2016-02-04
火是现象，不是「物质」。火是物质燃烧过程中所进行的强烈氧化反应，而且其能量会以光和热形式释放，此外还会产生大量的生成物。其实火被探讨的历史很久远，我试着来告诉各位这段历史。
火焰燃烧时会发出光和热，但因为火焰没有固定的形状，也没有重量，抓不到也摸不着，所以，了解火的本质是很困难的。那么，火究竟是什么呢？Aristotle 认为「水、火、土、空气」四种元素根据不同的组合方式会产生不同种类的物质。也就是著名的四元素说。Aristotle 还提出，构成物质的四元素具有“冷、热、干燥、潮湿”四种特质，世界万物也是因为这四种特质组合而生成的。例如热和干燥的组合就生成了火。
然而，Aristotle 的观点最后被证明是错误的。特别是「水与火是两种具有相反特性的物质」这个观点是完全错误的。即便是现在，依然有很多人抱持着 Aristotle 的这种错误观点。从古希腊时代到中世纪期间，人们一直认为火是物质的一种。不过，火不是物质的话又是什么呢？火如果是物质就应该有实体，但火并没有固定的形状，也没有质量，不能用手抓到，也不能放到容器中。而且火总是突然出现，又突然消失。那么，火燃烧时到底是一种什么形态呢？
原本相信火是一种物质的人们，在完全掌控了火焰的力量之后，开始对 Aristotle 的观点提出反对意见。在 18 世纪初，德国化学家 Georg Ernst Stahl 首次提出火焰不是物质的想法。Stahl 虽然认同 Aristotle 的四元素说中的水、土、空气都是组成物质的根本元素，但却认为「火」并不是实际存在的物质，而是一种「现象」。在过去的 100 万年中，人们从来没有认清火焰的本质。如今，终于有一位科学家认识到火焰的本质并不是物质。但想要一次性的了解火焰的本质是非常困难的。Stahl 同样也没有提出完全正确的理论，他认为火焰燃烧的必要条件就是物质中必须存在燃素。Stahl 认为，能够燃烧的物质全部都具有燃素，「燃烧」就是物质在失去燃素后变成另外一种更简单的形态。也就是说，物质之中的燃素可以转换成火焰脱离物体，这就是「燃素说」。
虽然 Stahl 的观点也是错误的，但在 18 世纪初却很盛行。例如说，木头燃烧后只剩下灰烬。灰烬比原来的木头轻了许多。这好像就是木头内部的燃素转变为火焰和烟后脱离木头的原因。燃素虽然能解释大部分物质燃烧的现象，但却无法解释金属燃烧的现象。透过实验证明，金属在燃烧后重量会明显增加。Stahl 的燃素说虽然是错误的，但却在那 100 年中被用来解释各种科学现象。因为当时没有别的更好的办法来解释物质的燃烧现象了。Joseph Priestley 是一位热衷于科学的牧师。他曾经不眠不休地进行着科学实验，曾一度被人们视为精神病牧师。公元 1774 年 Priestley 用大型的凸透镜进行了阳光的聚集实验。他将实验室中的各种物质进行阳光的照射，并发现氧化汞会冒出一些气体。Priestley 兴奋地将那些气体收集起来，并着手进行了解这些气体性质的实验。
但在实验过后，Priestley 非常吃惊，他将一根点燃的蜡烛放入收集气体的瓶子中时，蜡烛的火苗燃烧得难以想象的剧烈，这远远超过了 Priestley 的想象。后来，Priestley 又在这种气体中进行了动物和植物的呼吸实验。没错，Priestley 发现的这种气体就是「氧气」。像小火花也会在遇到氧气时剧烈燃烧，当蜡烛遇到氧气时当然也会是同样的结果。Priestley 透过实验发现了氧气这一个功劳足以写进史书中。氧气是火焰燃烧时所必需的气体，所以要想解释火焰就必须要先了解氧气。但是，Priestley 已经被 Stahl 的燃素说束缚了思维，自然也就无法正确解释出火焰燃烧的原理。
近代我们已经知道火的可见部分称作「焰」，可以随着粒子的振动而有不同的形状，在温度足够高时能以等离子体（第四态，类似气体）的形式出现。当物质燃烧时，释放出能量，导致分子加速运动、碰撞，接着能量传递，电子跃迁，释放出光子。同时极少部分原子电离，形成「等离子体」。火是一种低密度等离子体。依燃烧的物质及以纯度不同，火焰的颜色和亮度也会不同。火必须有可燃物、够高的热或温度、氧化剂三项并存才能生火，缺一不可。根据质量守恒定律，火不会使被燃烧物的原子消失，只是通过化学反应转变了被燃烧物的分子型态。
