​Почему пламя газовой плиты имеет синий цвет, а пламя свечи – | Физика в картинках

​Почему пламя газовой плиты имеет синий цвет, а пламя свечи – жёлтый?
Для того, чтобы ответить на этот вопрос, нам надо понять, почему вообще пламя светится. Здесь работают два процесса.
Первый – так называемое спонтанное излучение: электромагнитные волны, испускаемые возбуждёнными атомами, молекулами и ионами горящих веществ. Эти частицы поглощают часть выделяющейся в процессе горения энергии, а затем излучают её обратно. Причём излучают на вполне определённой частоте, зависящей от химического состава
Второй –тепловое излучение, которое производят все тела, температура которых превышает абсолютный ноль. Это излучение не зависит от химического состава вещества и определяется только его температурой: чем она выше, тем больше в излучении коротковолновых (высокочастотных) составляющих. Так помещённый в огонь кусочек металла сначала светится тёмно-малиновым, потом красным, потом оранжевым по мере нагрева. Поэтому цвета теплового излучения ещё называют цветами каления.
В плите горит природный газ, состоящий преимущественно из метана. Метан – простейший углеводород с формулой СH4, то есть в нём 1 атом углерода и 4 атома водорода. При соединении с двумя молекулами кислорода метан сгорает полностью, превращаясь в углекислый газ и воду (CH4+2O2=CO2+2H20).
При этом температура горения метана в газовой плите составляет 800-900 градусов, и его тепловое излучение лежит преимущественно в инфракрасной области: для нас оно невидимо. Единственным светом, который мы видим, является спонтанное излучение, производимое атомами углерода и их соединениями. Это излучени находится как раз синей части спектра (длина волны – 400-500 нанометров). Именно поэтому пламя газовой плиты слабо светится голубым.
Но почему же пламя свечи жёлто-белое, ведь там тоже горят углеводородные соединения? Горят – да. Но основной вклад в свечение создают не совсем они.
Характерное углеводородное голубое свечение можно рассмотреть в нижней части пламени свечи – там, где его температура ниже всего, а в зону горения осуществляется активный приток кислорода. В верхних слоях пламени голубой свет полностью вытесняется оранжевым и жёлтым.
Дело в том, что в парафине, из которого сделана свеча, преобладает более сложный углеводород – октадекан ( С18Н38). Подобные вещества не вступают в реакцию с кислородом непосредственно: сначала они должны разложиться на более простые соединения.
Если мы сравним формулы метана и откадекана, то увидим, что содержание углерода в последнем больше: действительно, в метане на 1 молекулу углерода приходится 4 молекулы водорода, а в октадекане – чуть более двух. Лишний углерод выделяется в виде соединений с низким содержанием водорода или даже чистого углерода – сажи. Такие молекулы склонны слипаться с образованием взвешенных в пламени твёрдых частичек.
Благодаря высокой температуре (а в верхних частях пламени свечи она может достигать 1000-1200 градусов) эти частички производят интенсивное тепловое излучение в видимой части спектра. И действительно, цвета каления в данном температурном диапазоне – это оранжевый и жёлтый.
При этом в видимом части спектра за счёт этого механизма излучается больше энергии, чем за счёт атомарно-молекулярного излучения. Поэтому свет свечи ярче, чем свет газовой плиты. А вот греет плита существенно сильнее: кастрюлю с супом на пламени свечи будет разогреть затруднительно.
Подведём итог: пламя плиты синее, так как оно химически чистое и относительно холодное; пламя свечи жёлтое так как более горячее, кроме того, загрязнено сажей другими примесями.