Ватра

мини|250п|Мапа ватре приказује локације активно горуће ватре широм света на месечној основи, формирана према подацима умерено резолуцијског спектрорадиометра (-{MODIS}-) на Тера сателиту организације НАСА. Боје се базиране на броју ватри (а не њиховој величини) уочених унутар области од 1.000 km². Бели пиксели указују на висок број ватри, на чак и по 100 пожара на подручју од 1.000 km² дневно. Жути пиксели означавају области са до 10 пожара, наранџасти 5 пожара и црвене површине до једног пожара дневно. мини|250п|Ватра

Ватра (или огањ) је брза оксидација материје у егзотермном хемијском процесу сагоревања, при чему се ослобађа топлота и светлост и разни реакциони продукти.Група аутора, Приручни лексикон, Знање, Загреб,1959. Спорији оксидативни прицеси као што су рђање или варење нису обухваћени дефиницијом ватре. У зависности од материјала тај процес може да буде и буран при чему се ослобађаја велика количина топлоте праћена високим температурама и експлозијама, а материјал мења своје хемијске особине. Да би ватра могла да се одржи, потребни су гориво, кисеоник и температура. Укидањем било којег од та три фактора, сагоревање престаје, што ватрогасци имају у виду при гашењу пожара.

Ватра је топла због конверзије слабе двоструке везе молекула кисеоника, -{O}-2, у јаче везе продуката сагоревања угљен-диоксида и воде, при чему се ослобађа енергија (418 -{kJ}- по 32 граму -{O}-2); енергије веза горива играју само маљу улогу овде. У одређеној тачки реакције сагоревања, која се назива тачком паљења, настаје пламен. Пламен је видљива порција ватре. Пламенови се састоје првенствено од угљен-диоксида, водене паре, кисеоника и азота. Ако су довољно топли, гасови могу да постану јонизовани чиме формирају плазму. У зависности од запаљене супстанце, и спољашњих нечистоћа, боја пламена и њен интензитет ће бити различити.

Ватра у свом најчешћем облику може да доведе до пожара, који потенцијално може да узрокује физичка оштећења путем сагоревања. Ватра је важан процес који утиче на еколошке системе широм света. Позитивни ефекти ватре укључују подстицање раста и одржавање различитих еколошких система.

Негативни учинци ватре обухватају хазард по живот и својину, загађење атмосфере, и контаминацију воде. Ако ватра уклони заштитну вегетацију, тешке падавине могу да доведу до повећања земљишне ерозије водом. Исто тако, кад вегетација сагори, азот који она садржи се ослобађа у атмосферу, за разлику од елемената као што су калијум и фосфор, који се задржавају у пепелу и бивају брзо рециклирани у земљиште. Овај губитак азота узрокован ватром производи дуготрајну редукцију плодности земљишта, у коме се веома споро врши повраћај азота процесом „фиксирања” из атмосфере дејством муња и помоћу биљки махунарки, као што је детелина.

Људи су користили ватру у ритуалима, у пољопривреди за чишћење земљишта, за кување, генерисање топлоте и светла, за сигнализацију, у погонске сврхе, таљење руде, ковање метала, спаљивање отпада, кремирање, и као оружје или начин уништења.

Ватра као појава Стварање пламена

мини|лево|250п|Тетраедар ватре.

Стварање пламена при сагоревању није обавезна карактеристика сагоревања сваког материјала. Уколико чврста супстанца не испарава на температури која се постиже сагоревањем, неће се видети пламен. Такав је случај са гвожђем када гори у кисеонику. Интензитет светлости потиче заправо од усијања гвожђа. Чврсте супстанце које испаравају на температури која се постиже сагоревањем, попут фосфора и сумпора, горе са приметним пламеномПаркес, Г. Д. & Фил, Д. 1973. Мелорова модерна неорганска хемија. Научна књига. Београд..

