Почему от огня идет дым

Костер прогорел, и от весело плясавших поленьев осталась лишь горстка раскаленных углей. Они отдают мощный жар, но пламени почти не видно, и главное — нет ни струйки дыма. А теперь киньте свежее полено или даже простой лист бумаги. Сначала новое топливо начнет чадить — повалит густой белый дым. Но пройдет всего несколько мгновений, и дым, скорее всего, вспыхнет и исчезнет, уступив место чистому пламени.

За этим зрелищем скрывается сложная химия и физика горения. Разберемся, из чего состоит дым и почему он бывает не всегда.

Из чего состоит древесина Фото: Anton Hrechaniuk/Shutterstock/FOTODOM Древесина состоит из воды, золы, летучих органических соединений и целлюлозы

Любой кусок древесины — это склад четырех компонентов.

Во-первых, вода. В свежесрубленном дереве ее больше половины веса, и даже сухие дрова, пролежавшие пару лет, хранят в себе остатки влаги.

Во-вторых, зола — это несгораемые минералы вроде кальция или калия, которые остаются после пожара в виде серого пепла.

В-третьих, это летучие органические соединения и чистый углерод. Когда дерево росло, его клетки наполнял сок, богатый различными углеводородами.

Наконец, в-четвертых, это целлюлоза — основа древесины. Ее можно сравнить с углеводом, близким родственником обычного сахара.

Все эти вещества горючи, а если они легко испаряются при нагреве, их называют летучими. Тот самый аромат дыма, который стойко въедается в одежду, — это не что иное, как летучие органические соединения, которые не успели сгореть. Фенолы, крезолы, смолы — сложная смесь веществ уносится воздухом и оседает. 

Как проходит процесс горения Фото: Frank Lambert/Shutterstock/FOTODOM Когда древесина нагревается до 150°C, выделяются первичный дым и летучие соединения, а при 300°C и выше они воспламеняются, превращаясь в углекислый газ и водяной пар

При температуре около 150 ℃ вода и легкие углеводороды начинают покидать древесину. Это и есть тот самый первичный белый дым. Но как только температура поднимается до 300 ℃, пары воспламеняются. Летучие соединения вступают в реакцию с кислородом и сгорают полностью, превращаясь в углекислый газ и водяной пар. Дым исчезает, потому что его составные части перестали существовать как твердые частицы.

Теперь понятно, почему угли, в отличие от сырых дров, не дымят. Древесный уголь получают путем нагрева древесины без доступа воздуха — например, в закрытой глиняной емкости. При прокаливании до 500–600 ℃ все летучие соединения исчезают, и в угле остается практически чистый углерод. Когда такой уголь горит, углерод напрямую соединяется с кислородом, давая ровный жар и углекислый газ без всяких примесей.

Тот же принцип работает и с каменным углем: кокс, полученный в безвоздушной среде, горит намного чище. А дым, который выделяется при его производстве, кстати, совсем не бесполезен. Из него добывают каменноугольную смолу, аммиак и даже спирты. Метанол, или древесный спирт, раньше действительно получали перегонкой древесного дыма.

Но чистое горение таит опасность. Если углероду не хватает кислорода, он сгорает не до углекислого газа, а до угарного. Угарный газ не имеет ни цвета, ни запаха. Пламя может быть голубым и красивым, дыма не будет вовсе, но в воздухе скапливается смертельная отрава. Вот почему нельзя закрывать печную заслонку, пока угли не прогорели полностью — вы не увидите и не почувствуете угрозу, пока не станет поздно.

О чем говорит цвет дыма Фото: ungvar/Shutterstock/FOTODOM Цвет дыма означает, что лежит в основе горения

Дым бывает разным. Белые клубы, черный жирный шлейф, серая пелена — каждый цвет рассказывает свою историю.

Белый дым — это привет от воды и легких смол. Когда дерево только нагревается, из него испаряется влага и легкие углеводороды — они еще не горят, а просто туманом поднимаются вверх.

Черный дым — признак настоящей трагедии для топлива. Это чистый углерод, сажа, которая образуется, когда огню не хватает кислорода. Пламя задыхается, и миллиарды мельчайших частичек углерода улетают в небо, окрашивая дым в цвет ночи.

Серый или сизый дым — компромисс, смесь крупных и мелких частиц, знак того, что горение идет, но с перебоями.

Таким образом дым — это частицы дерева, которые не нашли своего кислорода и улетели в трубу. Хороший огонь почти невидим.

По материалам howstuffworks.com.

Как устроены свечи

Дым вверх — к ясной погоде: существуют ли приметы, подтвержденные наукой

Как человек подчинил себе огонь: от удара молнии до огнива