天然气为什么火焰是红色的(天然气火焰变成橘色)

导语：为什么天然气快用完的时候火焰呈橘黄色，而充满气则是蓝色？

天然气的主要成分是甲烷，此外还含有少量的重烃和杂质。进气阀调好、气瓶充满的天然气灶发生的是完全燃烧，烃类物质完全燃烧产生的火焰是蓝色的；而快没有气的气瓶中重烃成分比例增大，如果不调节进气阀，容易发生不完全燃烧，产生黄色火焰。

为什么同样的烃类物质，完全燃烧是蓝色火焰，不完全燃烧是黄色火焰呢？这是因为发光的原理不同。

烃类物质的完全燃烧是一个复杂的化学反应（如图1），反应过程产生CH、C2、CHO等中间产物。这些中间产物的电子在不同能级之间跃迁，就会发出特定频率的光子。比如电子从能级跃迁到能级（>），损失的能量就会以光子（频率）形式辐射出来。这种发光的频率成分完全由不同元素的分子能级决定。而碳氢元素完全燃烧的光谱如图2所示，其中四百多纳米的光最多，这个波段的光对人眼来说大概就是蓝色。

图1. 甲烷燃烧反应示意图

图2. 丁烷完全燃烧的光谱。甲烷也差不多，只是不同中间产物比例不同。

烃类物质不完全燃烧会产生大量的烟，其主要成分是碳颗粒。任何物质在高温下都会发光，称为热辐射。热辐射的光谱是连续光谱，且只与发光物质的颜色和温度有关，正比于发光物质的吸收光谱与黑体辐射光谱的乘积（基尔霍夫辐射定律）。相比于透明的甲烷气体，黑色的碳颗粒能发出强烈的热辐射，光谱形状与黑体辐射（图3）类似。天然气灶边火焰温度可达1300-1400℃，在这个温度下碳的热辐射含有大量对应橙黄色的波长成分，所以我们会看到黄色火焰。

图3. 黑体辐射光谱与温度的关系--维恩位移定律

我们最终看到的颜色实际是两种原理发光竞争的结果。如果燃烧比较充分，就偏向蓝色火焰；如果燃烧不够充分，就偏向黄色火焰。甚至还能看到下面是蓝色，上面是黄色的火焰（图4）。

图4. 不知道谁家的“没气”灶

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