Ватра почиње када се запаљиви материјал, у комбинацији са довољном количином оксидатора као што је гас кисеоник или друго кисеоником богато једињење (мада некисеонични оксидатори постоје), изложи извору топлоте или температури амбијента изнад тачке паљења за мешавину горива и оксидатора, и када се може одржати стопа брзе оксидација којом се формира ланчана реакција. Ово се обично назива тетраедром ватре. Ватра не може да постоји без свих тих елемената на једном месту и у одговарајућој пропорцији. На пример, запаљива течност ће почети да гори једино ако су гориво и кисеоник у одговарајућим пропорцијама. Неким смешама горива и кисеоника је неопходан катализатор, супстанца која не бива конзумирана, кад је додата у било коју хемијску реакцију током сагоревања, али која омогућава реактантима да лакше сагоревају.

Након паљења, ланчана реакција се мора одвијати тако да ватра може да одржава властиту топлоту путем даљег ослобађања топлотне енергије у процесу сагоревања. Неопходно је и да ватра може да се шири, до чега долази ако постоји континуиран приступ оксидатору и гориву.

Ако је оксидатор кисеоник из окружујућег ваздуха, присуство гравитационе силе, или неке сличне силе узроковане убрзањем, је неопходно да се произведе конвекција, којом се уклањају производи сагоревања и доноси кисеоник у ватру. Без гравитације, ватра се брзо окружује сопственим производима сагоревања и неоксидирајућим гасовима из ваздуха, чиме се ускраћује приступ кисеонику, те долази до гашења ватре. Због тога је ризик од ватре у свемирској летелици мали, кад она кружи у инерцијалном лету. Ово није случај ако се кисеоник испоручује у ватру неким процесом, а не топлотном конвекцијом.

Ватра се може угасити уклањањем једног од елемената тетраедра ватре. Примера ради може се размотрити пламен природног гаса, као што је горионик шпорета. Ватра се може угасити било којим од следећих приступа: искључивање напајања гасом, чиме се уклања извор горива; комплетно покривање пламена, чиме се гуши пламен јер сагоревање користи доступни оксидатор (кисеоник из ваздуха) и потискује га из области око пламена помоћу -{CO}-2; примена воде, чиме се уклања топлота из ватре брже него што ватра може да је ослободи (слично томе, снажно дување на пламен може у потпуности да одвоји топлоту тренутно горећег гаса од његогово извора горива), или примена ретардантних хемикалија као што је халон на пламен, које ретардирају саму хемијску реакцију све док сама брзина сагоревања није преспора за одржавање ланчане реакције.

У контрасту с тим, ватра се интензивира повећањем свеукупне брзине сагоревања. Методе да се то оствари укључују балансирање улаза горива и оксидатора у стехиометријским пропорцијама, повећање улазне количине горива и оксидатора у виду те балансиране смеше, повећање температуре амбијента тако да топлота саме ватре може лакше да одржава сагоревање, или унос катализатора; нереактантског медијума у коме гориво и оксидатор могу лакше да реагују.

Пламен

Пламен је смеша реагујућих гасова и чврстог материјала која емитује видљиво, инфрацрвено, и понекад ултраљубичасто светло, чији фреквентни спектар зависи од хемијске композиције горућег материјала и интермедијарних реакционих продуката. У многим случајевима, као што је сагоревање органске материје, на пример дрвета, или некомплетно сагоревање гаса, ужарене чврсте честице зване чађ производе познати црвено-наранџасти сјај 'ватре'. Та светлост има континуирани спектар. Комплетно сагоревање гаса производи тамно плаву боје због емисије зрачења на појединачним таласнима дужинама услед различитих електронских транзиција у побуђеним молекулима формираним у пламену. Обично је обухваћен кисеоник, мада водонично сагоревање хлора исто тако производи пламен, и при томе се формира хлороводоник (-{HCl}-). Них друге комбинација производи пламен, неке од којих су, флуор у водоник, и хидразин и азот тетроксид. Пламенови водоника и хидразина/диметилхидразина су слично бледо плави, док сагоревање елемента бора и његових једињења, која су тестирана средином 20. века као високо енергетско гориво за млазне и ракетне моторе, емитује интензивно зелени пламен, што је довело до неформалног надимка „зелени змај”.

