相信大家都点过蜡烛，也都熟悉诗人杜牧的诗句“蜡烛有心还惜别，替人垂泪到天明”，诗人借蜡烛燃烧、垂泪的现象抒发和友人惜别的诚挚感情。

当我们用打火机点燃蜡烛时，蜡烛立即产生明亮的火焰。面对点燃的蜡烛，你看到了什么，又想到了什么？

1.1.1　蜡烛燃烧发生了什么变化？

为什么蜡烛燃烧会“垂泪”？蜡烛在燃烧中消失了，构成蜡烛的物质真的消失了吗？

蜡烛是用石蜡和棉纱线（作为烛芯）制成的。石蜡是从石油中提取出来的固态物质。石蜡受热容易熔化，并进一步气化变成石蜡蒸气。不同的石蜡熔沸点有差异，熔点约为47～64℃，沸点在322℃左右。在空气中，石蜡于158～200℃时就能发火燃烧。

我们可以利用图1-1来说明蜡烛燃烧发生的变化。蜡烛的烛芯上吸附着一些石蜡，用打火机点蜡烛时，打火机发火产生的热可以点燃烛芯上吸附的石蜡，烛芯也随之燃烧。燃烧发出的热使蜡烛烛芯附近的固态石蜡熔化，并沿着烛芯往上升，转变成石蜡蒸气，石蜡蒸气燃烧形成火焰（图1-1的A处）。在图1-1的B处，石蜡吸收火焰发出的热，慢慢熔化变成液态，液态石蜡从蜡烛边缘流淌下来，形成蜡泪，在C处变冷又凝固成固态。一些液态石蜡从烛芯上升，变成蒸气，在A处燃烧。在B、C处石蜡只发生状态变化，在A处蒸气燃烧，发生的变化不同于状态变化，蜡烛燃烧变成了其他物质，发生了化学变化。

蜡烛燃烧贡献出光和热。明亮的火焰是石蜡蒸气燃烧形成的碳颗粒在高温下发出的光。图1-2显示，把蜡烛火焰中心的石蜡蒸气用短玻璃管引出，在玻璃管口有灰白色石蜡蒸气，点燃它就可以看到石蜡蒸气燃烧的火焰。用一块玻璃片轻轻压在蜡烛火焰上，取出来可以看到玻璃片上附着着一层黑色的炭粉末——炭黑。

石蜡或石蜡蒸气完全燃烧，似乎“消失”了，其实并非如此。构成石蜡的物质转变成两种我们肉眼看不到的新物质——二氧化碳气体和水蒸气。石蜡燃烧是和氧气发生反应，生成二氧化碳气体和水蒸气。燃烧时石蜡中蕴含的化学能转化为光能和热释放出来。

在化学科学中，人们用化学符号表示某种物质，如用C_xH_y表示石蜡蒸气（该式称为石蜡的化学式），用符号O₂（氧气的化学式）表示氧气，用符号CO₂、H₂O分别表示二氧化碳、水蒸气（两式分别是两种物质的化学式）。用下式（化学方程式）表示石蜡在空气中燃烧发生的变化：

C_xH_y＋（x＋y/4）O₂xCO₂＋y/2H₂O

自然界和我们日常生活中的燃烧现象，都是可燃的物质和空气中的氧气发生剧烈的化学反应生成新物质，并放出大量的光和热，燃烧生成的新物质常常都有二氧化碳和水蒸气。在变化中有新物质生成是化学变化区别于物理变化的最重要的特征。

和蜡烛一样，各种物质在一定条件下，都会发生物理变化或化学变化。地球上最常见的水，不仅会流动、会变成冰、化为水蒸气，还可以通入电流使之分解，转化为氢气、氧气。水汽化变成水蒸气、水凝结成为冰，水还是水；水分解成氢气、氧气，便是转化为新的物质。人们把有新物质生成的物质变化称为化学变化。

1.1.2　火焰是什么？

蜡烛燃烧发光发热，形成火焰。火焰带给人们无限的激情，篝火晚会是人们喜爱的欢庆活动；能高举燃烧着奥运圣火的火炬，参加火炬传递是一件非常荣耀的事。人们通常总是把火焰和燃烧联系在一起，日常观察到的许多物质的燃烧，都有火焰形成。但是，并不是所有的燃烧都会产生火焰。木炭燃烧虽然被称为“炭火”，却只见烧得赤红炽热的炭，却不见火焰。火焰是什么？是怎么形成的？木炭燃烧的炭火为什么没有形成火焰？

燃烧是发光发热的剧烈的化学反应。燃烧总伴随着发光发热，但并不一定会形成火焰。只有气态物质燃烧才会产生火焰，煤气、石油液化气燃烧都形成火焰。汽油、酒精不是气态，燃烧为什么会形成火焰？因为它们易挥发，点燃汽油和酒精，迅速挥发形成的汽油、酒精蒸气弥漫空间，燃烧就形成熊熊烈火。石蜡是固态物质，但它能转变成石蜡蒸气，燃烧也会形成火焰。

