火是什麼物質組成的？

11-29

利益相關：Imperial College PhD student，研究方向是不同燃料混合下，火焰光譜，化學發光機理。

因此，我十分看不下去 @安森垚的答案，因為完全是錯誤的。我向他指出了錯誤，並且勸誡他對於自己不懂的問題，不要回答，會誤導人，但是我被拉黑了，並且發個私信給我覺得我多嘴。科普科普，首先要「科「才能」普「，科普是把難以理解的科學道理，用淺顯的話寫出來，但是首先要是科學道理而不是個人的邏輯推論。所以請盡情地在他的答案下點反對。
下面是comment， @安森垚答案的原文我以斜體標出。我comment他的答案，目的是正視聽，希望能去偽存真。
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作者：安森垚
鏈接：火是什麼物質組成的？ - 安森垚的回答
來源：知乎

電磁波由於是由於垂直的變化的電場磁場引起的，所以造成了直線運動但是卻擁有著波動性的特性，這種波動擁有能量。也就是說，往往電子開始轉移或者運動，就會放射出電磁波。那麼也就是說，最起碼火焰的光，肯定是由於電子的轉移產生了電磁波。

那麼一般的火焰都是一種「氧化反應」，也就是說是一種被燃燒物質失去電子，而氧氣或者類似的物質得到電子的過程，這個應該是初中化學吧。所以也就是說這個過程中，我們也知道，失去了電子的原子也就是帶著正電的離子，得到電子的離子也就是帶著負電的離子，這個過程就像街頭火拚一樣，被燃燒物質不停地被氧氣拿走電子，這個過程就會放出大量的熱。」

@安森垚在論述中，的邏輯為：光是電磁波，電場運動產生電磁波，化學反應中有電子運動，產生變化電場，這個電場變化產生電磁波，也就是光，於此同時，燃燒的區域里依然是電中性。

請問在這個邏輯下，是不是大多數化學反應都發光？請問在非反應的原子中，電子也在高速運動，並且整個原子呈電中性，請問他們是不是也在發光？如果是化學反應中電子交換產生光，那麼更加劇烈的反應意味著波長更短的光，但是為何實驗觀察的結果，不論燃燒劇烈與否，只要氧化劑和燃料不變，其火焰光譜的特徵值不變？

火焰光譜大多數是化學發光的結果，是在一些特殊的化學反應中，產生了一些激發態的粒子，這些粒子從激發態回歸基態時，由對應能級而產生對應波長的光。激發態——基態過程也是大多數等離子發光的原因。
這個過程不是」光是電磁波，電場運動產生電磁波，化學反應中有電子運動，產生變化電場，這個電場變化產生電磁波，也就是光。「

」也就是說，一開始的氧化還原反應，造成了放熱之後的連鎖反應，由於電子這時候產生了激烈的不動，所以這個過程就放射出了電磁波。但是由於內部氧氣不足，造成產生了大量的「遊離碳「，這也就是我們看見的藍光。
那外面那個黃白光是什麼呢。其實是這樣，由於越是靠外的火焰氧氣越充足，氧化反應就越劇烈，溫度也就越高（這也就是為什麼說外焰溫度高於內焰），遊離碳還有高溫的正負離子在高溫下共存，所以電荷這樣就更不老實了，這種情況下，造成了遊離碳的內部電子活躍，這個過程就是類似燒紅的鐵一樣（電子躍遷又回到基態），所以又會發射出更劇烈的電磁波，就會產生「白熾光」的現象，這也就是我們看到的外層明亮的火光。它不屬於固體液氣氣體的任何一種形態，它是大量的離子高溫狀態下的一個狀態。我還依稀記得高中還是初中物理曾經講，物質除了三態，還有等離子體和液晶這兩種形態，當時還十分的好奇和困惑。所以外層火焰的重要組成部分就是這個等離子體。「

藍光不是」遊離碳「，主要是是C2*分子在 SWAN BAND的（1,0）輻射，CH(A)* 的輻射光也近似藍色，呈藍紫色。

在談到蠟燭的外焰時，原作者認為此處是等離子態，等離子態發出白熾光，白熾光是因為」似燒紅的鐵一樣（電子躍遷又回到基態）「。此處我已經無力吐槽了。白熾光是黑體輻射，波長，強度由溫度決定，由普朗克黑體輻射定律governing。等離子中電子能級躍遷是我上面論述的化學發光過程。這事兩碼事！

