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.
Seduto vicino a un falò, puoi sentire il suo calore, l’odore legnoso del fumo e ascoltarlo scoppiettare. Se ti avvicini troppo, ti bruciano gli occhi e ti prude il naso. Potresti fissare all’infinito le fiamme vive mentre si muovono e tremolano in infinite incarnazioni. Ma cosa stai guardando esattamente? Le fiamme ovviamente non sono solide e nemmeno liquide. Mescolandosi all’aria, sono più come un gas, ma più visibili e più fugaci. Dal punto di vista scientifico, il fuoco è diverso da un gas perché i gas possono esistere nello stesso stato indefinitamente mentre prima o poi il fuoco si spegne.
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.
Secondo una convinzione errata il fuoco sarebbe un plasma, il quarto stato della materia in cui gli elettroni vengono sottratti ai loro atomi. Come il fuoco e diversamente dagli altri tipi di materia, il plasma non esiste in uno stato stabile sulla Terra. Si forma solo quando il gas è esposto a un campo elettrico o surriscaldato a temperature di centinaia o decine di centinaia di gradi. Viceversa, i combustibili come il legno e la carta bruciano ad alcune centinaia di gradi, molto al di sotto della soglia di ciò che di solito è considerato 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.
Quindi se il fuoco non è un solido, un liquido, un gas o un plasma, cosa rimane? In realtà il fuoco non è affatto materia. Invece, è la nostra esperienza sensoriale di una reazione chimica detta combustione. Per certi versi, il fuoco è come le foglie che cambiano colore in autunno, l’odore di un frutto che matura, o la luce intermittente di una lucciola. Sono tutti indizi sensoriali che sta avvenendo una reazione chimica. La differenza col fuoco è che esso attrae molti dei nostri sensi contemporaneamente, creando quella vivida esperienza che ci aspettiamo provenire da una cosa fisica.
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 combustione crea quell’esperienza sensoriale usando combustibile, calore e ossigeno. In un falò, quando i ceppi raggiungono la temperatura d’accensione, le pareti delle loro cellule si decompongono, rilasciando zuccheri e altre molecole nell’aria. Queste molecole poi reagiscono con l’ossigeno dell’aria creando anidride carbonica e acqua. Contemporaneamente, l’acqua intrappolata nei ceppi evapora, si espande, rompe il legno che la circonda e si disperde emettendo uno scoppiettio soddisfacente. Quando il fuoco si scalda, l’anidride carbonica e il vapore acqueo creati con la combustione si espandono. Ora che sono meno densi, si alzano in una sottile colonna. La gravità causa questa espansione e risalita, che determina il caratteristico assottigliamento della fiamma. Senza gravità, le molecole non si separano in base alla densità e le fiamme hanno una forma totalmente diversa.
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.
Possiamo vederlo perché la combustione genera anche luce. Le molecole emettono luce quando si scaldano, e il colore della luce dipende dalla temperatura delle molecole. Le fiamme più calde sono bianche o blu. Anche il tipo di molecole in un fuoco può influenzare il colore della fiamma. Per esempio, gli atomi di carbonio che non hanno reagito formano ammassi di fuliggine che dai ceppi sale nelle fiamme ed emettono la luce giallo-arancione che associamo al falò. Sostanze quali rame, cloruro di calcio e cloruro di potassio possono aggiungere la loro luce caratteristica all’insieme.
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.
Oltre alle fiamme colorate, il fuoco continua anche a generare calore mentre brucia. Il calore sostiene le fiamme mantenendo la combustione al livello o sopra la temperatura di accensione. Ma alla fine, anche i fuochi più caldi finiscono il combustibile o l’ossigeno. Poi, le fiamme intrecciate fanno un sibilo finale e spariscono con uno sbuffo di fumo come se non fossero mai state lì.