炎の色はなぜ違う？青くなる理由は？温度による色の変化を理系出身の元塾講師がわかりやすく解説

ライター／Ayumi

理系出身の元塾講師。わかるから面白い、面白いからもっと知りたくなるのが化学！まずは身近な例を使って楽しみながら考えさせることで、多くの生徒を志望校合格に導いた。

1.炎とは

そもそも炎とは何でしょうか。火と炎の違いについて考えたことのある人は少ないかもしれませんね。まずはここから見ていきましょう。

火：熱と光とを発して燃えているもの。高温で赤熱したもの。
炎：気体が燃焼して熱及び光を発するもの。

広辞苑より引用

バーベキューで使う炭のように、炎が上がっていなくても火と呼べるものがありますよね。このように熱と光を伴って燃えているものは全て火です。一方で、炎は気体が燃えることで生じる火であり、炎は火と言い換えることができます。反対に、火は必ずしも炎であるとは限りません。

固体または液体と気体では、同量でも体積が大きく異なることはご存知ですね。そのために火と炎を比べた場合は、炎のほうが燃え上がり方が大きくなるのも納得できるでしょう。漢字を見ても炎は火が2つですからね。

物質の三態「固体液体気体」〜物質の3つの姿の違いを理系ライターがわかりやすく解説

2.身近な炎

それでは実際に身近にある炎について見ていきましょう。どんな気体が燃えているのかについても解説します。

2-1.ロウソク

image by iStockphoto

気体が燃えることで生じる炎ですが、ロウソクと気体にどんな関係が？と思う人もいるかもしれませんね。しかし思い出してみてください。ロウソクに火をつけると、次第にロウソクは短くなっていくはずです。ただ溶けただけなら、ロウソクの形は変わっても体積が減ることはないはずですよね。

ロウソクに含まれるロウは加熱により気化し、このロウ自体が燃えることで炎となります。さらに空気中の酸素と結びついて二酸化炭素として放出されるのです。そのためにロウソクはあたかも溶けて消えてしまったように見えるということですね。

2-2.ガスバーナー

image by iStockphoto

ガスバーナーは実験でもよく使われますね。バーベキューや燻製など、家庭で使用する場合もあるでしょう。もちろん工業用として使用されることもあります。

使用されるガスはいわゆる都市ガスの場合もあれば、プロパンガスやブタンガスなどです。直接可燃性の気体を燃やしていることで、効率的に熱を伝えることができますね。

3分でわかる！プロパンガスと都市ガスの違いとは？料金やメリット・デメリットについて雑学大好きライターがわかりやすく解説！

2-3.ガスコンロ

image by iStockphoto

あなたの家のキッチンにあるコンロはガスを用いたものでしょうか。今どきオール電化の家も増えてきているので、IHだという人も多いかもしれませんね。

しかし飲食店ではガスコンロを使っている場合がほとんどです。ガスコンロには都市ガスやプロパンガスなど、ガスバーナー同様に直接可燃性の気体を燃やすことで火力調節がしやすいというメリットがあります。IHコンロよりも最大火力が大きいということもメリットでしょう。安全性の理由から選ばれることの多いIHコンロですが、ガスコンロにはガスコンロだけのメリットもたくさんあるということですね。

2-4.薪

image by iStockphoto

薪ストーブやキャンプファイヤーで用いられる薪は、1年以上乾燥させてから使用しているのをご存知でしたか。水分が多いと燃焼効率が悪くなってしまうからです。

薪に火をつけることで残っていた水分が蒸発し、炭素を含むガスであるタールが発生します。これが燃焼することで炎となり、二酸化炭素やススとなるのです。

一方で炭はじっくり時間をかけて木を蒸し焼きにし、炭化させています。ガスの発生量によって火力が大きく変わる薪とは異なり、炭素自体をじっくりと燃焼させる炭は安定した火力を得ることができるのがメリットです。薪と炭、それぞれの特徴を理解し、用途に合わせて使用することが大切ですね。

3.炎の色が変わるワケ

炎の見た目は様々です。その中でも色の違いに注目してみましょう。

3-1.炎の大きさ

では炎の大きさと炎の色の関係を見ていきましょう。

炎の大きさでいえば　薪＞＞＞ガスコンロ＞ガスバーナー＞ロウソク　といったところでしょうか。
しかし色で見れば　薪とロウソクは赤、ガスコンロとガスバーナーは青の炎　ですね。

ロウソクをたくさん集めれば炎は大きくなりますが、青い炎にはならないでしょう。反対に薪の数を減らせば炎は小さくなるかもしれませんが、こちらも炎の色の変化は起こりません。つまり、炎の大きさと色は必ずしも関係するものではないといえそうですね。

3-2.炎の温度

By Hołek, CC BY-SA 2.5 pl, Link

確かに炎の大きさと色は関係ないとはいえ、ガスコンロとガスバーナーの火力を弱めた場合、炎の色は赤くなることがあります。再度火力を上げれば色も青に戻るでしょう。このときに考えたいのは、ガスの供給量の変化とそれに伴う温度の変化です。炎は気体が燃えることによって生じるものですから、直接可燃性の気体の量を調節できるこの2つは温度変化が大きいものといえますね。

これからわかるように、炎の色の変化は温度に起因します。炎の温度が低温であれば赤、少し温度が上がると黄色、さらに白、青へと上図のような変化です。

ちなみに…上図にある数字は温度と表すK(ケルビン)という単位を用いています。全ての物体の運動が止まる温度を0Kとしていて、普段用いている摂氏℃とは異なる温度の単位です。℃＝K－273.15となり、0℃は273.15Kと言い換えることができます。ただし、上図は特定の物質における温度と色の変化を示したものではないので、参考程度にご覧くださいね。