火焰中等離子體是非常稀薄的，大概的量級是火焰體積的1/100，火焰中只有薄薄的火焰面（常壓下小於0.1mm）里是等離子體，火焰的化學發光也主要在這個區域。

comment 結束。
知乎的」贊「不是」like「，而是」agree「, 任何人，不論對這個題目，這個答案明白不明白，懂不懂，都可以『like』，這是價值判斷。
在科學問題上，」agree「是事實判斷，讀者按照自己的知識，對作者的內容是否符合自己已知的事實進行投票。但是如果讀者也不知道事實，讀者有資格投票么？我從來不在乎贊數，我在意的是我關注的幾個同行，是不是對我的答案肯定。

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回答這個問題前，我們首先要明白什麼是火焰。
以恰好完全反應的絕熱的預混(premixed)甲烷(methane)-空氣(air)對沖火焰(counterflow flame)為例,若為特殊說明，本答里的圖就是這種火焰里量測或者模擬的結果。火焰和燃燒器的簡圖如下：

from google
這幅圖可以清楚地看到燃燒時流場情況：

from google
火焰本質上是一種化學反應，我們見到的火焰，大多是在流體中的，所以對燃燒的研究可以從兩點出發，一個是化學反應過程，一個是流場。當混合好的甲烷空氣混合物在上圖的燃燒器上下噴口出來時，他們的流速會逐漸減小，直到在中間點變成0，在流場中，給一個火花，那麼火焰就會被引燃，假設反應過程是一步的：CH4+2O2=CO2+2H2O,在火焰上游，甲烷和空氣不斷供應過來，在火焰下游，燃燒產生的產物在不斷流走，假設上面的化學反應每秒消耗一個單位的混合氣體，剛剛提到，從噴口到流場中間，速度不斷減小，那麼就會有一個地方的流速，使其提供的甲烷和空氣與消耗的平衡，那麼這個地方就是火焰存在的地方，也是第一張圖裡的reaction zone。在這種燃燒器里，上噴口和下噴口都會產生一個火焰,火焰的厚度根據噴口速度，噴口距離，壓力等不同，大氣壓下，大約是幾毫米的量級。火焰的本質，是一小塊正在進行化學反應的區域，或者說是一個薄層。

下面說說我們看到的火焰。看，只是一種觀測，你看到的東西，是人眼的可視範圍內，火焰發出的光。
可見光範圍：
紫色 668–789 THz 380–450 nm
藍色 631–668 THz 450–475 nm
青色 606–630 THz 476–495 nm
綠色 526–606 THz 495–570 nm
黃色 508–526 THz 570–590 nm
橙色 484–508 THz 590–620 nm
紅色 400–484 THz 620–750 nm

火焰發出的光有三種，第一是化學反應過程中的化學發光；第二是高溫下黑體輻射；第三是火焰吸收其他的光發出的熒光。上一段，我們假設了甲烷燃燒只有一個步驟的化學反應，然而，甲烷燃燒中的化學反應，常用的比較準確的一套反應GRI-MECH 3.0有300多個反應步驟，並且還不包括我們感興趣的火焰發光的部分。下圖展示了甲烷如何變CO2和H2O的過程，可以體現反應過程的複雜程度。
CH4-CO2

CH4-H2O

上面兩個圖展示了反應過程的複雜，並且，包含了下面談發光問題的幾個主角：OH,OH*,CH,CH*這幾個中間產物，以及沒有包含的C2，C2*。
化學發光：
化學發光研究較多的是上述中OH*,CH*,C2*，因為他們能提供很多燃燒的信息。下圖標註了上述三種物質化學發光的波長。化學發光基本決定的火焰的看起來ed顏色。

一般來說，OH*發光是不可見的，為紫外光，我們生活中看燃氣灶的火焰是藍紫色的，主要是CH*的功勞，因為在燃氣灶里，空氣多於燃料，故C2*的輻射很低。但是在燃燒狀況不好的時候，比如燃氣灶風門調的不好的時候，火焰有時候會變成藍綠色，甚至黃色，那麼就是C2*的發光強烈。所以至少從經驗上，火焰的化學發光可以展示空氣-燃料的比例。
必須指出的是化學發光的過程是在化學反應中，產生了激發態的OH*等，激發態分子落回基態時，由於電子能量不同，發出來不同波長的光。一個典型的OH*,CH*,C2*產生的化學反應如下：

https://www.researchgate.net/publication/225002151_A_Numerical_Study_on_the_Relation_of_OH*_CH*_and_C2*_Chemiluminescence_and_Heat_Release_in_Premixed_Methane_Flames

