如果没有氧,物质也可以燃烧吗?

作者: 木一

来源: 果壳少年

发布日期: 2018-11-12

本文讨论了在没有氧气的情况下,物质是否仍然可以燃烧的问题,并介绍了其他氧化剂如氯气、氟气、氮气以及二氧化碳在燃烧过程中的作用,还提到了火箭燃料中的偏二甲肼和四氧化二氮,以及太阳的核反应与化学燃烧的区别。

一般来说,燃烧有三个要素:可燃物、与空气或者氧气接触、温度达到可燃物着火点。不过,如果非要让你去掉一个呢?我们来回顾下燃烧的定义:一种发光并放热的氧化反应。关键就在于“氧化”二字——氧化只是一种使物质化合价提升的过程,并非氧气的专利。也就是说,没有氧气,也可以燃烧。

氧气是最常见的氧化剂,不过在没有氧气情况下,可燃物在其它化学氧化剂的作用下也可以燃烧。比如说,氢气与氯气——氢气在氯气(黄绿色)中燃烧发出的苍白色火焰。产物氯化氢可以和氨蒸汽反应产生白烟。氢气在氯气中燃烧会放出大量热,产生白雾、苍白色火焰。氟气的反应性更强,氢气与氟气在暗处混合就会直接爆炸,产生氟化氢。

氮气也可以作为氧化剂,不过只能氧化钠、镁等活泼的金属。钠与氮气要在高温、隔绝空气的情况反应,产物叠氮化钠不稳定,极易分解为金属钠与氮气。镁在氮气中燃烧会产生白色火焰,生成黄绿色粉末。不过,在空气中点燃镁条得到的还是氧化镁。有氧气存在的情况下,镁主要与氧气反应,而与氮气反应的程度很弱,当镁消耗掉了空气中的氧气后,镁才会与氮气反应。

镁甚至还能在二氧化碳中燃烧,发出耀眼白光,生成白色(氧化镁)和黑色(碳单质)固体。所以,镁的燃烧千万不能用二氧化碳灭火器去灭火!

偏二甲肼和四氧化二氮是一对著名的搭档,其中偏二甲肼是燃料,四氧化二氮是氧化剂。它们经常结伴出现在各种火箭、导弹的燃料仓中。我国的长征四号火箭上常用的是四氧化二氮和偏二甲肼。液氢液氧发动机每次启动都需要主动点火,这样既增加了发动机的复杂程度,更多了一个可能失效的系统。

四氧化二氮和偏二甲肼则一接触就会直接燃烧,不需要氧气,也无需点火系统,这种发动机启动时只需要开泵即可。美中不足是,这两种物质都有毒性,处理不当会污染环境。

正常的空气中含有21%的氧气,在富氧气氛中(医用氧气或高压潜水氧气),燃烧会大大加速,在这种情况下有些耐火材料也会燃烧。另一方面,随着环境温度的升高,氧气需求量会减少,甚至接近0%的氧气依然可继续燃烧,这就是森里大火可以持续燃烧的原因。

太阳的“燃烧”方式与我们常说的化学燃烧是完全不同的。包括太阳在内的大多数恒星,会“燃烧”氢原子形成氦,在这个过程中释放光和热。这与蜡烛燃烧的有着本质区别。太阳由73%的氢和25%的氦组成,氧含量极低,但并不妨碍太阳发光放热。蜡烛燃烧时其原子本身是不发生改变的,只有分子发生改变,是化学反应,而太阳“燃烧”连原子都改变了,属于核反应。

最后声明一下,卡路里是个单位,不可以被燃烧的哦。

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