По информации онлайн-журнала об энергетике «Энергия+», цвет пламени определяется тремя ключевыми факторами: температурой горения, химическим составом топлива и количеством поступающего кислорода.
Температура: чем горячее, тем «синее»
При сгорании молекулы топлива возбуждаются и переходят на более высокий энергетический уровень. Возвращаясь обратно, они испускают избыток энергии в виде света. Чем выше температура — тем короче длина волны этого света. В видимом спектре самая короткая волна — сине-голубая. Поэтому максимально горячее пламя (например, правильно настроенная газовая конфорка) горит голубым.
При более низких температурах излучается свет с большей длиной волны — жёлтый, оранжевый, красный. Именно поэтому пламя спички, свечи или костра обычно тёплых тонов.
Химический состав топлива: углерод vs водород
Цвет пламени во многом зависит от того, какие именно молекулы светятся в процессе горения.
— При сгорании чистого водорода или углеводородов с высоким содержанием водорода (метан, пропан-бутановая смесь в правильной пропорции с воздухом) возбуждаются радикалы СН и С₂, а также OH. Они дают характерное голубое свечение.
— Когда в топливе много углерода (древесина, уголь, сажа), при неполном сгорании образуются раскалённые частицы углерода, которые светятся жёлто-оранжевым спектром, как раскалённый металл.
«Голубое пламя — это признак практически полного сгорания углеводородов с преобладанием водорода, а жёлто-оранжевое — признак наличия твёрдых раскалённых частиц углерода», — поясняет кандидат химических наук Алексей Иванов
Кислород: главный регулятор цвета
Самый важный и часто недооценённый фактор — количество воздуха, поступающего в зону горения.
— При избытке кислорода (стехиометрическое или близкое к нему соотношение) топливо сгорает полностью: метан → углекислый газ + вода + максимум тепла. Пламя чистое, прозрачное, голубое.
— При недостатке кислорода часть углерода не успевает окислиться до CO₂, превращается в сажу и раскаляется. Пламя становится жёлтым, коптит, выделяет больше угарного газа.
Именно поэтому:
— Газовая конфорка, куда воздух подаётся через специальные отверстия и тщательно перемешивается с газом, горит ровным голубым пламенем.
— Зажигалка (особенно дешёвая) даёт ограниченный приток воздуха — пламя желтоватое.
— Дрова в камине — крайне мало кислорода относительно объёма топлива, плюс много углерода в целлюлозе и лигнине → яркое жёлто-оранжевое пламя и копоть на каминной решётке.
— Вечный огонь на мемориалах часто специально настраивают на дефицит воздуха, чтобы пламя было высоким и жёлтым — так лучше видно на расстоянии и в любую погоду.
Почему зажигалка всё-таки не синяя
Современные газовые зажигалки заправляют смесью пропана и бутана — теми же углеводородами, что и бытовые баллоны. Теоретически при идеальном смесе с воздухом они могли бы гореть голубым. Но производители сознательно делают факел зажигалки видимым и «тёплым» по цвету:
1. Подача воздуха в зажигалке минимальна — нужно, чтобы пламя не гасло на ветру.
2. Сопло очень маленькое, турбулентность низкая, перемешивание газа с воздухом неполное.
3. Добавляют небольшое количество примесей, чтобы пламя было ярче и заметнее.
В результате даже «газовая» зажигалка горит жёлто-оранжевым, хотя топливо почти то же, что в плите.