當然，火焰中的化學發光，仍然有很多其他物質，這裡不一一列舉。

黑體輻射：
黑體輻射是在所有波長上連續存在的，受溫度影響很大，這裡著重強調的是碳顆粒的白熾。當燃燒時空氣少燃料多時，就會有碳單質結成顆粒，這種顆粒在高溫下就會產生進入白熾狀態，產生白熾光。比如蠟燭的尖端火焰，是黃色的，木炭是暗紅色的，燃燒木頭是橙色的，這些都是碳顆粒（塊）的白熾光。這種情況在生活中燃燒固態燃料時比較常見。這些碳顆粒是不透明的，光照射上會產生吸收和散射，具體效果請在霧霾天看太陽。
大多數回答都會說黑體輻射，其實黑體輻射的效果在一般氣態中是極低的！因為空氣的密度很小，空氣吸收和放出熱輻射的能力都很差，比如你面前有個燒紅的鐵塊，黑體輻射也就是熱輻射是從鐵塊輻射到你的身上的而不是被空氣吸收，再由空氣放出的。

熒光：
這裡談火焰是否吸收光。火焰燃燒中的很多中間產物是吸收光的，上面的OH,CH都會吸收特定波長的光，變成激發態的OH*,CH*，這裡才是很多燃燒答案里的「等離子體受激發」，這些激發態的分子會發生降級，產生和化學發光相同波長的光。這種現象在生活中幾乎見不到，在實驗室里，可以用連續波長光源或者激光來誘導熒光，激光誘導熒光（LIF）是常用的激光燃燒診斷技術。所以火焰後面放探照燈，是能量測出光的變化的。

很多類似問題下，很多人說火焰是等離子體，這個東西是很曖昧的，在本文論述的燃燒情況下，上下噴嘴處加高電壓，會產生很微弱的電流，如下圖，OH*的位置也會變化。

PHD THESIS OF Dimitrios Katsikadakos
當然，火焰面很薄，和電離空氣所需的電壓來比，有沒有火焰其實影響不大，火焰只有火焰面那一個小小的薄層才是等離子體，並且帶電粒子密度很低體積摩爾分數大概在e-8的量級上。

火的本質是什麼？前面眾多答案已給出了詳細的解釋。我這裡寫一個長度中等的回答吧，切換個角度，希望對大家有幫助。

「我就是我，是顏色不一樣的煙火」，小火悠悠地唱道。「火」是一個比較生活化的詞語，所以表達有些模糊，有人認為它指的是一種物質，也有人認為它是一種現象，其實都有道理。火是由處於激發態的氣體或等離子體組成的。其能量通常源於化學能、電能等，劇烈的能量釋放過程可以使氣體分子或原子處於激發態，其中的電子躍遷產生髮光現象；更劇烈的情況下，氣體被電離，部分物質處於等離子體狀態。對此，大家可以做一個有趣的實驗：兩塊平行的金屬板分別連接摩擦起電器的正負電極，將點燃的蠟燭放置在平板中間，會發現原本細長的火焰被拉向兩側，變得扁平了！另外，磁流體發電機中，將高溫火焰（添加一些物質增強電離和導電性能）快速通過加有強磁場的通道，其中等離子體因受洛倫茲力在磁場中分離，到達兩側極板，獲得電能。

總之，低溫火焰本質上是被激發的氣體分子或原子，電子躍遷而發光；溫度更高時，開始出現等離子體，溫度越高則等離子體比例越大。

另外，我們有時會把太陽比作"火"球，不過呢也有一些區別。太陽的成分主要是氫和氦，也有少量其他元素；能量來源主要是內部核聚變；結構就比較複雜了，從內到外有不同的區層，肉眼看到的可見光主要是從靠近外層的「光球」層發射出來的，溫度5000度左右（隨位置變化），從這個角度講，有點類似超高溫火焰；光球包含很多種類的元素，具體成分可以從太陽光譜中推測，原理類似焰色反應。更外層的日冕，溫度極高，達到百萬攝氏度，因而其中氣體極其稀薄，且幾乎完全電離。這些等離子體高速運動會帶來磁場（太陽磁場來源不止一種）；磁場也會影響到等離子體的運動；離子和電子在磁場中的迴旋運動和振蕩還會帶來各種電磁波輻射；另外，磁重聯過程釋放巨大的能量，也會帶來一系列豐富的現象。總之，把太陽比作火球，形象直觀，但也過於簡單——其中的物理現象要比普通的火焰豐富得多。

本回答原載中科院物理所微信公眾號 周五問答專欄第60和62期。我是原作者本人。
附上鏈接： http://mp.weixin.qq.com/s/xyEvHAX7vgy61yh_jnvFqQ
http://mp.weixin.qq.com/s/oeWsyn2tTKUJ_B5J1h8Y9w

