这是因为燃烧中产生的炭黑飘在火焰上边,所以多显示为红色。红光的波长比蓝光要长,能量自然也就低,对应于红色火要比蓝色火的温度低得多。
那么火的本质是什么呢?是由什么物质构成的呢?
火的本质是一种化学反应,由可燃物与助燃物进行氧化反应,释放出大量的光和热。它是一种以高温和光辐射形式表现的能量形式。
我们拿碳燃烧来举个例子,碳的主要成分是C,大多数情况下C原子与C原子相连,燃烧的时候与氧气O2发生化学反应,C与C间的化学键断裂,与O重新连接形成二氧化碳CO2。这个过程中化学键的断裂和重组会让原来处于1轨道的电子处于激发态先升至3轨道,然后回归新的稳态降至2轨道,暂且假设3轨道电子能量最高,1轨道最低。于是不可避免的从3轨道降至2轨道时电子会释放能量,放出光子,如果这个光子的能量对应的波长处于人眼识别范围,我们就看到了火。
火的物质组成非常复杂,组成火的物质主要包含气体和少量的固体颗粒,同时在高温的环境下也会生成一些游离的离子和电子。
其中气体通常会直接参与到燃烧反应中,而固体颗粒则是未完全燃烧的物质碎片,它们通常会在火焰之中飘浮,影响火焰的稳定性和颜色。游离离子和电子则会与气体和固体颗粒发生相互作用,同时也会参与到火焰物理化学过程之中。
所以,严格来说,火是一种人类能看到的能量辐射。极端点的例子比如发烫的铁棍和烧红的铁棍,都有能量辐射,前者辐射出的能量小,波长大于人眼识别范围,后者则相反,但是当你把纸片靠近而即使不贴上时纸片会自己燃烧。他们都会产生“火”,只是看不到而已。
只有在高温的环境,火生成了一些游离的粒子和电子,才可称作是低密度的等离子体。
看到这里,大家明白了吗?
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