 |
El foc és un dels fenòmens naturals més fascinants i, probablement, un dels més decisius de la història de la humanitat. Molt abans de l'aparició de l'agricultura, les ciutats o l'escriptura, els nostres avantpassats van aprendre a controlar una força natural que transformaria profundament la relació amb el seu entorn. Este domini no va ser immediat ni trivial: va implicar observació, experimentació i la transmissió de coneixements al llarg de generacions.
El foc va proporcionar calor en ambients freds, va permetre habitar regions abans inaccessibles i va oferir protecció davant els depredadors. No obstant això, un dels seus impactes més significatius va ser la transformació dels aliments. La cocció suposa un canvi físic i químic que modifica l'estructura de proteïnes i carbohidrats, i facilita la digestió. Este procés reduïx l'esforç metabòlic necessari per a obtindre energia i augmenta la seua disponibilitat. Diverses hipòtesis suggerixen</> que este increment d'energia va poder contribuir al desenrotllament de cervells més grans i complexos en l'evolució humana.
A més, el foc va tindre una dimensió profundament social. Les fogueres, que estos dies són també protagonistes de la celebració de Sant Joan, es van convertir en punts de reunió on no sols es compartia aliment, sinó també coneixement, llenguatge i cultura. Al voltant del foc probablement van nàixer moltes formes de narració i transmissió oral que constituïxen l'origen de la cultura humana. En este sentit, el foc no sols va transformar la matèria, sinó també la vida social.
El triangle del foc o ingredients d'una foguera
Des d'una perspectiva científica, el foc és la manifestació visible d'un conjunt de reaccions químiques conegudes com a reaccions de combustió. Impliquen l'oxidació ràpida d'un combustible, generalment ric en carboni i hidrogen, en presència d'un comburent, normalment oxigen molècula (O₂). Durant este procés s'allibera, d'una banda, energia en forma de calor i radiació electromagnètica. Per un altre, diversos productes gasosos. Depenent de la naturalesa del combustible, també es poden generar residus sòlids: les cendres.
Perquè una combustió es produïsca, és necessari reunir tres factors fonamentals: combustible, comburent i energia d'activació. Este model es coneix com el “triangle del foc”. Si un d'estos elements no és present o s'elimina durant el procés, o no es pot iniciar la combustió o s'extingix. Este principi és la base de les estratègies modernes de prevenció i extinció d'incendis.
Encara que el concepte general de combustió és relativament senzill, el seu desenrotllament real implica processos extremadament complexos a escala molecular.
Per què dins de l'Artemis les flames serien esfèriques
La flama és una regió de l'espai on tenen lloc, simultàniament, múltiples processos físics i químics. No és un objecte sòlid ni una substància, sinó un sistema dinàmic en el qual es combinen reaccions químiques, transferència de calor, moviment de gasos i emissió de radiacions.
En el seu interior es poden distingir diferents zones: primer, una zona de precalfament, on el combustible es calfa i comença a descompondre's. Segon, una zona de reacció, on es produïxen les reaccions químiques més intenses. I, finalment, una zona de postcombustió, on s'estabilitzen els productes finals.
En condicions normals de gravetat, els gasos calents ascendixen a causa de la seua menor densitat i generen la forma allargada característica de la flama. En canvi, en condicions de microgravetat, l'absència de convecció provoca que les flames adopten formes esfèriques, dominades per processos de difusió.
L'origen de les flames verdes i violetes
Una de les propietats més cridaneres del foc és la seua capacitat per a emetre llum, que pot fer que una habitació s'il·lumine de tons rojos, blaus o taronges. La llum visible es correspon amb una fracció molt xicoteta del espectre electromagnètic, amb longituds d'ona d'entre aproximadament 400 i 700 nanòmetres. L'emissió de llum pot tindre dos orígens principals:
L'excitació electrònica. A altes temperatures, els electrons dels àtoms i les molècules poden absorbir energia i excitar-se. Quan tornen a un estat de menor energia, l'alliberen en forma de fotons. L'energia dels fotons determina el color de la llum emesa.
La incandescència. En les combustions incompletes es formen partícules sòlides de carboni (sutge) que poden calfar-se fins a emetre radiació tèrmica contínua, un fenomen conegut com a incandescència. Este procés és el responsable dels tons grocs i ataronjats de moltes flames.
Per tant, el color d'una flama depén tant de la temperatura com de les espècies químiques presents:
És roig a 600–800 °C, temperatures relativament baixes.
És groc i taronja a 800–1200 °C, quan es dona una combustió incompleta i es produïx la formació de sutge.
És blava a 1 300–1 600 °C, temperatures a les quals es produïx una combustió eficient, amb una mescla adequada de combustible i oxigen.
A més, alguns elements químics poden emetre colors característics quan s'exciten tèrmicament: per exemple, el sodi produïx un groc intens; el potassi, el foc de color violeta, i el coure, una flama de color verd.
Com construir una foguera eficient
Quan encenem la fusta, el procés no comença directament amb la combustió. Abans té lloc la piròlisi, una descomposició tèrmica dels components de la fusta, com la cel·lulosa o la lignina.
Durant la piròlisi, s'alliberen gasos inflamables que, en reaccionar amb l'oxigen, produïxen la flama. A mesura que avança el procés, s'alliberen gasos volàtils que alimenten la combustió, es forma un residu sòlid ric en carboni (brases) i, finalment, queda la cendra, formada per òxids, carbonats, fosfats, etc.
Les brases poden continuar alliberant calor durant molt de temps a causa de reaccions d'oxidació més lentes.
Però de què depén la eficiència d'una combustió? O, dit d'una altra manera, com fer una bona foguera? Primer, és imprescindible seleccionar combustible sec. Hem de començar amb materials fins fins a afavorir la circulació d'aire. Quan el foc ja està fet, hem d'alimentar-lo progressivament i aprofitar les brases.
Intentem fer foc, però només ix fum
El fum és una mescla visible de gasos i partícules sòlides o líquides en suspensió en l'aire (aerosols). Es forma, principalment, quan la combustió és incompleta, és a dir, quan no hi ha suficient oxigen o quan la mescla de reactius no és adequada.
En condicions ideals, els productes de la combustió són diòxid de carboni i vapor d'aigua, els dos incolors. Malgrat això, en condicions reals, poden generar-se també: partícules de carboni (sutge), responsables del fum negre; monòxid de carboni, un gas tòxic; o hidrocarburs no cremats o compostos com el formaldehid (HCHO).
El fum blanc, per part seua, sol estar associat a la condensació del vapor d'aigua en xicotetes gotes que dispersen la llum.
Comprendre el foc
El foc és una manifestació extraordinària de la química i la física en acció. Des del seu descobriment, per part dels nostres avantpassats, fins a les seues aplicacions modernes, ha sigut un element central en l'evolució humana.
Cada flama és el resultat d'una complexa xarxa de processos microscòpics en els quals la matèria es transforma en energia. Comprendre el foc ens permet no sols utilitzar-lo de manera més eficient i segura, sinó també apreciar la sofisticació d'un fenomen que, malgrat ser tan quotidià, amaga una enorme complexitat.
Juan José Borrás Almenar, Catedràtic de Química Inorgànica, Universitat de València
Este article va ser publicat originalment en The Conversation. Llija el original.
* Ho pots llegir perqué cronicacampdeturia.org som Creative Commons