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燃燒是劇烈的氧化還原反應，反應的時候釋放熱量。氣體分子吸收熱量，電子從基態（低能級）到達激發態（高能級），然後從高能級往低能級躍遷。躍遷的時候能量降低，減少的這部分能量由電磁波的形式發射出去。如果這個電磁波頻率高於紅外線且低於紫外線，那我們就能肉眼觀測到。
能級躍遷就好像跳樓，但是只能跳到某個樓層，比如18層往15層跳，16層往7層跳。不能調到某兩層之間，不存在從15跳到了11.5層。可以直接跳回最底層，所謂的基態。
能級躍遷釋放的能量就是兩個能級能量之間的差值。躍遷的時候，能級差越大，放出的能量越大。E=hf，能量越大，頻率越高。同種介質，介電常數不變，光速不變。根據fλ=c可知，頻率越高，波長越短。因此，紫外線能量比紅外線高。臭氧空洞，會造成地球生物直接暴露在紫外線之下，植物變異，動物皮膚細胞癌變率提高。而紅外線由於能量低，對人體沒有傷害，則可用於夜間錄像、監控。人類所能看到的光譜，波長介於紫外線到紅外線之間，有些動物能看到更低頻率的電磁波，也就具有夜視能力。
物質燃燒的引起的電子能級躍遷，也會產生我們看不到的電磁波，這時候只能藉助專門的儀器進行觀測了。如果反應非常劇烈，產生大量熱能，則氣體由於溫度過高，電離之後達到離子態。比如太陽這種恆星，上面的大氣就是等離子態的。

再來一波強勢科普吧，圖片來源是https://www.youtube.com/watch?v=5ymAXKXhvHI。給大家演繹一下：

一般人是不會考慮火到底是什麼鬼的，所以我們每天看見火都是習以為常。正是極端情況下才會有哲學思考，那現在就假設一種情況吧，你是一個萌萌噠的科學家，現在被邪惡勢力困在火場中：

這該怎麼辦呢？當然是要靠自己的知識逃脫出去啊，不過你掙扎了好久都沒有成功，不成功還需要努力啊，你想啊想啊，眼珠轉的飛快。

想啊想，突然你想明白了：這要百勝不敗，當然要知己知彼啊。要想逃出生天，當然要知道這個火是什麼鬼啊，科學家就這尿性，他想到有哲學家認為火是自然界的一種元素，心理就呵呵噠了。不過我們大眾只會覺得這火是so hot。

作為一個科學家你的責任意識就上來了，覺得是時候科普一發了，即使是不成身，還成仁嘛。這時候你完全不管自己的危險處境了，就思考著怎麼來科普，不過這饑寒交迫的真是難受，你想到了自己小時候吃蛋糕：

但是作為一個科學家畫餅的時候當然不忘自己的使命對不對啊，於是你想到了自己在小時候就冒出了科學意識的苗頭，你觀察過這蛋糕上的生日蠟燭：

好奇心是最好的老師。
你在小時候就發現火焰的底部一般是藍色的。

而火焰的上邊可能出現是黃色，也可能是橘黃，當然還可能是紅色。它們也是火焰最燙的地方。

小時候你一直苦苦思索這到底是怎麼回事，不過無果。但是現在你是科學家了，你可以解釋了，你大聲呼喊：這個問題留給我，我有話說話。

你清清嗓子，開始上課了。

要解釋這個問題首先要明白我們的物質是怎麼組成的。它們的初始狀態都是原子。

它們互相結合組成了我們的萬物，但是它們非常的小以至於我們用肉眼完全看不到。

不過我們也可以看到，就是它們：

那說到火這個小可愛呢？？？！！！！

它們其實包含了三種原子：碳、氫和氧。

碳和氫剛開始被鎖到一起：

而氧呢？在我們身邊到處都是：

氧和碳氫長城平時一直和諧相處，不過氧時刻有一顆攻破長城的心：

當溫度上升的時候：

它們也彷彿像打了雞血一樣加緊攻擊：

終於大廈傾塌：

而之後它們分散開來和氧混戰在一起：

所以高溫分解是第一步，好，現在進入擂台時間：

兩方都擺好架勢等鈴，鈴聲一響，就糾纏在一起了：

它們之間的鬥爭是如此激烈，所以在互相拆卸對方的時候發生了化學發光現象：

這時候雙方的援軍都源源不斷的上來了：

所以我們看來，火焰底部的藍光就來了：

這時候藍光不是很熱，你就可能想著去摸摸，但是請停手：

因為藍色的火焰真的會把你的手指燙傷，為什麼呢？請我們再返回擂台:

它們還在激烈的打鬥，而打鬥之後的產物是它們：

經過一番打鬥，這兩種物質會變得非常多,而它們打鬥後都熱情騰騰，大汗淋漓，肌肉顫動的非常厲害：

這時候如果你把你的小手指湊上去，那它們一定也把自己的熱情傳染給你：

而這種現象叫氧化放熱：

所以即使是藍色火焰溫度也很高：

那現在問題來了，為什麼還有這樣呢？：

好，剛才的藍色光是因為是兩方勢均力敵，兵員都非常足：

那如果氧這一方的兵員不足呢？：

那還要強扛著啊：

那結果是怎麼樣呢？那當然和原來不一樣啊：

這時候碳落單了，形單影隻，成了一隻單身狗：

你這個科學家想到自己一把年紀還是孤家寡人，不屈的淚水就流出來：

那怎麼辦呢？單身狗抱團吧：

它們就形成了我們所說的油煙顆粒：

單個的油煙顆粒非常小，我們肉眼完全看不到：

一邊的邪惡守衛在靜靜看你裝逼，這時候他真的不耐煩了：

於是他把自己的三角叉伸進火海中烤著玩:

