Вообразите фамильный особняк, окруженный густым сосновым лесом. На первом этаже, в кухне, повар у газовой плиты готовит ужин. Совсем скоро горничная отнесет блюда наверх, в уютную столовую, где хозяин с помощью обычной зажигалки разводит огонь в старинном камине. Мысленно прогуляемся по особняку, понаблюдаем за его обитателями и разгадаем тайну разного цвета пламени: голубого в газовой плите и оранжевого в зажигалке и камине.
На улице холодно, поэтому подойдем ближе к теплому камину. Хозяин уложил сосновые дрова домиком, в центре разместил щепки и бумагу. К ней он поднес зажигалку, но пламя не занялось. В какой-то момент владелец особняка сильно отдернул руку: зажигалка нагрелась, пока он пытался развести огонь. «Температура! — восклицаем мы, наблюдая за процессом. — Вот что точно влияет на цвет пламени». И не ошибаемся.
Чем выше температура горения, тем больше энергии получают молекулы, из которых состоит топливо. «Лишняя» энергия переводит молекулы в более высокое энергетическое состояние, но долго в нем они находиться не могут и скоро возвращаются в прежнее состояние, а избыток энергии испускают в виде свечения. Чем больше этот избыток, тем короче длина волны испускаемого света (самая маленькая она у излучения, которое человеческий глаз воспринимает как голубой цвет).
Жар от огня — это излучение той же природы, что и видимый нами свет. Но тепловое излучение лежит в инфракрасной области спектра, которую человеческий глаз не различает.
Хозяину удалось разжечь камин, вспыхнуло желто-оранжевое пламя. Но что-то нас насторожило. Цвет огня от дров отличался от того, каким недавно светила зажигалка, заправленная сжиженным газом — бутаном. «Значит, вид топлива — это второй фактор, влияющий на цвет пламени», — решаем мы.
Вновь бинго! Голубой свет испускают возбужденные молекулы кислорода и радикалы OH (гидроксильная группа), которые образуются при окислении атомов водорода. Оранжевым светятся горящие дрова, состоящие в основном из молекул углерода, а также множества других химических элементов.
На кухне в момент нашего озарения что-то с грохотом свалилось на мраморный пол. Вовремя. Мы как раз собирались туда, чтобы убедиться в связи цвета пламени с видом топлива. Природный газ в плите примерно на 90% состоит из метана (CH4) и горит голубым светом. Таким образом, цвет газового пламени в газовой плите определен химическим составом топлива, который поступает в зону горения. Атомов водорода больше, чем углерода — все сходится! Но что-то еще не дает покоя. Нам повезло, мы застали повара и выяснили одну маленькую деталь, которая помогла успешно завершить расследование.
Оказалось, в газовую плиту подается не только метан. В зону горения поступает воздух, содержащий кислород. Когда кислорода много, топливо горит в его избытке, что сопровождается голубым свечением. При меньшем количестве кислорода цвет пламени смещается к желтым, оранжевым, красным оттенкам. Вот почему в плите пламя голубое, а в Вечном огне мемориалов желтое, несмотря на одинаковое топливо.
Выходит, цвет пламени зависит от химического состава топлива и количества кислорода в окружающей среде. Довольные расследованием, мы покидаем особняк, не разгадав лишь одну тайну — какое же блюдо на ужин приготовил повар?