Η φωτιά - μια πρωτογενής ουσία του κόσμου

Ιστορία, μυθολογία, επιστήμη. Τι είναι λοιπόν η φωτιά; Ποια είναι τα βασικά χαρακτηριστικά της; Πόσο ζεστή μπορεί να είναι. Πόσα χρώματα έχει;
Loen Ardo / EyeEm via Getty Images

Η φωτιά είναι το θεμέλιο της πολιτισμένης ζωής. Παρέχει στην ανθρωπότητα φως, ζεστασιά και προστασία από τους εχθρούς και τα στοιχεία της φύσης. Η ωφέλιμη δύναμη της φωτιάς όμως μπορεί να γίνει και πηγή καταστροφής καθώς ακόμη και οι πιο προηγμένες τεχνολογικά ανθρωπογενείς δομές μπορούν να καταρρεύσουν γίνοντας στάχτη σε μερικά λεπτά, όπως περιγράφει ο Θεόφραστος: «Η φωτιά από τις απλές ουσίες έχει την πιο ιδιαίτερη δύναμη».

Η λέξη φωτιά προέρχεται από την λέξη φως. Στην μεσαιωνική ελληνική λεγόταν φωτία (λάμψη).

Στην Aρχαία Ελλάδα το σβήσιμο και η αναζωπύρωση της φωτιάς συμβόλιζε την κάθαρση. Για παράδειγμα στο νησί της Λήμνου, σε μια συγκεκριμένη εποχή του χρόνου όλες οι φωτιές έσβηναν για εννέα ημέρες έως ότου το ιερό πλοίο επανέφερε την νέα φωτιά από το ιερό νησί της Δήλου.

Επίσης γνωρίζουμε από τον Πλούταρχο ότι μετά τη μάχη των Πλαταιών, οι Έλληνες έσβησαν τις φωτιές σε όλες τις πόλεις έτσι ώστε αυτές να αναζωπυρωθούν και πάλι από την ιερή φλόγα των Δελφών. Ακόμα και στις μέρες μας, το Άγιο Φως στη χριστιανική (ελληνορθόδοξη) θρησκεία παίζει πρωταρχικό ρόλο στην ζωή των πιστών.

Η αρχαία Ελληνική μυθολογία μας περιγράφει πως ο Τιτάνας Προμηθέας έδωσε τη φωτιά στους ανθρώπους που έκλεψε από τον Όλυμπο -παρά τον θυμό του θεού Δία που τον τιμώρησε γι’ αυτήν του την ανυπακοή - και βοήθησε στην πρόοδο και στην εξέλιξη του ανθρώπινου πολιτισμού.

Ο Προμηθέας προσφέρει τη φωτιά στους ανθρώπους
Ο Προμηθέας προσφέρει τη φωτιά στους ανθρώπους
commons wikimedia

Ο προσωκρατικός φιλόσοφος Ηράκλειτος με την πρωτοποριακή του σκέψη, θεωρούσε τη φωτιά ως μια ζωντανή, αιώνια πρωτογενή ουσία του κόσμου. Η φωτιά του Ηράκλειτου μετασχηματίζεται σε άπειρες καταστάσεις η οποία συμβάλει στη δημιουργία της μεγάλης ποικιλίας των όντων, ανάβοντας και σβήνοντας σε έναν αιώνιο, αέναο ρυθμό ακολουθώντας τους νόμους της φύσης. Ο μεγάλος φιλόσοφος επισήμανε, από τα λίγα συγγράμματα που έχουν διασωθεί ότι: «όλα τα πράγματα ανταλλάσσονται με τη φωτιά και η φωτιά με όλα τα πράγματα, όπως ακριβώς και τα αγαθά με τον χρυσό και ο χρυσός με τα αγαθά».

Ανακαλύψεις που χάνονται στα βάθη της παλαιολιθικής εποχής δείχνουν από πόσο νωρίς ο άνθρωπος χρησιμοποιούσε τη φωτιά μέσω της θεμελιώδους αρχής της τριβής, με την τεχνική της περιστροφής ενός ξύλινου ραβδιού μέσα σε μια δέσμη ξερών χόρτων. Άλλα ευρήματα καταδεικνύουν πως ο άνθρωπος ανακάλυψε πως ο σπινθήρας παράγει φωτιά με τη κρούση πυριτόλιθων.

Στην Ελλάδα αλλά και σε διάφορες περιοχές της Ευρώπης έχουν εντοπιστεί κατάλοιπα εστιών σε σπηλιές και καμένα οστά που τεκμηριώνουν τη χρήση της φωτιάς για την παρασκευή τροφής, πριν τουλάχιστον 750 εκατομμύρια έτη.

