对于蜡烛火焰分层的探究
作者：符正金
中学化学 2008年12期
一、问题的提出
义务教育课程标准实验教科书《化学》九年级上册（人教版2006年4月第2版）第12页，活动与探究。“(2)点燃蜡烛，观察蜡烛燃烧时发生了哪些变化，火焰分为几层？哪层最亮？哪层最暗？”
蜡烛火焰如何分层，教师教学用书（人教版2007年6月第3版）第34页的具体说法是“蜡烛火焰分三层，最里面的火焰底部呈淡蓝色；第二层的火焰是暗淡的，这一暗淡的区域呈圆锥形；围绕着这一区域的最外层火焰呈黄色，其火焰明亮但不耀眼。三层火焰既有明显的边缘，又有不确定的顶部。……外层火焰温度最高，第二层次之，最里层温度最低。”照此说法，火焰的分层应该如表1所示。
表1 教师用书中蜡烛火焰的分层情况
焰心 内焰 外焰
颜色淡蓝色暗淡 黄色
温度最低 较高 最高
部位底部 中间层最外层
对照有关资料可知，焰心主要是石蜡蒸气；内焰接触氧气少，燃烧不充分，有炭粒；外焰接触氧气多，燃烧充分。笔者觉得教师用书中这样的说法疑点重重：焰心既然是蒸气，怎么能是淡蓝色？火焰周围的空气是从下向上流动的，火焰的最下部应该是接触氧气最充分的地方，应该是外焰，怎么能会是没有燃烧的蒸气呢？内焰燃烧不充分，应该有炭粒，火焰应该很明亮，怎么能是暗淡的？
蜡烛火焰的分层到底是怎样的呢？为此笔者带领学生对此进行了科学探究。
二、实验探究
猜想1：火焰的暗淡处是焰心，蓝色的火焰是外焰。
验证1：仔细观察火焰，可见火焰最下端呈蓝色，蜡芯周围火焰暗淡，暗淡区域以外火焰明亮，明亮火焰之上还有很薄的一层颜色稍微暗一些的火焰。用不同颜色的纸作背景，或用带有字迹的纸（条形码最好）作背景来观察蜡烛的火焰，都可以很明显地看到，看起来暗淡的区域实际上是“透明的”，蓝色的部分也是透明的，明亮的黄色部分是不透明的，最上层稍微暗一些的火焰也是不透明的。
用细金属管将暗淡区域的气体导出，用火柴点燃，气体能够燃着。
用酒精灯进行对比观察，可以看到焰心部分的透明度最高，火焰根部也有蓝色火焰，并一直延续至火焰的最上部。
结论1：由此可以肯定，火焰的暗淡处是焰心。蓝色部分的火焰，接触氧气最为充分，是外焰。
猜想2：最明亮处是内焰。
验证2：用厚纸片横切入火焰中，仔细观察厚纸炭化的情况（纸的向下的一面对着火焰，容易聚集很多的炭黑，难以观察，但从纸的上面很容易看清楚纸张逐渐炭化的情景）。纸片所放的位置从下向上有A、B、C三处：
A在紧靠蜡芯的暗淡处；
B在暗淡区域以上，黄色不透明处；
C在明亮部分以上，接近火焰最上部的稍暗的一层。
观察结果见表2。
表2 纸片横切入火焰时的炭化情况
结论与分析2：进一步肯定火焰的暗淡处是焰心；最明亮处温度稍低，在焰心之外，则必然是内焰，这也与内焰有没有完全燃烧，有炭粒，比较明亮的解释相一致；明亮的火焰之外，有一层温度更高的火焰。
猜想3：明亮部分之外，还有一层很薄的火焰，与根部的蓝色火焰一样温度最高，是外焰。
验证3：用厚纸片从上向下竖切入火焰（为了延长观察的时间可以把厚纸对折以后，沿对折线处向下切），纸片的位置从里向外有A、B、C三处：A在火焰中心逼近蜡芯之处；C在从外向火焰靠近，恰好接触火焰根部的蓝色部分；B在以上两位置的中间。炭化情况见表3。
表3 纸片竖切入蜡烛火焰时的炭化情况
用放大镜观察蜡烛火焰，可以明显地看到，在蜡烛火焰的中部明亮的黄色区域之外，有一层很薄的蓝色火焰，与根部的蓝色火焰连为一体。蜡烛芯越粗，越容易观察到。用放大镜观察酒精灯进行对比，酒精灯的最外层的蓝色火焰更为明显。在日光下、灯光下、黑暗中观察，都有相同的结果。
结论与分析3：蓝色火焰温度最高，火焰中上部很薄的最外层温度最高，它们是外焰。外焰与内焰没有明显的界线。蜡烛燃烧时，一般都有明显的黑烟，说明燃烧不够充分，外焰应该很薄。
实验结论：火焰中心圆锥形的暗淡区域是焰心；暗淡区域之外的最明亮处温度稍低，存在没有完全燃烧的炭粒，是内焰；中部明亮的火焰之外，有一层很薄的蓝色火焰，与火焰根部的蓝色部分相同，接触氧气最为充分，温度最高，是外焰。外焰与内焰没有明显的界线。
三、反思与体会
1.教师用书中关于这个问题的描述，不够准确，可能是根据教材对于酒精灯火焰的描述，类推出的结论，没有注意到二者的区别。它虽然是教师教学的最为重要的参考依据，也不能盲目的完全相信书本上的解释。
2.这是教材中第一次出现的活动与探究内容，学生对于蜡烛的火焰也最为熟悉。引导学生进行深入的观察与分析，有利于培养学生严肃认真的科学态度，有利于培养学生独立思考、求实创新的科学精神。
作者介绍：符正金 河南固始县胡族第一中学，465245