三角叉在高溫中逐漸發紅：

你作為科學家見狀，大呼：知己啊，您怎麼知道我接下來要講什麼呢？於是你感動的眼淚流了出來：

不過你馬上繼續講，那些油煙和那些下了擂台的大汗淋漓的軍隊在一起，它們的熱情傳給了它們：

於是它們開始變得火熱發光：

直至到這個樣子：

這叫作：白熾光。

而單身狗又是無窮無盡的，所以大量的油煙就擠在一起一直升騰：

於是火焰就是這樣了：

然後你作為一個嚴謹的科學家還需要複述一下。
首先是因為高溫氧和氫碳混到一起：

之後它們開始混戰發生化學發光：

氧化放熱，所以火很燙：

而氧化發熱所以把單身狗碳抱團而成的油煙烤得火熱而發光：

你覺得自己解釋清楚了，臉上露出欣慰的表情：

這時候邪惡守衛玩起自己的三角叉。

你覺得機會來了。

但是科學家卒。

星星為什麼總是畫成五角星形狀呢？ - 羊倌的回答
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http://weixin.qq.com/r/MDgHH93EsYDOrZl8920i (二維碼自動識別)

公眾號：豬倌小考

首先我想說，這其實是一門本科課程，叫做燃燒學導論，可能很多化學專業的學生沒有上過這門課，因此借鑒這門課的一些知識來科普一下燃燒學的內容。
這門課的主要內容大部分都是工科相關，汽車、機械或者造船專業應該是必修，建立在微積分、普通化學、普通物理和流體力學的基礎之上，大部分是公式推導，感覺大家不會特別有興趣，因此提煉一些通俗易懂的內容隨便說兩句
本人上本科時候行為不良，上課的時候95%時間都在睡覺，因此很多地方如果說錯了請各位大大輕拍
參考書籍是《An Indroduction to Combustion: Concepts and Applications》作者Stephen R.Turns

1. 定義
研究燃燒和火焰之前，先給一個明確的定義是有好處的。
【燃燒】
燃燒最基本的定義就是：「產生熱或者同時產生光和熱的快速氧化反應；也包括只伴隨少量熱沒有光的慢速氧化反應」
這裡我們研究的燃燒，基本都是限定在快速的氧化反應範疇中，因此我們可以只使用燃燒定義的前半段。
燃燒最主要的用途，是將化學鍵中儲存的能量轉變成熱。
【燃燒方式】
燃燒可以根據有無火焰分成【有火焰燃燒】和【無火焰燃燒】兩種。下面用大家比較熟悉的例子：一個發動機中火花塞點火引發燃燒的示意圖來說明兩種燃燒方式。

（a）圖，活塞中預混著燃料和空氣混合氣體。火花塞點火後，局部開始發生燃燒反應，並向外擴散。圖中標註Propagating flame的一個很薄的區域就是我們通常說的【火焰】，在這一區域中，發生著激烈的連鎖化學反應，這稱為【有火焰燃燒】。在火焰後方是灼熱的燃燒產物。隨著火焰在燃燒空間中的運動，未燃氣體中的溫度和壓力不斷升高，在一定條件下（圖b），未燃氣體中很多部位開始發生快速的化學反應，導致整個區域非常快速的燃燒。這種現象叫做【自點火】，屬於【無火焰燃燒】。它伴隨非常快速的壓力升高導致了典型的發動機爆震聲，而爆震是我們不希望發生的，汽油的辛烷值影響的爆震指標就是指這個現象。當然柴油機中，採用壓燃的方式點火，就是屬於後者。
…

