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Una fiamma (dal latino flamma) è la parte visibile e gassosa di un fuoco. È causato da una reazione altamente esotermica che si svolge in una zona sottile. Le fiamme molto calde sono abbastanza calde da avere componenti gassosi ionizzati di densità sufficiente per essere considerati plasma.
Il colore e la temperatura di una fiamma dipendono dal tipo di combustibile coinvolto nella combustione, come ad esempio quando un accendino viene tenuto su una candela. Il calore applicato provoca la vaporizzazione delle molecole di combustibile nella cera delle candele. In questo stato possono quindi reagire prontamente con l'ossigeno nell'aria, che emette calore sufficiente nella successiva reazione esotermica per vaporizzare ancora più combustibile, sostenendo così una fiamma costante. L'alta temperatura della fiamma provoca la decomposizione delle molecole di combustibile vaporizzato, formando vari prodotti di combustione incompleti e radicali liberi e questi prodotti reagiscono quindi tra loro e con l'ossidante coinvolto nella reazione. L'energia sufficiente nella fiamma ecciterà gli elettroni in alcuni degli intermedi di reazione transitoria come il radicale metilidino (CH) e il carbonio biatomico (C2), che si traduce nell'emissione di luce visibile quando queste sostanze rilasciano la loro energia in eccesso (vedi spettro sotto per una spiegazione di quali specie radicali specifiche producono quali colori specifici). All'aumentare della temperatura di combustione di una fiamma (se la fiamma contiene piccole particelle di carbonio non bruciato o altro materiale), aumenta anche l'energia media della radiazione elettromagnetica emessa dalla fiamma (vedi Corpo nero).
Altri ossidanti oltre all'ossigeno possono essere usati per produrre una fiamma. La combustione dell'idrogeno nel cloro produce una fiamma e nel processo emette acido cloridrico gassoso (HCl) come prodotto di combustione. Un'altra delle molte possibili combinazioni chimiche è idrazina e azoto tetroossido che è ipergolico e comunemente usato nei motori a razzo. I fluoropolimeri possono essere utilizzati per fornire fluoro come ossidante di combustibili metallici, ad es. nella composizione magnesio / teflon / viton.
Le cinetiche chimiche che si verificano nella fiamma sono molto complesse e in genere coinvolgono un gran numero di reazioni chimiche e specie intermedie, la maggior parte dei quali radicali. Ad esempio, un noto schema di cinetica chimica, GRI-Mech, utilizza 53 specie e 325 reazioni elementari per descrivere la combustione del biogas.
Esistono diversi metodi per distribuire i componenti richiesti della combustione a una fiamma. In una fiamma a diffusione, ossigeno e carburante si diffondono l'uno nell'altro; la fiamma si verifica dove si incontrano. In una fiamma premiscelata, l'ossigeno e il combustibile vengono premiscelati in anticipo, il che si traduce in un diverso tipo di fiamma. Le fiamme di candele (una fiamma a diffusione) agiscono attraverso l'evaporazione del combustibile che sale in un flusso laminare di gas caldo che poi si mescola con l'ossigeno circostante e le bruciature.
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