科学

火はなぜ赤い？炎の色のひみつ

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ろうそくで確かめる：色の層とすす

まず、いちばん身近な炎をじっくり見てみましょう。暗い部屋で、風の当たらない場所に、火を灯したろうそくを置きます。

1. 炎の根元を見る。芯のすぐ下のあたりに、うっすら青い部分があります。
2. 炎の中ほどを見る。ここが一番明るい黄色の部分です。
3. 芯のすぐ周りを見る。暗く見える部分には、まだ燃えていないロウの気体があります。
4. 金属のスプーンをトングで持ち、黄色い部分に1〜2秒かざして引き上げる。スプーンに黒い粉が付きます。
5. 同じスプーンを、根元の青い部分にかざす。黒い粉はほとんど付きません。

スプーンに付いた黒い粉が、すす、つまり燃えきらなかった炭素の細かい粒です。黄色く光っていたのは、炎という気体そのものではありません。この粒が熱であぶられて光っていたのです。鍋の底が黒くなるのも、同じ粒がそのまま付いたものです。

すすができる理由は、ろうそくの燃え方にあります。炎の熱で溶けたロウは、芯を伝って吸い上げられ、炎の中で気体になります。この気体は周りの空気と混ざりながら燃えるので、炎の内側まで酸素が届きません。熱で分解したロウの炭素は燃えきれず、粒になって残ります。

炎の中の温度は場所で違います。英語版の百科事典ウィキペディアは、ろうそくの炎を5つの層に分けて説明しています。

• 芯の真上の暗い部分：約1,000℃。ロウの気体が熱で分解する
• 黄色く光る部分：約1,200℃。酸素が足りず、すすの粒を含む
• いちばん外側の薄い層：約1,400℃。完全に燃える最も熱い層で、ほとんど見えない淡い青

黄色い部分のすすの粒は、この熱で真っ赤に焼けた鉄と同じように光ります。熱で物が光るこの現象を白熱と呼びます。一番明るい部分が一番熱い部分ではない、というのが面白いところです。

熱で光る色は、温度の目印

熱で光る物の色は、物の種類ではなく温度で決まります。光が最も強くなる波長と絶対温度をかけると、いつも約2.898×10⁻³メートル・ケルビンという同じ値になります。これをウィーンの変位則と呼び、温度が2倍になればピークの波長は半分になります。

温度の低いうちは、光の大部分が目に見えない赤外線です。私たちに届くのは、そのすそ野にあたる赤い光だけ。温度が上がると緑や青も混ざり、色は黄から白へ移っていきます。

物が暗い赤に光り始める温度は、約525℃です。1847年にアメリカの科学者ジョン・ドレイパーが確かめたことから、ドレイパー点と呼ばれます。

星の色から表面温度が分かるのも同じ理屈です。太陽の表面（光球）はおよそ5,500℃。ろうそくのすすは、絶対温度で比べてその4分の1ほどの温度で光っています。だからろうそくの炎は、太陽より赤っぽく見えるのです。

ガスコンロで確かめる：青い炎の正体

ガスコンロの炎は、正常なら青です。この青は、白熱とは別の仕組みで生まれています。

コンロのガスは、火がつく前に空気とよく混ざります。酸素が足りているので完全に燃え、すすがほとんどできません。すすがなければ、白熱の光も出ません。

代わりに光っているのは、燃える途中で一瞬だけ生まれるCH（メチリジン）やC₂といった不安定な分子です。化学反応のエネルギーを受け取った分子が、自分で光を出します。CHの光は波長430ナノメートル付近で、ちょうど青の領域。C₂の光は青から緑にかけての色です。青い炎が高温なのは事実ですが、青さそのものを作っているのは温度ではありません。

理科室のガスバーナーで、空気の取り入れ口を閉じると炎が黄色くなるのも同じ理屈です。空気が足りずにすすができ、その粒が白熱して黄色く光ります。

家のコンロの炎が赤や黄色に揺れ続けるときは、空気が足りていないサインのことがあります。不完全燃焼では一酸化炭素が出るので、換気をして、続くようならガス会社に相談してください。

塩や加湿器で確かめる：元素ごとの色

温度とも空気の量とも関係なく、混ざった元素で色が決まる場合もあります。これが炎色反応です。

身近な例が、塩を入れたゆで汁の吹きこぼれです。コンロの青い炎に、ぱっとオレンジがかった黄色が混ざります。塩に含まれるナトリウムが、熱で決まった色の光を出すためです。銅なら青緑になり、花火の赤や緑もこの仕組みで色を付けています。

2022年には、加湿器を使うとコンロの炎が赤くなる、という投稿が話題になりました。神戸新聞の取材に大阪ガスが答えています。超音波式の加湿器は水道水を細かい粒にして飛ばすので、水に溶けたカルシウムなどのミネラルが炎に入り、炎色反応で赤やオレンジに見えるのです。

確かめ方は簡単です。

1. 台所で超音波式の加湿器を使っているときに、コンロの炎の色を見る。
2. 加湿器を止めて換気し、数分おいてから、もう一度炎を見る。
3. 青に戻れば、赤みの原因は加湿器のミネラルです。戻らなければ、バーナーの汚れや空気不足を疑います。

大阪ガスは、加湿器とコンロを一緒に使うこと自体は問題ないとしています。ただし加湿器の本体を火に近づけすぎると、変形や火事のもとになります。

無重力では、ろうそくも青く燃える

すすが炎の色を決めていることは、宇宙でも確かめられています。NASAによると、地上のろうそくの炎がしずく形で黄色いのは、重力が生む上昇気流のためです。温められた空気が上へ流れ、すすを炎の先へ運びます。

上昇気流が起きない無重力では、炎は丸い球の形になり、すすのない青い炎になります。ろうそくも酸素も同じなのに、重力の有無だけで色と形が変わるのです。

よくある疑問

青い炎は、赤い炎より熱いのですか？

多くの場合はそうです。空気とよく混ざって完全に燃えるぶん、高い温度になりやすいからです。ただし青さそのものは分子の光で、温度の目印ではありません。炎の色から読める温度は、おおまかな目安にとどまります。

コンロの炎が一瞬だけ赤くなるのは危ないですか？

吹きこぼれや加湿器による炎色反応なら、一時的なもので心配はいりません。いつまでも赤や黄色に揺れる場合は、空気不足の可能性があります。換気をして、変わらなければガス会社に点検を頼んでください。

まとめ

炎の色は、3つの仕組みの重なりで決まります。

• 赤・黄：すすの粒の白熱。温度が上がるほど白に近づく
• 青：CHやC₂など、燃える途中の分子が出す光
• オレンジ・赤・緑など：混ざった元素の炎色反応

次にろうそくを灯したら、根元の青と中ほどの黄色の境目を探してみてください。スプーンを1本かざすだけで、炎の色の正体がその場で見えてきます。

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