下面講一下大家最關心的概念：什麼是火焰
有人說火焰是物質，是等離子態的、或者氣態的一些物質；有人說火焰是現象，是發光發熱的化學反應引發的物理現象。
這兩種說法都沒有什麼本質錯誤，下面我們用一個新的定義將其統一起來。
【火焰】
火焰是一個以亞音速、自維持傳播的局域燃燒區域。
這樣一來，上面幾種說法都被統一起來。我們依次來分析一下這個定義。
首先，我們不用物質的定義，我們說火焰是一個空間概念：一個」區域「。在這個區域中，發生著燃燒反應，當然伴隨著熱、或者光和熱，而這個區域內的物質也就是大家常說的等離子態、或者氣態的燃燒反應物和產物。
其次，這個區域有很多的限制條件。最重要的條件，這個區域是「局部」的，即火焰在任何時候都只佔可燃混合物的很小一部分。
第二個關鍵詞是亞音速，這是指火焰傳播的速度，這個速度我們後面會講到。順帶一提，以音速傳播的不連續燃燒波被稱為【緩燃波】，而以超音速傳播的燃燒波被稱為【爆震波】，這兩種波的傳播機理不同，屬於兩種完全不同的現象。關於爆震波我們以後有時間再討論。
【火焰的種類】可以根據反應物是預先混合好的還是分離的，來分成【預混火焰】和【非預混火焰】也叫【擴散火焰】；還可以根據火焰的流動特點分成【層流火焰】和【湍流火焰】。

下面講一個最簡單的層流預混火焰，就是我們中學實驗用的本生燈
首先我們看一下這個火焰的結構

火焰是一個傳播的區域，因此我們首先要固定坐標的原點在燃燒波上，這樣便於我們理解上圖中火焰的結構：溫度分布、產物分布和能量分布。前面一個區域叫做預混區，在這裡幾乎沒有能量釋放出來；後面一個區域叫反應區，在這裡釋放大量能量。常壓下，火焰的厚度很小，通常只有毫米級別。因此，經常把反應區劃分成一個很窄的快速反應區和後面的較寬的慢速反應區。在快速反應區，溫度梯度和組分濃度梯度都非常的大，這些梯度提供了火焰自維持的驅動力：熱量和自由基組分從反應區擴散到預熱區。進一步，為了保持火焰的自維持，一個必要的條件是燃燒產物的擴散速度大於未燃氣體的擴散速度，這就是說燃燒產物的氣體密度要小於反應物，燃燒才能得以維持。這些條件在後面講到（如果能講到的話）阻燃一節用所應用。
下面講一下火焰的光，這是烴類反應的基本特徵。顏色和預混物種空氣含量有關：空氣過量，快速反應區一般呈藍色。藍色的輻射來源在於高溫區被激發的CH自由基。當空氣減少到小於化學計量比時候，快速反應區呈藍綠色，這是由於激發的C2輻射。在這兩種火焰中OH自由基都會發出可見光。對於CO，CO+O --&> CO2 也會發出化學熒光，只是強度很弱。如果火焰更加缺氧，就會生成黑煙，形成黑體輻射。碳煙輻射強度最大值處於光譜中紅外區域的位置，但是人眼的感光性使我們看到的是從亮黃到暗橘色的發射光，其具體顏色取決於火焰溫度。
具體的火焰溫度和輻射的關係請查閱參考資料：
gaydon,GA 這個人寫的基本書關於火焰的光譜做了詳細研究，一本叫《The Spectroscopy of Flames》，一本叫《Flames: Their Structure, Radiation and Temperature》，由於這兩本書比較老而且電子版很難找，建議大家去大學的圖書館借閱。
首發於tieba.baidu.com/p/2738501849

低溫等離子體

火是物質燃燒過程中散發出光和熱的現象，溫度很高，是能量釋放的一種方式。火焰分為焰心、中焰和外焰，溫度由內到外依次升高，藍色的火焰溫度最高。外焰溫度最高，焰心最低。火失控時，常常稱作失火或火災，危害非常大，森林火災尤其如此。

火的可見部分稱作焰，可以隨著粒子的振動而有著不同的形狀，在溫度足夠高時能以等離子（第四態，類似氣體）的形式出現。

火的本質是能量與電子躍遷的表現方式。火焰大多存在於氣體狀態或高能離子狀態，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。

簡單來說火(著火)是一種現象而非一種物質,與水不同。

原文鏈接：http://www.3body.com/thread-3848-1-30.html （侵刪）

在三體社區看到過這樣的一篇文章，覺得講的不錯，轉載過來。

簡單來說火不是一種物質，而是一種現象。

知乎小白裝作很老練地樣子謝邀。⊙▽⊙

火是等離子體，比如氫氧燃燒的火焰中就有氫離子和氧離子以及它們的原子、分子，還有小部分水分子。離子複合成原子、分子時就發光。再比如碳氧燃燒的火焰中就有碳離子和氧離子以及它們的原子、分子，還有小部分一氧化碳和二氧化碳分子。

我覺得這段話說的很有道理。侵刪。

等離子態

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根據我後面的學習，這個答案不算正確，也不想刪了，但希望不要對只看短答案的朋友造成誤解，故作此說明。