Сјај пламена је сложен. Зрачење црног тела се емитује из чађи, гаса и честица горива, иако су честице чађи сувише мале да би се понашале као савршена црна тела. Исто тако присутна је емисија фотона услед силаска атома и молекула са својих побуђених орбитала у гасовима. Већи део зрачења се емитује у видљивим и инфрацрвеним опсезима. Боја зависи од температуре зрачења црног тела и хемијског састава емисионог спектра. Доминантна боја пламена се мења са температуром. Фотографија шумског пожара у Канади је одличан пример ове варијације. Близу тла, где се већина сагоревања одвија, ватра је бела, што је најтоплија могућа боја за органски материјал уопште, или жута. Изнад жуте регије, боја се мења у наранџасту, која је хладнија, а затим у црвену, која је још хладнија. Изнад црвене регије, сагоревање се више не одвија, а честице угљеника су видљиве као црни дим.

Уобичајена дистрибуција пламена под нормалном гравитацијом зависи од конвекције, тако да чађ тежи да се попне до врха пламена, као што је случај са свећом при нормалним гравитационим условима, што га чини жутим. При микрогравитацији или нултој гравитацији,, National Aeronautics and Space Administration, попут окружења у дубокој васиони, више не долази до конвекције, и пламен постаје сферичан, са тенденцијом да постане плавији и ефикаснији (иако се лако гаси, уколико се стално не помера, пошто се -{CO}-2 формиран сагоревањем не распршује једнако брзо при микрогравитацији, и има тенденцију гушења пламена). Постоји неколико могућих објашњења за ову разлику, од којих је највероватније да је температура довољно равномерно распоређена да се не ствара чађ и да долази до потпуног сагоревања., National Aeronautics and Space Administration, April Експерименти које је спровела НАСА су показали да дифузиони пламенови у микрогравитацији омогућавају да се више чађи комплетно оксидује након што је формирана него у дифузним пламеновима на Земљи, услед серије механизама који се другачије понашају при микрогравитацији у односу на нормалне гравитационе услове., National Aeronautics and Space Administration, April Ова открића имају могуће примене у примењеној науци и индустрији, посебно у погледу ефикасности горива.

У моторима са унутрашњим сагоревањем, разни кораци су предузети да се елиминише пламен. Метод зависи углавном од тога да ли је гориво уље, дрво или високоенергетско гориво као што је млазно гориво.

Боја пламена мини|лево|250п|Палидрвце у пламену Боја пламена се разликује у зависности од врсте материјала/супстанце која гори. Ово својство се може искористити у аналитичкој хемији. Сумпор гори на ваздуху плавим пламеном, силицијум-хидрид бледозеленим, ацетилен светложућкастим, а соли стронцијума карминцрвеном бојом пламена,

„Конструкција“ пламена мини|десно|250п|Пламен свеће је пламен са двоструким омотачем.Осим што може имати различити облик, пламен може имати и различиту „конструкцију“. Она зависи од природе гаса који сагорева. Позната су два типа пламена: са једним омотачем и са двоструким омотачем.

Пламен са једним омотачем је најпростија врста пламена. Састоји се из два конуса: унутрашњег несагорелог гаса и спољашњег у коме се дешава хемијска реакција, а као пример може послужити сагоревање водоника у кисеонику.

Пламен са двоструким омотачем је типичан за сагоревање угљоводоника. Ово је сложенији тип пламена, јер је сложенији низ реакција које се у њему врше. Бунзенова грејалица нема овакав пламен.

Луминозност пламена

Ватра

Źródło i licencja