Ας το δούμε λίγο πιο επιστημονικά τώρα. O σύγχρονος ορισμός ενός στοιχείου σχετίζεται με τον αριθμό των πρωτονίων που διαθέτει. Η φωτιά παρόλα αυτά αποτελείται από πολλές διαφορετικές ουσίες, επομένως δεν αποτελεί καθαρό στοιχείο.

Tom Stocker / EyeEm via Getty Images

Τι είναι λοιπόν η φωτιά; Ως επί το πλείστον, η φωτιά είναι ένα μείγμα καυτών αερίων. Η φωτιά δεν είναι ουσία με την ίδια έννοια που είναι π.χ. το νερό. Αντίθετα, η φωτιά είναι μια διαδικασία.

Η φωτιά ξέρουμε ότι παράγει θερμότητα και φως και είναι το αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης που ονομάζεται καύση. Σε ένα ορισμένο σημείο της καύσης, που ονομάζεται σημείο ανάφλεξης, παράγονται φλόγες. Οι φλόγες αποτελούνται κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα, υδρατμούς, οξυγόνο και άζωτο. Η φλόγα είναι το μείγμα αερίων αντίδρασης και στερεών που εκπέμπουν φως και θερμότητα. Επίσης γνωρίζουμε ότι υπάρχει μια μικρή ποσότητα ιονισμού (κατάσταση πλάσματος) σε μια συνηθισμένη φωτιά, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης όμως στη φλόγα, είναι αέριο.

Ουσιαστικά μια φωτιά εκπέμπει θερμότητα και φως επειδή η χημική αντίδραση που παράγει φλόγες είναι εξώθερμη. Με άλλα λόγια, η καύση απελευθερώνει περισσότερη ενέργεια από ό,τι χρειάζεται για την ανάφλεξη. Για να συμβεί καύση και να σχηματιστούν φλόγες, πρέπει να υπάρχουν τρία πράγματα: καύσιμο (π.χ. ξύλο), οξυγόνο και ενέργεια (συνήθως με τη μορφή θερμότητας). Όσο υπάρχουν καύσιμα και οξυγόνο η καύση διατηρείται και συνεχίζεται.

Γιατί η φωτιά είναι ζεστή; Η φωτιά είναι ζεστή γιατί η θερμική ενέργεια (θερμότητα) απελευθερώνεται όταν οι χημικοί δεσμοί του καυσίμου σπάσουν. Η καύση μετατρέπει το καύσιμο και το οξυγόνο σε διοξείδιο του άνθρακα και σε νερό. Προαναφέραμε ότι η ενέργεια που απαιτείται για την έναρξη της χημικής αντίδρασης της καύσης είναι πολύ μικρότερη από την ενέργεια που απελευθερώνεται.

Με άλλα λόγια απαιτείται μικρότερη ποσότητα ενέργειας για να ξεκινήσει η αντίδραση (ανάφλεξη), σπάζοντας τους δεσμούς του καυσίμου και των ατόμων οξυγόνου, αλλά πολύ περισσότερη ενέργεια απελευθερώνεται όταν τα άτομα συνδέονται μαζί με διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Το φως (οι φλόγες που αποτελούνται κυρίως από θερμά και ιονισμένα (κατά ένα μέρος) αέρια) είναι με άλλα λόγια η ορατή ενέργεια, ενώ η θερμική ενέργεια (θερμότητα) είναι βασικά αόρατη.

Τα βασικά χαρακτηριστικά της φωτιάς είναι τα εξής:

α) Η φωτιά είναι πάντα ζεστή, ανεξάρτητα από το καύσιμο που χρησιμοποιείται,

β) αν και η καύση απαιτεί ενέργεια ενεργοποίησης (ανάφλεξη), η καθαρή θερμότητα που απελευθερώνεται υπερβαίνει την απαιτούμενη ενέργεια και

γ) η διάσπαση του χημικού δεσμού των μορίων οξυγόνου απορροφά ενέργεια, αλλά ο σχηματισμός των χημικών δεσμών για τα προϊόντα (διοξείδιο του άνθρακα και νερό) απελευθερώνει πολύ περισσότερη ενέργεια.

Javier Zayas Photography via Getty Images

Η φωτιά μπορεί να έχει διαφορετικά χρώματα και αυτό είναι ένδειξη της θερμοκρασίας και της χημικής σύνθεσης του καυσίμου που καίγεται. Η φλόγα της φωτιάς εκπέμπει φως πυρακτώσεως, που σημαίνει ότι το φως με την υψηλότερη ενέργεια (το πιο ζεστό μέρος της φλόγας) έχει χρώμα μπλε. Το μέρος με τη μικρότερη ενέργεια (το λιγότερο ζεστό μέρος της) έχει χρώμα κόκκινο.

