Vì sao cốc giấy đựng nước lại không bắt lửa?

Từ thời tiền sử, tổ tiên loài người đã biết tận dụng gỗ để làm đuốc, cũng như nhóm lửa trại để nấu ăn cực kỳ hiệu quả. Sau này, chúng ta phát minh ra giấy, và đây cũng là chất liệu bắt lửa rất tốt. Tuy nhiên, tại sao trong khi những khúc củi hay miếng giấy lại dễ dàng bắt lửa, thì những vật bằng kim loại như sắt, thép…dù tiếp xúc rất lâu với lửa, cũng không hề xảy ra hiện tượng bắt lửa này?

Để trả lời cho câu hỏi tưởng chừng như vô cùng đơn giản này, Carl Brozek, nhà hóa học tại Đại học Oregon (Mỹ) cho biết đốt cháy thực chất là một phản ứng hóa học giải phóng năng lượng dựa trên một hệ thống gồm các liên kết hóa học tương đối yếu.  

Để phản ứng này dễ xảy ra hơn, nó cần có các phân tử đặc biệt, thường là chất hữu cơ có chứa carbon, oxy, hydro…. Thí dụ như các vật liệu dễ bắt lửa như gỗ và giấy, vốn dĩ được làm từ cellulose - một phân tử bao gồm các liên kết giữa carbon, hydro và oxy. 

"Khi một thứ gì đó cháy, nó sẽ giải phóng rất nhiều năng lượng vì thực ra nó đang chuyển toàn bộ hệ thống xuống một trạng thái năng lượng thấp hơn", Brozek lý giải. "Và năng lượng đó phải truyền dẫn đâu đó".

Cụ thể, khi một đồ vật làm bằng gỗ bắt lửa, xenlulozơ cấu thành nên gỗ được chuyển đổi thành khí cacbonic và hơi nước. Cả hai đều là những phân tử rất ổn định với các liên kết bền chặt. Năng lượng được giải phóng bởi phản ứng hóa học này sẽ kích thích các electron trong nguyên tử khí, khiến chúng phát ra ánh sáng mà ta gọi là ngọn lửa.

Trong khi đó, đa số kim loại với đặc điểm là sở hữu các liên kết hóa học mạnh mẽ không thể bị phá vỡ một cách dễ dàng, khiến chúng bền vững hơn trước tác động nhiệt từ ngọn lửa. Thế nhưng kim loại lại có khả năng hấp thụ năng lượng và tiêu tán ra xung quanh rất lớn. Đó là lý do tại sao khi chạm tay vào nồi nước đang đặt trên ngọn lửa, chúng ta sẽ có cảm giác rất nóng. 

Khả năng hấp thụ nhiệt cũng có thể ngăn gỗ hoặc giấy bắt lửa. Brozek cho biết, nếu ngọn lửa được châm vào cốc giấy chứa đầy nước, cốc có thể sẽ không cháy, trừ khi cường độ ngọn lửa quá lớn. Nguyên nhân là vì nước trong cốc có thể hấp thụ nhiệt ở một mức độ nhất định, nên giấy sẽ không bắt lửa. 

Tuy nhiên, vẫn có một số kim loại với cấu trúc đặc biệt, cho phép chúng bốc cháy trong ngọn lửa, điển hình như kali hay titan. Những chất này thường được sử dụng để chế tạo pháo hoa.