炎は燃焼反応の可視的な現れであり、燃料が酸化剤と発熱反応を起こすときに生じる、高温で発光する気体や粒子の集まりである。炎は通常、火のうち光と熱を放つ部分を指し、条件によって形、大きさ、色が大きく変わる。

基本的な構造とふるまい

炎は一見単純に見えるが、一般にはいくつかの領域に分かれる。燃料源の近くには未燃焼、または部分的に燃焼した気体からなる内側の核があり、その外側には白熱粒子や励起分子が可視光を放つ発光領域がある。さらに外縁には薄い反応帯があり、残った燃料を燃焼生成物へと変える。実験室や産業の場では、炎は流れの状態（層流か乱流か）や、燃料と酸化剤の混合の仕方（予混合か拡散か）によって分類される。

色と温度

炎の色や見かけの強さは、温度と炎の内部で起こっている化学過程に関係している。青色や白色の炎は、より完全な燃焼と高い局所温度に結びつくことが多く、励起された分子やイオンが短い波長の光を放つ。黄色、橙色、赤色の炎は、白熱したすす粒子や、より低温の発光を示すことが多い。炎の色を観察すると、効率や組成の手がかりは得られるが、色だけでは正確な温度は分からない。詳しくは温度と色を参照。

種類と一般的な燃料

炎はさまざまな燃料から生じる。気体では天然ガスや水素、液体ではアルコールやガソリン、固体では木材やろうそくのろうがある。燃料の供給方法によって炎の性質は変わる。予混合炎では、燃料と酸化剤が燃える前に混ざるため、はっきりした青い炎になりやすい。拡散炎では、燃料と酸化剤が反応前線で出会うため、発光の強い黄色の炎になりやすい。こうした違いは、エンジン、バーナー、トーチで重要である。燃料とその役割については燃料に関する資料も参照できる。

用途、重要性、注目点

  • ろうそく、コンロ、実験用バーナーは、光、熱、化学反応のために制御された炎を利用する。
  • 工業分野では、溶接、切断、そしてエンジン内での燃焼に使われ、炎の形や温度が効率に影響する。
  • 炎色反応や分光法は、元素ごとの特徴的な発光を利用して化学種を識別する。

科学者は、燃料効率の向上、汚染物質の削減、燃焼不安定性の理解のために炎を研究している。安全面も常に重要であり、炎はエネルギーの放出を示す一方、制御されない場合は火災、やけど、有害な副生成物の原因となる。炎のふるまい、つまり構造、色、そして燃料と酸化剤の役割を理解することは、より安全で効果的な燃焼システムの設計に役立つ。