Lửa là chất rắn, lỏng, khí hay plasma?

Lửa chắc chắn không phải chất rắn hay lỏng, nhưng cũng không phải chất khí hay plasma.

Hòa lẫn với không khí, lửa có vẻ giống một chất khí hơn. Tuy nhiên, lửa khác với khí vì chất khí có thể tồn tại ở trạng thái này vô thời hạn trong khi lửa cuối cùng sẽ luôn tàn.

Một quan niệm sai lầm khác cho rằng lửa là plasma, trạng thái thứ 4 của vật chất trong đó các nguyên tử bị tước đi electron. Plasma chỉ hình thành khi khí tiếp xúc với điện trường hoặc bị làm nóng đến hàng nghìn hoặc hàng chục nghìn độ. Còn lửa cháy với các nhiên liệu như gỗ và giấy chỉ ở mức nhiệt vài trăm độ, thấp hơn nhiều so với ngưỡng thông thường của plasma.

Vậy lửa là gì?

Lửa thực ra hoàn toàn không phải là vật chất mà là trải nghiệm giác quan của con người về một phản ứng hóa học gọi là đốt cháy.

Theo phương diện nào đó, lửa giống như là một tín hiệu cảm giác cho thấy một phản ứng hóa học đang diễn ra, giống như lá đổi màu vào mùa thu, mùi trái cây khi chín hay ánh sáng nhấp nháy của đom đóm.

Điều khác biệt là lửa thu hút nhiều giác quan cùng lúc, tạo nên trải nghiệm sống động hơn. Nhiên liệu, nhiệt và oxy kết hợp với nhau tạo ra sự đốt cháy.

Khi đốt lửa trại, các khúc củi khi được làm nóng đến nhiệt độ bốc cháy, thành tế bào của chúng bị phân hủy, giải phóng đường và các phân tử khác vào không khí. Những phân tử này sẽ phản ứng với oxy trong không khí để tạo ra CO2 và nước.

Khi đó, nước đọng trong các khúc củi bốc hơi, giãn nở, làm nứt vỡ gỗ xung quanh rồi thoát ra tạo ra tiếng nổ lép bép. Khi lửa nóng lên, CO2 và hơi nước sinh ra trong quá trình đốt cháy cũng giãn nở và bốc lên thành một cột mỏng dần. Trọng lực khiến cho các ngọn lửa hình búp măng đặc trưng.

Nếu không có trọng lực, các phân tử không thể tách ra do mật độ. Khi đó, các ngọn lửa sẽ có hình dạng hoàn toàn khác.

Con người có thể nhìn thấy tất cả những thứ này vì quá trình đốt cháy cũng tạo ra ánh sáng. Màu sắc ánh sáng được tạo ra bởi quá trình đốt cháy phụ thuộc vào nhiệt độ của các phân tử. Những ngọn lửa nóng nhất có màu trắng hoặc xanh lam.

Màu của lửa cũng có thể bị ảnh hưởng bởi loại phân tử trong lửa. Ví dụ những nguyên tử carbon không phản ứng từ các khúc củi tạo thành những mảnh bồ hóng nhỏ bay vào lửa, phát ra ánh sáng màu vàng cam. Các chất như đồng, canxi clorua, kali clorua, có thể thêm màu sắc đặc trưng của chúng vào lửa.

Khi cháy, lửa cũng tiếp tục sinh ra nhiệt. Nhiệt duy trì ngọn lửa bằng cách giữ cho nhiên liệu ở mức nhiệt bốc cháy hoặc cao hơn.

Nhưng cuối cùng, kể cả những đám cháy nóng nhất cũng sẽ cạn kiệt nhiên liệu hoặc oxy và biến mất với làn khói như chưa từng xuất hiện.