2002年7月，355期，4~11页.PDF

專題報導 從搖曳生姿的蠟燭擴散火焰， 了解薄薄一片的火焰，體會「燃燒自己照亮別人」的真義； 從動態平衡的瓦斯爐預混火焰，了解會跑、有燃燒速度的火焰波， 體會媽媽烹煮食物的危險。 林大惠 4 2002 7 355 燃燒現象就是以火焰呈現出來的燃料和氧化物在 適當環境下產生的放熱化學反應。其所產生的光和熱 可以轉換成動力或作為熱源；而排放物則以二氧化碳 和水為主，通常伴隨著少量的氮氧化物、硫氧化物、 一氧化碳和固體微粒。顯然地，燃燒火焰直接或間接 地影響了人類文明的進步和生態環境的變遷。 正常的火焰存在於氣體狀態，燃燒化學反應的兩 個要角──燃料分子和氧化物（通常是氧氣）分子，藉 著質量輸送而相互碰撞，假如碰撞的動能夠大，超過 了化學反應所需的活化能，便可促成燃燒化學反應的 進行。 燃燒化學反應並非一次即成，而是經由各種中間 產物彼此間，或與燃料分子、氧化物分子間的多次相 互碰撞，進行多次中間化學反應，最後生成穩定的排 放物並釋放出化學能。因此，它是一個多步驟的化學 反應。於此，我們將以蠟燭擴散火焰和瓦斯爐預混火 焰為例，來介紹常見的燃燒火焰。 固體蠟燭頂端因吸收燭火的輻射熱，而熔解成液體的蠟油，進 而在燭芯底部蓄積成蠟油池；蠟油溢出油池沿著蠟燭表面流 下，降溫冷卻又恢復成固體的淚狀珠粒。同時，蠟油池的蠟油 利用毛細管作用沿著燭芯上移，繼續承受燭火加熱而氣化。氣 體的蠟油分子由燭芯往外擴散，而空氣中的氧氣分子同時由外 往燭火擴散，在蠟燭火焰面兩者相互碰撞，進行多步驟的燃燒 化學反應。在蠟燭火焰面的燃燒反應，迅速釋放化學能並以光 和熱呈現出來，使得火焰面的氣體溫度達到最高溫，而生成的 排放物如二氧化碳和氣態水的濃度也在火焰面達到最高值。高 溫且高濃度的二氧化碳和氣態水分子，會由火焰面往內或往 外，將質量和能量擴散出去。 2002 7 355 5 專題報導 蠟燭擴散火焰 的碳原子、氫原子，經 在停電的颱風夜，搖曳生姿的燭火幻影中，許多 由燃燒過程和氧原子結 人都曾有促膝傾談的溫馨經驗；「蠟炬成灰淚始乾」、 合，而分別形成二氧化 「燃燒自己照亮別人」，常成為蠟燭火焰的感性詮釋。 碳和水，此即燃燒火焰 或許，從另一個角度的科學描述，會使大家更深入地 的排放物。 認識蠟燭火焰，也帶給大家不一樣的體會。 我們稱蠟燭火焰為 蠟燭的化學組成是石蠟，基本上是固態的碳氫化 典型的擴散火焰，因其 合物，碳氫化合物是大自然中最主要的燃料，煤炭、 燃燒現象完全由氣體分 石油和天然氣皆由碳氫化合物所組成。碳氫化合物中 子的擴散行為來主導， 蠟油分子和氧氣分子分 兩相鄰近的蠟燭擴散火焰顯示 別由燭芯和外界擴散進 出接近錐形的黃色火焰面，黃 色火焰的熱輻射強，照相時易 入火焰面燃燒，而燃燒 造成底片曝光過度，而使得火 產生的二氧化碳和水分 焰顏色偏白，實際肉眼所見的