¿Cómo funciona el fuego?

En la mitología de prácticamente todas las culturas, el fuego es una sustancia sagrada que da vida o poder, y se considera uno de los cuatro elementos básicos que componen todas las cosas en el universo. El fuego no es una sustancia; Es un proceso , una reacción química. Es la misma reacción química que ocurre cuando un clavo de hierro se oxida, ese proceso es la oxidación, combinando oxígeno con otra sustancia.

La diferencia definitoria entre un fuego y el clavo oxidado es la velocidad. El fuego es un proceso de oxidación que ocurre muy rápido, por lo que se libera luz, calor y sonido, a menudo con mucha fuerza. Cuando un objeto (madera, por ejemplo) se calienta, libera gases volátiles. y cuando el gas está lo suficientemente caliente, digamos unos 360 ° C, las moléculas compuestas se separan y los átomos se recombinan con el oxígeno para formar agua, dióxido de carbono y otros productos. En otras palabras, se queman .

La liberación repentina de energía hace que las temperaturas aumenten, a veces en miles de grados. Y también produce humo, el desecho tóxico de las sobras del fuego. [Cuando se quema la madera, parte del material descompuesto se libera como “humo”, o gases volátiles. El humo es un compuesto de hidrógeno, carbono y oxígeno. El resto del material forma carbón, que es carbono casi puro, y cenizas, que son todos los minerales no quemables en la madera (calcio, potasio, etc.) . El carbón vegetal es madera que se ha calentado para eliminar casi todos los gases volátiles y dejar atrás el carbono. Es por eso que un fuego de carbón quema con poco o nada de humo.

Un incendio necesita tres componentes:

Un material combustible – o combustible – algo que se quemará
Calor: suficiente para quemar el combustible
Oxígeno

Los tres componentes deben estar presentes para iniciar un incendio. El fuego arderá hasta que uno o más de los componentes se agoten o se eliminen. Los métodos tradicionales de extinción de incendios implican eliminar el combustible, el calor o el oxígeno, según lo que se esté quemando.

En años más recientes, se ha agregado un cuarto componente, la reacción en cadena no inhibida, para explicar el fuego. Esta reacción en cadena es la retroalimentación del calor al combustible para producir el combustible gaseoso utilizado en la llama. En otras palabras, la reacción en cadena proporciona el calor necesario para mantener el fuego. La adición de este cuarto componente (que forma lo que se llama el “tetraedro de fuego”) describe con mayor precisión el mecanismo para la supresión de incendios mediante el reemplazo de halones de agentes limpios que rompen la reacción en cadena desinhibida de la combustión. [El halón es un gas licuado y comprimido que detiene la propagación del fuego al interrumpir químicamente la combustión. Es eléctricamente no conductor. Halon 1211 – un agente de transmisión de líquido – y Halon 1301 – un agente de inundación gaseosa – no dejan residuos y son notablemente seguros para la exposición humana.] ¿Qué es el halón? ¿Cómo funciona Halon?

La llama que vemos bailando y brillando cuando algo está ardiendo es gas que todavía reacciona y emite luz. El plasma es un gas en el que una buena fracción de las moléculas están ionizadas. Las llamas ordinarias ionizan suficientes moléculas para ser perceptibles, pero no tantas como algunas de las cosas mucho más calientes que generalmente llamamos plasma, como en la soldadura por arco donde la temperatura puede subir a 12,000 ° C. ¿Cuál es el estado de la materia de la llama?

Hay cuatro etapas de fuego:

Encendido : Combustible, oxígeno y calor se unen en una reacción química sostenida.

Crecimiento : con la llama inicial como fuente de calor, se enciende combustible adicional. La convección y la radiación encienden más superficies. El tamaño del fuego aumenta y la columna alcanza el techo. Los gases calientes que se acumulan en el techo transfieren calor, permitiendo que todos los combustibles en una habitación se acerquen a su temperatura de ignición al mismo tiempo.

Desarrollo : el fuego se ha extendido sobre mucho, si no todo, el combustible disponible; las temperaturas alcanzan su punto máximo, lo que provoca daños por calor. El oxígeno se consume rápidamente.

Decaimiento (Burnout): el fuego consume el combustible disponible, las temperaturas disminuyen, el fuego se vuelve menos intenso y finalmente se extingue.

El fuego se propaga transfiriendo la energía térmica de las llamas de tres maneras diferentes.

Conducción : el paso de energía térmica a través o dentro de un material debido al contacto directo, como una casa en llamas, cuando incluso un fajo de papel en llamas puede calentar libros en una ventana cercana, encendiéndolos, lo que a su vez calienta las cortinas que cuelgan detrás, hasta que también estallaron en llamas y así sucesivamente.