木材燃烧的同时，在高温下，木材中的一些成分分解、挥发，形成的气态物质中含有可燃的气体，发火燃烧就形成火焰。把木材在高温下烧制成木炭，木头中可以挥发成气体的物质都已经挥发，余下的是比较纯净的固体木炭，燃烧没有可燃的气态物质形成，而且炭的沸点高，燃烧时的温度低于炭的沸点，不可能形成气态的炭，也不会产生火焰。

焰火腾空升起，形成明亮、绚丽、五彩的图案。如果燃放焰火，在空中形成的是一团团火焰，则美感尽消。制造焰火的火药燃料中的一些固体物质在空中燃烧，只会发出不同颜色的光，不会形成气体可燃物，不会形成火焰。彩色焰火的颜色取决于焰火火药中所含的物质成分。

彩色焰火中添加了不同的金属化合物，这些金属化合物在焰火燃烧时会放出不同颜色的光。例如，含金属锂（Li）的化合物产生红光，含金属钡（Ba）的化合物产生绿光，含铜（Cu）的化合物产生蓝光。

用一种活泼的金属——镁（Mg）压延形成的带状薄片——镁带，在酒精灯焰上点燃，可以看到刺眼明亮的白光，还可以看到白色烟雾。这是为什么？金属镁沸点高（沸点1107℃），镁带在650℃左右就可燃烧，没有成为气态，所以燃烧没有形成火焰。但是镁带在氧气中燃烧形成的高温可达3600℃（不考虑散热因素），放出明亮的白光，燃烧生成白色的氧化镁（MgO），有一部分转变为气态，而后又凝结成细小颗粒形成白烟（图1-3）。

可见，燃烧和火（火焰）的含义并不完全一样。许多可燃物的燃烧都有火焰形成，人们因此常把火和燃烧当作一回事。但火仅仅是燃烧产生的一种现象，火焰是气体燃烧产生的现象。2008年北京奥运会的火炬使用的燃料是一种称为丙烷的气体燃料。

1.1.3　蜡烛燃烧的趣味实验

我们初步认识了蜡烛燃烧的变化，对燃烧现象有了更多了解，现在可以再来观察研究几个关于蜡烛的趣味实验。如要动手尝试，请务必在成人监护下进行，注意实验安全。

（1）铜丝网为什么能熄灭蜡烛火焰　你知道或做过用铜丝螺旋熄灭蜡烛火焰的实验吗？用一根长约40cm的细铜丝，用砂纸擦拭铜丝表面，把它绕成长4～5cm的螺旋状。铜丝螺旋下端直径略大于蜡烛，上端直径略大于蜡烛火焰。

用镊子夹住螺旋状铜丝，套在蜡烛的火焰上，如图1-4所示，可以看到蜡烛火焰变小变暗并熄灭。这是为什么？

原来，可燃物要燃烧都需要一定的温度，每种可燃物燃烧所需要的最低温度称为它的着火点。不同的可燃物，有不同的着火点。汽油、天然气着火点低，一丁点火星就足以使它点燃。铁的着火点高，一块铁在空气中加热，由于它导热性强，热量会传递到铁块内部，难以使它的表面温度上升达到它的着火点，虽然铁的表面和空气中的氧气接触，还是无法燃烧。如果将细铁丝绕成圈状，末端固定一根火柴，点燃火柴，火柴燃烧发出的热，可以使铁丝温度上升达到它的着火点，此时把铁丝伸到充满氧气的集气瓶中，铁丝就能发火燃烧（图1-5），燃烧放出的热量，可以使铁丝的温度维持在着火点以上，使全部铁丝完全烧掉（当然，集气瓶中的氧气要足够）。 同理，钢丝棉也可以被点燃。

我们还可以进行一个简单的金属粉末燃烧的实验：点燃蜡烛，如果把事先准备好的没有生锈的铁粉、铝粉，少量多次地洒落在蜡烛火焰上（注意用量要少，要均匀洒落），蜡烛火焰会发出灿烂闪烁的白光，光彩耀眼。也可以在火焰上方用新的锉刀分别在无锈的粗铁丝、粗铝丝上拉动，让锉出的细小铁粉、铝粉洒落在蜡烛火焰上。

在图1-4的实验中，用的是铜丝螺旋。铜是热的良导体，能够吸收并且传导热量。套在蜡烛火焰上的铜螺旋把石蜡燃烧放出的热量向周围传导，当它所处位置温度降低到了石蜡的着火点以下，石蜡蒸气就无法燃烧，熄灭了。但是，可以重新点燃穿过空隙扩散到螺旋外的石蜡蒸气。

