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.
Sentados em volta duma fogueira, sentimos que há calor, cheiramos a madeira queimada, e ouvimos a lenha a estalar. Se nos aproximarmos demais, ficamos com os olhos a arder e o nariz a picar. Não paramos de olhar para as chamas brilhantes enquanto elas dançam e cintilam em inúmeras encarnações... Mas estamos a olhar para o quê? As chamas, obviamente, não são sólidas nem são líquidas. Misturando-se com o ar, são mais uma espécie de gás mas mais visíveis e mais fugazes. A nível científico, o fogo é diferente de um gás porque os gases existem no mesmo estado, permanentemente enquanto as chamas acabam por se extinguir.
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.
Um erro vulgar é pensar que o fogo é um plasma, o quarto estado da matéria em que os átomos estão privados dos seus eletrões. Tal como o fogo e ao contrário de outros tipos de matéria, os plasmas não existem num estado estável, no planeta. Só se formam quando o gás é exposto a um campo elétrico ou superaquecido a temperaturas de milhares ou dezenas de milhares de graus. Em contraste, combustíveis como a madeira e o papel ardem a umas centenas de graus muito abaixo do limiar habitualmente considerado para um 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.
Assim, se o fogo não é um sólido, nem um líquido, nem um gás, nem um plasma, o que é que resta? Acontece que o fogo não é matéria. Pelo contrário, é a nossa experiência sensorial de uma reação química chamada combustão. De certo modo, o fogo é como as folhas que mudam de cor no outono, o cheiro dos frutos quando estão maduros, ou a luz cintilante dum pirilampo. Tudo isto são pistas sensoriais de que está a ocorrer uma reação química. A diferença é que o fogo envolve muitos dos nossos sentidos ao mesmo tempo, criando uma espécie de experiência viva que esperamos provenha duma coisa física.
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.
A combustão cria essa experiência sensorial usando combustível, calor e oxigénio. Numa fogueira, quando os cavacos são aquecidos à temperatura de ignição, as paredes das células decompõem-se, libertando no ar açúcares e outras moléculas. Essas moléculas reagem depois com o oxigénio da atmosfera e criam dióxido de carbono e água. Ao mesmo tempo, a água encerrada nos cavacos vaporiza-se, expande-se, quebra a madeira à sua volta e escapa-se com um crepitar agradável. À medida que o fogo aumenta de calor, o dióxido de carbono e o vapor de água criados pela combustão, expandem-se. Agora que são menos densos elevam-se numa coluna afunilada. É a gravidade que causa esta expansão e elevação que dá às chamas o seu afunilamento característico. Sem gravidade, as moléculas não se separam por densidade e as chamas terão uma forma totalmente diferente.
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.
Vemos tudo isso porque a combustão também dá origem a luz. As moléculas emitem luz quando aquecidas e a cor dessa luz depende da temperatura das moléculas. As chamas mais quentes são brancas ou azuis. O tipo de moléculas num fogo também pode influenciar a cor das chamas. Por exemplo, os átomos de carbono dos cavacos, que não reagiram, formam pequenos montes de fuligem que se elevam nas chamas e emitem a luz amarelo-laranja que associamos a uma fogueira. Substâncias como o cobre, o cloreto de cálcio, e o cloreto de potássio podem juntar à mistura as suas características.
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.
Para além das chamas coloridas, o fogo também continua a gerar calor, à medida que arde. Esse calor alimenta as chamas mantendo o combustível à temperatura de ignição ou acima dela. Mas, por fim, mesmo os fogos mais quentes acabam por esgotar o combustível ou o oxigénio. Nessa altura, as chamas caprichosas dão o último suspiro e desaparecem numa nuvem de fumo como se nunca tivessem existido.