Convección : El flujo de fluido o gas desde áreas calientes a áreas más frías. El aire calentado es menos denso y sube, mientras que el aire más frío desciende. Un gran incendio en un área abierta produce una columna o columna de gas caliente y humo en el aire. Pero dentro de una habitación, esos gases ascendentes encuentran el techo. Viajan horizontalmente a lo largo del techo formando una gruesa capa de aire caliente, que luego se mueve hacia abajo.

Radiación: calor que viaja a través de ondas electromagnéticas, sin objetos ni gases que lo transporten. El calor irradiado sale en todas las direcciones y pasa desapercibido hasta que golpea un objeto. Los edificios en llamas pueden irradiar calor a las estructuras circundantes, a veces incluso pasando a través de ventanas de vidrio y encendiendo objetos dentro.

La quimica del fuego

El fuego es producido solo por gases.
Cuando las sustancias volátiles en sólidos o líquidos se calientan, se vaporizan y se elevan en el aire y se ven como llamas.
Las cosas que no tienen un alto contenido de sustancias volátiles se vuelven de color rojo brillante, en lugar de emitir llamas. Un gran ejemplo es el carbón.

LLAMA EN FU ELS
En el caso de los hidrocarburos, los hidrocarburos insaturados emiten una llama de color amarillo brillante y hollín. Esto se debe a que dichos compuestos contienen un alto porcentaje de carbono que el hidrógeno. El oxígeno en el aire no es suficiente para la combustión completa. Las partículas de carbón no quemadas se elevan y se calientan en la llama y brillan. Luego salen como hollín.
Debido a esta razón, los hidrocarburos insaturados son malos combustibles. Dan más energía en forma de luz y no de calor.
Sin embargo, cuando se queman en oxígeno puro, son combustibles eficientes.

Los hidrocarburos saturados, sin embargo, emiten una llama azul limpia. Tienen menos porcentaje de carbono. Por lo tanto, se queman por completo y emiten más energía térmica. Por lo tanto, son excelentes combustibles. Pero son malos cuando se queman en un suministro insuficiente de oxígeno.

¿Cómo funciona realmente el fuego?

Por ejemplo, si caliento un pedazo de madera a cierta temperatura, ¿siempre arderá? ¿Es efectivamente un estado de transición química de la materia? Lo que lo hace propagarse; si se propagara una ola de calor de temperatura similar, ¿sería tan eficaz como la llama misma?

Si aplica una fuente de calor puntual por encima de ese umbral de temperatura (y la madera en cuestión no es secoya o cicuta oriental), la madera calentada emitirá gas (no puedo hablar de la composición química de ese gas). El gas calentado se combinará con oxígeno en el aire en una reacción exotérmica (plasma / llama), en cuyo punto puede retirar su fuente de calentamiento.

La reacción exotérmica del gas de madera casi siempre será suficiente para proporcionar una mayor cantidad de calor adicional de lo que inicialmente tenía que proporcionar para comenzar la combustión, por lo que la primera llama calentará un área más grande que su fuente de punta, haciendo que un área mayor emita más gas , que a su vez sufrirá una oxidación exotérmica, extendiendo la llama.

Esa es una quemadura de Fase 1 .

Después de que la mayor parte del gas de la madera calentada inicialmente haya terminado de quemarse, la madera carbonizada en esa área también comenzará a arder, un proceso en el que el carbono sólido restante se combina con el oxígeno residual en una segunda reacción exotérmica. Esto, también, generalmente genera suficiente calor para sostenerse y alentar a otras maderas carbonizadas cercanas a arder.

Esa es una quemadura de Fase 2 .

El fuego es el resultado de reacciones de oxidación que esencialmente vaporizan el material en llamas. Los vapores resultantes de esta reacción química contienen muchos átomos con electrones en orbitales altamente excitados. Las llamas son la luz visible emitida por estos electrones que se descomponen a niveles de energía más bajos. Esto también explica por qué diferentes productos químicos (materiales) tienen llamas de diferentes colores. Los colores de las llamas están determinados por la composición química del material en llamas.

Ahora surge la pregunta, ¿de dónde viene la energía para la excitación de los electrones después de la oxidación?

La respuesta es simple . Usamos un fósforo para encender un pedazo de papel, la energía suministrada por el fósforo comienza la reacción, una vez que se inicia la reacción, libera energía almacenada en los enlaces químicos. La energía liberada es suficiente para mantener la reacción en marcha más suficiente extra para proporcionar calor a los alrededores. La reacción que destruye los enlaces químicos debe dejar muchos electrones en los átomos constituyentes en un estado excitado. Estos serían los electrones que inicialmente estuvieron involucrados en la unión de las moléculas de combustión.

La dependencia de las longitudes de onda emitidas de la sustancia química es el resultado de la mecánica cuántica. Cada elemento tiene una estructura de electrones dada, esta estructura determina las longitudes de onda que se emiten a medida que los electrones caen en cascada para reducir los niveles de energía. de ahí obtenemos diferentes colores de fuego.

Referencia: -https: //www.physicsforums.com/th…

Al quemar todo lo que pueda

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