用一片铜丝网（或铁丝网）还可以做一个有趣的切断蜡烛火焰的实验。用镊子夹住铜丝网，平放在蜡烛火焰上，可以看到铜网将火焰切断，网的上面无火焰，网的下面火焰继续燃烧。1816年，英国科学家戴维应英国“预防煤矿灾祸协会”的请求，研究火焰与爆炸。经过3个月的研究，他发现可燃气体有一定的燃点，煤矿中可燃气体甲烷燃点不低；若用金属网罩在用燃油作燃料的照明矿灯的火焰周围，可以使火焰产生的热散失，防止从金属网孔逸出的燃油气体燃烧，就不会发生煤矿中可燃性气体燃烧爆炸的事故。他依据这一原理，设计了安全矿灯，为矿灯加上一个圆筒形铜丝网灯罩。这个发明让成千上万名矿工免于遭到不测。

（2）吹不灭的蜡烛　图1-6中的孩子使用漏斗用力吹灭蜡烛，用左图所示的方法吹，却怎么也吹不灭，用右图的方法，一吹就灭。这是为什么？

因为，用漏斗的宽口对着火焰用力吹气，吹出的气体从细口流向宽口，气体通道逐渐扩大，气体扩散，气压减弱，不会使火焰的热量显著散失，而漏斗宽口周围的空气会涌向漏斗宽口，蜡烛火焰也会被气流引向漏斗宽口。相反，从漏斗的宽口端向细口端吹气，气流急速通过细口，吹向蜡烛，火焰的热量迅速被带走，使蜡烛蒸气的温度低于着火点，蜡烛被熄灭。

在喜庆宴会或生日晚宴上如果有几支点燃后吹不灭的魔术蜡烛，一定别有乐趣，这种蜡烛已经被生产和使用（图1-7）。这种蜡烛的烛芯中添加了少量的镁粉，镁粉是粉末状的金属镁，镁的着火点只有430℃左右。吹灭蜡烛时，石蜡蒸气不燃了，但刚刚熄灭的烛芯上的温度仍然高于镁粉的着火点，镁粉燃着了，并重新引燃烛芯上的蜡蒸气。但是点燃魔术蜡烛要小心，要防范火灾，千万不能随意把吹灭的蜡烛扔掉，为防止复燃，应该在蜡烛熄灭后，把它浸没在冷水中。

（3）用水能点燃蜡烛吗　如果有人告诉你，可以用水来点燃蜡烛，你一定不相信。因为水不可燃，无论冷水、热水都不能提高蜡烛烛芯的温度，使烛芯上的石蜡变成蒸气并引燃。如果真的能用水点燃蜡烛，那肯定是在蜡烛的烛芯上做了手脚。如果在烛芯上粘夹一小块金属钠，就可以办到。

金属钠化学性质非常活泼，在常温下就会和空气中的氧气、和水发生反应，反应放出大量热，钠与水反应还会放出氢气。通常金属钠要浸没在煤油中保存，避免它接触空气和水。用小刀切下一小粒金属钠，把它粘夹在烛芯上，用水接触烛芯的金属钠，钠和水剧烈反应（图1-8），放出热，生成氢气，会发火燃烧，并引燃蜡烛。

（4）在水中燃烧的蜡烛有什么现象　在一只杯子里点一根蜡烛（要把蜡烛黏在杯底上，防止倾倒），向杯里倒水，水面要低于蜡烛，让蜡烛露出水面一小段[图1-9（a）]，蜡烛会燃烧15分钟左右，在之后一段时间里，火焰会飘动不稳定，最后熄灭。熄灭后取出蜡烛，可以看到蜡烛的边缘形成一个杯壁[图1-9（b）]，杯壁中石蜡消耗了。

你能通过前面介绍的关于蜡烛燃烧的知识，解释这两种现象吗？

（5）在冰上点火　如果你看到有人用火柴在一小盆冰块上点火，看到有亮的火焰腾起，你会感到奇怪吗？冰不是可燃物，冰上温度低，即使有可燃物怎么会燃烧呢？

要实现冰上的燃烧，得在冰上有可燃物存在，而且应该是可燃气体，能从冰面上逸出再被点燃。要做到这一点，只要在冰块中事先放入两三小块电石，到时划根火柴一点就好。你知道电石吗？它是一种称为碳化钙的块状固体，是用焦炭和生石灰在电炉中高温反应生成的，化学式是CaC₂。它遇到冰面上的水，会迅速反应，放出可燃性的乙炔（C₂H₂）气体。

CaC₂＋2H₂OC₂H₂↑＋Ca（OH）₂

乙炔气体比空气稍轻，生成的乙炔气体从冰面上陆续逸出，一点燃就形成熊熊火焰（图1-10）。