又上日報了，重申下是科普，但是也歡迎討論。
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要是我來說的話可能還是會講故事一樣，都別介意，就是個科普，我中學的時候也有這種疑問，光、火這東西到底是不是「原子、分子」組成的，它屬於固體液體氣體這三種東西么。還有就是這些亂七八糟的子的理論是什麼時候提出來的。

我們知道古典希臘有個哲學家叫德謨克利特，這人是最早提出「原子」理論的，但是那時候的人認為的原子可不是現在這種原子，只不過是個「最小極限不可分割的一部分」——一尺之棰,日取其半,萬世不竭，你懂的。曰。

結果後來的人終於發展了原子理論，覺得真的存在這個「不可分割」的原子（分子），後來慢慢發展為世界只存在固體、液體、氣體這三種物質狀態，而這些狀態是由原子（分子）的運動狀態決定的。

所以對於光啊，火啊，電啊，「磁力」啊這些東西，大多數人認為這就是個物理現象，不是什麼物質。

但是這種原子理論對摩擦生電、燃燒有光這種現象終究解釋不了。所以人們還是對挖掘這幾種東西的本質耿耿於懷，人們發現這些現象都有點相似性，比如摩擦的電和電可以互相吸引排斥，磁鐵也可以互相吸引和排斥。所以就慢慢有了「正負電」「南北磁」的這種概念。1820年，一個神奇的人奧斯特出現了，他驚奇的發現通電的導線可以讓小磁針「buling」的動了一下，但是摩擦生出來的「靜電」卻不能和小磁針擦出小火花（發沒發現，這時候都要鴉片戰爭了，世界的自然科學水平也就那樣）。

後來那個名字很奢華的人物——法拉第出現了，這人覺得既然電流有磁的效果，那麼磁也能產生電流不。但是這人做了好多實驗都很失敗，當然也是個偶然的機會，這人把一個迴路通電又斷開的時候，他驚奇的發現另一個電路的電流計「buling」也動了一下。——這人終於發現了神奇的理論，就是」變動的「靜電「也就是電流可以產生磁，那麼同理變動的磁也可以產生電流。

這個理論直接造就了，我找個線圈劃拉磁鐵，那麼就產生了小電流，那麼也就促成了——發電機的產生。
這個理論隨後也就上升成為了2.0版，也就是電分正負，正負電都有自己的「電場」，「電場」「中和移動」的過程就會產生「電流」，電流就會產生「磁場」，那麼反過來，移動的磁場就會產生「電場」，電場會造成電荷的移動，也就是電流。

圖電場

圖磁場但是人們還是搞不清為什麼會有「電」這個神奇的東西，安培甚至提出了「分子電流」理論。

隨後那個很有名的物理學家麥克斯韋就提出了一個「電磁波」理論，這個理論用上面的東西就很好解釋了，既然運動的電場可以產生磁場，運動的磁場可以產生電場，那麼會不會存在一個電場磁場交替在空氣中運動的東西呢。
圖電磁波兩個場互相垂直的運動所以就biu的傳遞了下去

隨後有個德國物理學家叫尤利烏斯，他將一支空氣含量萬分之一的玻璃管兩端裝上兩根白金絲（真有錢啊），並在兩電極之間通上高壓電，便出現了「輝光放電」現象，後來這東西就被稱為——陰極射線。

後來人們在分析這種「陰極射線」的時候，發現這東西是一個帶著負電荷的流，也正是因為這個「陰極射線」，促使後來的「湯姆孫」提出了原子中存在「電子」的假說。電子是負電荷的根源，而失去電子的原子就是「正電荷」，我們也可以稱之為正「離子」。
而這種「輝光」，就是麥克斯韋說的那個——「電磁波」，人們竟然驚奇的發現，我了個去，原來我們天天看到的「光」，竟然就是那個電場和磁場共同作用傳播的電磁波。

圖可見光電磁場的變化頻率的不同造成了波長的不同，我們的可見光是所有電磁波中的很小一部分同理無線電、紫外線紅外線、X射線都是電磁波，只波長不適合我們我們看不到。

圖火焰

也就是說，一開始的氧化還原反應，造成了放熱之後的連鎖反應，由於電子這時候產生了激烈的「跳躍」，所以這個過程就放射出了電磁波，這也就是我們看到的藍光。
那外面那個黃白光是什麼呢。其實是這樣，由於越是靠外的火焰氧氣越充足，氧化反應就越劇烈，溫度也就越高（這也就是為什麼說外焰溫度高於內焰），燃燒不足的「顆粒」還有高溫的正負離子在高溫下共存，所以電荷這樣就更不老實了，這種情況下，造成了遊離碳的內部電子又一次不安分，這個過程就是類似燒紅的鐵一樣（電子躍遷又回到基態），所以又會發射出更劇烈的電磁波，就會產生「白熾光」的現象，這也就是我們看到的外層明亮的火光。它不屬於固體液氣氣體的任何一種形態，它是大量的離子高溫狀態下的一個狀態。我還依稀記得高中還是初中物理曾經講，物質除了三態，還有等離子體和液晶這兩種形態，當時還十分的好奇和困惑。所以外層火焰的重要組成部分就是這個等離子體。