Το καύσιμο και η χημική του σύνθεση παίζουν ρόλο στο τι χρώμα φλόγα θα υπάρξει σε μια καύση. Για παράδειγμα, η μπλε φλόγα μπορεί να φαίνεται και πράσινη αν υπάρχει στο καύσιμο άλας που περιέχει βόριο. Γενικά γνωρίζουμε ότι τα μεταλλικά άλατα επηρεάζουν το χρώμα της φλόγας δίνοντας της ένα πράσινο χρώμα. Το χρώμα της φωτιάς μας δίνει μια ιδέα για το πόσο καυτή είναι.

Η φωτιά πχ. με βαθύ κόκκινο χρώμα έχει θερμοκρασία περίπου 600-800° Κελσίου. Η πορτοκαλί-κίτρινη έχει περίπου 1100° Κελσίου και η λευκή είναι ακόμα πιο ζεστή, κυμαινόμενη από 1300-1500° Κελσίου. Η μπλε φλόγα είναι η πιο καυτή από όλες, και κυμαίνεται από 1400-1650° Κελσίου. Η μπλε φλόγα του αερίου ενός καυστήρα δηλαδή είναι πολύ πιο ζεστή από την κίτρινη φλόγα από τη φλόγα ενός κεριού. Η πιο καυτή φλόγα που παρήχθη ποτέ έφτασε στους 4990° Κελσίου. Σχηματίστηκε χρησιμοποιώντας ως καύσιμο όζον ως οξειδωτικό.

Ivan Tomic / 500px via Getty Images

Πόσο ζεστή μπορεί να είναι η φωτιά; Δεν υπάρχει μεμονωμένη θερμοκρασία για τη φωτιά επειδή η ποσότητα θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η χημική σύνθεση του καυσίμου, η διαθεσιμότητα οξυγόνου και το τμήμα της φλόγας που γίνεται η μέτρηση.

Όταν φερειπείν καίγεται ξύλο αυτό μπορεί να ξεπεράσει τους 1100 ° Κελσίου. Διαφορετικοί τύποι ξύλου βέβαια έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες. Για παράδειγμα, το πεύκο παράγει θερμότητα διπλάσια από ότι το έλατο ή η ιτιά και γενικά το ξερό ξύλο εκπέμπει μεγαλύτερη θερμότητα από ότι το χλωρό ξύλο. Άλλα καύσιμα όπως το ακετυλένιο είναι πολύ θερμότερα (3100 ° Κελσίου).

Θα ήθελα να κλείσω την σύντομη αυτή περιήγηση, με την αναφορά του Ρωμαίου φυσικού φιλόσοφου Πλίνιου του Πρεσβύτερου ο οποίος επτά περίπου αιώνες μετά τον Ηράκλειτο (τον 1ο αιώνα μ.Χ.), γράφει στο 36ο βιβλίο της Φυσικής Ιστορίας (κεφ. 38-39) :

«…δεν μπορούμε να μη θαυμάζουμε ότι δεν υπάρχει σχεδόν τίποτε που να μην τελειοποιείται με τη βοήθεια της φωτιάς. Η φωτιά παραλαμβάνει τη μια ή την άλλη άμμο και λειώνοντάς την μετατρέπει άλλοτε σε γυαλί, άλλοτε σε άργυρο, άλλοτε σε κιννάβαρι, άλλοτε σε διάφορα είδη μολύβδου, άλλοτε σε χρώματα, άλλοτε σε φάρμακα.

Με τη φωτιά οι πέτρες μετατρέπονται σε χαλκό, με τη φωτιά γεννιέται και δαμάζεται ο σίδηρος, με τη φωτιά τελειοποιείται ο χρυσός, με τη φωτιά ασβεστοποιείται η πέτρα που συνέχει τους δόμους στα σπίτια.

Αλλες ύλες συμφέρει να τις κάψει κανείς περισσότερες φορές: από αυτή την ίδια ύλη γίνεται άλλο πράγμα με την πρώτη καύση, κάτι άλλο με τη δεύτερη, κάτι άλλο με την τρίτη.

Ακόμη και αυτός ο άνθρακας αρχίζει να αποκτά δυνάμεις αφού σβηστεί: και, όταν πια θεωρείται ότι έχει αναλωθεί, τότε είναι που μεγαλώνουν οι αρετές του. Απέραντο, ανεξέλεγκτο στοιχείο της Φύσης, η φωτιά γεννάει αμφιβολία, αν καταστρέφει μάλλον ή δημιουργεί.».

Πήγαινε στην αρχική σελίδα