Come funziona il fuoco
Tipicamente, il fuoco deriva da una reazione chimica tra l’ossigeno nell’atmosfera e un qualche tipo di combustibile (legno o benzina, per esempio). Naturalmente, legno e benzina non prendono fuoco spontaneamente solo perché sono circondati da ossigeno. Affinché la reazione di combustione avvenga, è necessario riscaldare il combustibile alla sua temperatura di accensione.
Ecco la sequenza di eventi in un tipico incendio di legna:
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Qualcosa riscalda la legna ad una temperatura molto alta. Il calore può provenire da molte cose diverse: un fiammifero, una luce focalizzata, l’attrito, un fulmine, qualcosa che sta già bruciando…
Quando il legno raggiunge circa 300 gradi Fahrenheit (150 gradi Celsius), il calore decompone parte del materiale di cellulosa che lo compone.
Alcuni dei materiali decomposti vengono rilasciati come gas volatili. Conosciamo questi gas come fumo. Il fumo è composto da idrogeno, carbonio e ossigeno. Il resto del materiale forma il carbone, che è carbonio quasi puro, e la cenere, che è tutti i minerali incombustibili del legno (calcio, potassio e così via). Il carbone di legna è ciò che si compra quando si compra la carbonella. Il carbone è legno che è stato riscaldato per rimuovere quasi tutti i gas volatili e lasciare il carbonio. Questo è il motivo per cui un fuoco di carbone brucia senza fumo.
L’effettiva combustione del legno avviene poi in due reazioni separate:
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“- Quando i gas volatili sono abbastanza caldi (circa 500 gradi F (260 gradi C) per il legno), le molecole del composto si rompono, e gli atomi si ricombinano con l’ossigeno per formare acqua, anidride carbonica e altri prodotti. In altre parole, bruciano.
- Anche il carbonio nel carbone si combina con l’ossigeno, e questa è una reazione molto più lenta. Ecco perché la carbonella in un barbecue può rimanere calda per molto tempo.
Un effetto collaterale di queste reazioni chimiche è un sacco di calore. Il fatto che le reazioni chimiche in un incendio generino molto nuovo calore è ciò che sostiene il fuoco. Molti combustibili bruciano in una sola fase. La benzina è un buon esempio. Il calore vaporizza la benzina e tutto brucia come un gas volatile. Non c’è carbone. Gli esseri umani hanno anche imparato come dosare il combustibile e controllare il fuoco. Una candela è uno strumento per vaporizzare lentamente e bruciare la cera.
Come si riscaldano, gli atomi di carbonio in aumento (così come gli atomi di altri materiali) emettono luce. Questo effetto “il calore produce luce” si chiama incandescenza, ed è lo stesso tipo di cosa che crea la luce in una lampadina. È ciò che causa la fiamma visibile. Il colore della fiamma varia a seconda di ciò che si sta bruciando e di quanto è caldo. La variazione di colore all’interno di una fiamma è causata da una temperatura non uniforme. Tipicamente, la parte più calda di una fiamma – la base – brilla di blu, e le parti più fredde in alto brillano di arancione o giallo.
Oltre a emettere luce, le particelle di carbonio in aumento possono raccogliersi sulle superfici circostanti come fuliggine.
“La cosa pericolosa delle reazioni chimiche nel fuoco è il fatto che si autoperpetuano. Il calore della fiamma stessa mantiene il combustibile alla temperatura di accensione, quindi continua a bruciare finché c’è combustibile e ossigeno intorno. La fiamma riscalda qualsiasi combustibile circostante, quindi rilascia anche i gas. Quando la fiamma accende i gas, il fuoco si diffonde.
Sulla Terra, la gravità determina come la fiamma brucia. Tutti i gas caldi nella fiamma sono molto più caldi (e meno densi) dell’aria circostante, quindi si muovono verso l’alto verso una pressione più bassa. Questo è il motivo per cui il fuoco si diffonde tipicamente verso l’alto, ed è anche il motivo per cui le fiamme sono sempre “puntate” verso l’alto. Se si dovesse accendere un fuoco in un ambiente di microgravità, ad esempio a bordo della navetta spaziale, si formerebbe una sfera!