Sitting around a campfire, you can feel its heat, smell the woody smoke, and hear it crackle. If you get too close, it burns your eyes and stings your nostrils. You could stare at the bright flames forever as they twist and flicker in endless incarnations. But what exactly are you looking at? The flames are obviously not solid, nor are they liquid. Mingling with the air, they’re more like a gas, but more visible--and more fleeting. And on a scientific level, fire differs from gas because gases can exist in the same state indefinitely while fires always burn out eventually.
Sentado cerca de una fogata puedes sentir su calor, oler el humo de la madera y escuchar cómo crepita. Si te acercas demasiado, te molesta la vista y las fosas nasales. Podrías permanecer absorto observando las brillantes llamas mientras se tuercen y arden formando distintas siluetas. Pero ¿qué es exactamente lo que estás mirando? Claramente, las llamas no son sólidas, y tampoco son líquidas. Al mezclarse con el aire, son más bien gaseosas, pero más visibles, y más fugaces. Y a un nivel científico, el fuego es diferente de los gases porque los gases pueden existir en el mismo estado de forma indefinida, mientras que el fuego siempre se extingue, finalmente.
One misconception is that fire is a plasma, the fourth state of matter in which atoms are stripped of their electrons. Like fire and unlike the other kinds of matter, plasmas don’t exist in a stable state on earth. They only form when gas is exposed to an electric field or superheated to temperatures of thousands or tens of thousands of degrees. By contrast, fuels like wood and paper burn at a few hundred degrees —far below the threshold of what's usually considered a plasma.
Una interpretación errónea es que el fuego es un plasma, el cuarto estado de la materia en el que los átomos pierden sus electrones. Al igual que el fuego, y a diferencia de los otros tipos de materia, el plasma no existe en la Tierra en estado estable. Se forma únicamente cuando el gas es expuesto a un campo eléctrico o a temperaturas altísimas de miles o decenas de miles de grados. En contraste, combustibles como la madera y el papel arden a unos pocos cientos de grados, muy por debajo del umbral de lo que usualmente se considera plasma.
So if fire isn’t a solid, liquid, gas, or a plasma, what does that leave? It turns out fire isn’t actually matter at all. Instead, it’s our sensory experience of a chemical reaction called combustion. In a way, fire is like the leaves changing color in fall, the smell of fruit as it ripens, or a firefly’s blinking light. All of these are sensory clues that a chemical reaction is taking place. What differs about fire is that it engages a lot of our senses at the same time, creating the kind of vivid experience we expect to come from a physical thing.
Entonces, si el fuego no es sólido, líquido, gas, ni plasma, ¿qué es? Resulta que el fuego no es materia en realidad. Es la experiencia sensorial de una reacción química llamada combustión. De cierta forma, el fuego es como las hojas que cambian de color en otoño, como el olor de las frutas al madurar, o como la luz titilante de una luciérnaga. Todas estas son pistas sensoriales de que se está produciendo una reacción química. Lo diferente del fuego es que involucra varios de nuestros sentidos a la vez, y esto crea el tipo de experiencia vívida que esperaríamos de algo físico.
Combustion creates that sensory experience using fuel, heat, and oxygen. In a campfire, when the logs are heated to their ignition temperature, the walls of their cells decompose, releasing sugars and other molecules into the air. These molecules then react with airborne oxygen to create carbon dioxide and water. At the same time, any trapped water in the logs vaporizes, expands, ruptures the wood around it, and escapes with a satisfying crackle. As the fire heats up, the carbon dioxide and water vapor created by combustion expand. Now that they’re less dense, they rise in a thinning column. Gravity causes this expansion and rising, which gives flames their characteristic taper. Without gravity, molecules don’t separate by density and the flames have a totally different shape.
La combustión crea esa experiencia sensorial empleando combustible, calor y oxígeno. En una fogata, cuando los leños alcanzan su punto de ignición, las paredes de sus células se descomponen, y liberan azúcares y otras moléculas. Estas moléculas reaccionan luego con el oxígeno presente en el aire y crean dióxido de carbono y agua. Al mismo tiempo, el agua de los leños se evapora, se expande, quiebra la madera que la contiene y escapa produciendo un agradable chasquido. A medida que la temperatura del fuego aumenta, el dióxido de carbono y el vapor de agua, creados por combustión, se expanden. Ahora que son menos densos, se elevan en una columna angosta. Esta expansión y elevación son causadas por la gravedad. Esto les da a las llamas su forma característica. Sin gravedad, las moléculas no se separan por densidad y las llamas tienen una forma totalmente distinta.
We can see all of this because combustion also generates light. Molecules emit light when heated, and the color of the light depends on the temperature of the molecules. The hottest flames are white or blue. The type of molecules in a fire can also influence flame color. For instance, any unreacted carbon atoms from the logs form little clumps of soot that rise into the flames and emit the yellow-orange light we associate with a campfire. Substances like copper, calcium chloride, and potassium chloride can add their own characteristic hues to the mix.
Podemos notar todo esto porque la combustión también crea luz. Las moléculas emiten luz al calentarse, y el color de la luz depende de la temperatura de las moléculas. Las llamas más calientes son blancas o azules. El tipo de molécula del fuego también puede influir en el color de las llamas. Por ejemplo, todos los átomos de carbono de los leños, que no reaccionaron, forman pequeños grupos de hollín que se alzan con las llamas y producen esa luz amarillenta o anaranjada que asociamos a una fogata. Sustancias como el cobre, el cloruro de calcio y el cloruro de potasio agregan sus propias tonalidades a la mezcla. Además de producir llamas de colores, el fuego continúa también generando calor.
Besides colorful flames, fire also continues to generate heat as it burns. This heat sustains the flames by keeping the fuel at or above ignition temperature. Eventually, though, even the hottest fires run out of fuel or oxygen. Then, those twisting flames give a final hiss and disappear with a wisp of smoke as if they were never there at all.
Este calor sustenta las llamas al mantener el combustible a la temperatura de ignición o a una superior. Pero, en algún momento, hasta los fuegos más calientes se quedan sin combustible y oxígeno. Cuando esto sucede, las llamas emiten un último siseo y desaparecen tras un vestigio de humo, como si nunca hubieran existido.