圖物質的狀態電漿體也就是等離子體等離子體也是太陽的重要組成部分

所以說呢，火焰就是由於氧化還原反應產生的「等離子體」以及高溫氣體組成的，而這些東西會導致電子的「躍遷」，於是也就產生了電磁波，我們才能看見那明亮的光。

以上

火是物質的一種現象，是氣態可燃物或者是汽化了的可燃物，它們正在發生劇烈或比較劇烈的氧化反應。同時由於燃燒，產生巨大的熱量，使分子原子高速運動，能級躍遷到激發態，從而產生光熱現象。
而且火焰按照距反應區距離由近至遠分為：焰心，內焰，外焰。內焰氧化程度低，溫度低，熱量小，光譜集中在紅外區。內焰氧化程度較高，溫度稍高，光譜集中在可見光部分。外焰氧化程度最好，熱量大，溫度高光譜集中在紫外區。

火焰是由高能電子的能級躍遷所產生的。原子的外層是電子，而電子按照其能量的高低運行在遠近不同的電子層上，電子由於能量的改變而改變其所在的電子層就叫「能級的躍遷」能級的躍遷會向外輻射電磁波，可見光波就是其中一種，光波波長會根據其躍遷的級別改變。不同原子的躍遷現象會有所差異，所以我們就能看到各種顏色的火焰。

為毛我感覺火根本就不是什麼「物質」啊
在我看來火只是一種能量越級的現象而已吧，電子躍層之後變成我們能看見的可見光，不同的溫度使火焰的顏色不一樣。
文化程度低說的不對反正我匿

我也想過這個問題的，同樣是燃燒現象，煙霧是細微顆粒物，那火肯定也是某種物質。作為實驗，可以收取不在燃燒情況下的煙霧，但卻不能收取脫離開燃燒的火焰。這證明火焰的產生離不開燃燒，也就說明它不能作為物質獨立存在，那它就只有是燃燒時能量的一種表現，是視覺上的可識。。。。

初中的時候問過老師，老師說咱們中考後，好好討論討論，然後就沒有然後了

物質的一種存在狀態，是化學反應的劇烈過程，非固液氣三個常態，而是離子態，因為原子內部的電子由於氧化還原脫離了自己原來的軌道，原子就帶電性，稱離子。

離子態火焰有很多顏色，比如鈉原子燃燒起來是黃色的，鉀燃燒呈紫色，銅燃燒呈綠色或藍色（取決於銅氧比）。

煙花也是因此才有五顏六色的。

燃燒就是反應物劇烈的發光發熱現象，所以，火就是這種劇烈現象中放射的電磁波，我們看到的只是可見光波段的部分。

高溫氣體
sometimes等離子體

所謂的火不太好定義。一般來說就是燃燒過程所發出來的光。這光實際上是由很薄的一層、反應速率很大、溫度很高的混合氣體或者顆粒（燃燒產物），通過熱輻射現象釋放出來的。
因為熱輻射強度正比於溫度的四次方，所以在比較高的溫度下，輻射（發光）才會明顯地表現出來。燃燒過程只有很薄的反應區（火焰鋒面）的溫度高，其他地方溫度比較低，所以只有這個區域才會有明顯的熱輻射。火就指的是這部分。
熱輻射也依情況而不同。

非充分燃燒產生炭黑顆粒（soot）的時候，主要是碳顆粒在高溫時輻射出的光，一般是黃色火焰。燃料分子式里碳含量佔比比較大的一般是這種情況。這就和鐵塊在高溫時發紅甚至發白是一個道理。
充分燃燒無碳粒的時候就是氣體輻射。氣體輻射是電子躍遷產生的，因此有強烈的選擇性（或頻譜性），只在特定的波長段輻射，不連續。這一點和上一條固體的輻射不同，碳粒的輻射在波長分布是連續的。所以這時輻射的光分立在不同的波段，而且不一定在可見光波段，不一定能看到（所以也有所謂不發光火焰）。不同燃料的燃燒產物成分不同（CO2, H2O, NO, CO……等等濃度不同），輻射波段也不一樣，於是火焰顏色不一樣。

之所以會問這個問題，多半是從水來的。我們中國人的老祖宗認為水火是相對的。既然水是水分子構成。自然而然會認為火也是又什麼構成。但是，如果由近代科學來解釋，明顯我們不能把水火對等，火能看見的部分是光，能察覺的部分是反應放的熱。我認為火是現象，不是什麼類似水的概念。