古時有所謂的「五行」，就是金、木、水、火、土。金是指各種的金屬；木是指各種的植物，包括活著的、生長中的植物和植物材料，如木材、草蓆…等等；水是河川、湖泊和海洋裡的水；土是地殼上的各種礦物質。這些都是實實在在的物質，都是看得見、摸得著的東西。火也是看得見的、也是摸得著的，不但摸得著而且會把手燙傷。但火是不是像金、木、水、土那樣，是屬於某一類的物質呢？看來不是，火似乎是燃燒時的一種現象。電燈泡裡的鎢絲，一通電就會發熱也會發光，因為是在真空中，並沒有與空氣接觸，沒有在燃燒，算不算一種火呢？電爐中也是一樣，通上電流以後就可以產生紅熱的高溫，但並沒有東西在燃燒，算不算一種火呢？在太陽表面上進行的是核融合的反應，兩個氫原子核融合在一起成為一個氦原子核，同時把少許的質量轉化為能量，發熱也發光，這能不能也算是一種燃燒呢？能不能算是一種火呢？古時的人因為火是看得見摸得著的，所以把它視為一種很具體實在的東西，現代的人因為唸了一點物理和化學，就會越想越覺得「火」這個字的定義含混不清，沒有明確的範圍。這時候我們當然可以寫：火的狹義的定義是什麼什麼，廣義的定義是什麼什麼，不狹不廣的定義是什麼。我想還是不要幹這種事較好，不然的話，那些可憐的國中生又多了幾條要背誦的標準答案。
有一個下場與火相反的字就是「氣」。我們唸了一點物理與化學之後，都知道氣是一類很具體而實在的物質，如空氣、氧氣、氮氣、天然氣…。但是因為一般的氣都是看不見的，也不容易摸著，所以古時的人就把它想像得很玄妙，有人寫：「悲哉，秋之為氣也」，有人說：「養吾浩然之氣」，有人「脾氣」不好、有人好，現在還有很多人練各種的「氣」功。總之，凡是抽象而自己並非真懂的東西都與氣扯在一起，就像五十多年前，二次大戰之後，科技進入了「原子時代」，新發明的日用品都冠上「原子」兩個字，直到現在我們還在用「原子筆」寫字。這種筆與原子科學實在扯不上關係，就像我手中的鉛筆的“鉛”裡面並沒有鉛而是石墨一樣。石墨是一種天然的軟而滑的碳。
不論是點蠟燭或是油燈都必須有一條燈芯，火焰在燈芯的上端燃燒，燈芯就是一條夠粗的棉或其他多孔性材料的線，靠著毛細作用不斷地把燈油(煤油或植物油)供應到火焰中去。火焰的溫度使燈油氣化，如果注意觀察一下就可以看到在火焰的中央有一個比較暗的部分，這就是已經氣化但尚待燃燒的油氣。燃燒就是燃料的快速氧化，必須具備三個條件：燃料、氧和足夠高的溫度。蠟燭或油燈的火焰中的燃料就是這氣化了的燈油，火焰外面空氣中的氧氣要擴散到火焰中去才有機會與油氣接觸、混合而燃燒。火焰發光的部分就是正在燃燒中的油氣。蠟、煤油和植物油中主要的成份是碳和氫，因此與氧氣反應，也就是燃燒所生成的產物必然是二氧化碳和水蒸氣。要維持一個火焰穩定地燒下去，除了要經由燈芯順利地供應燃料，讓空氣中的氧順利地擴散到火焰的裡面以外，還要讓燃燒所生成的二氧化碳和水蒸氣順利地擴散到火焰的外部，並且離開火焰的附近，以免影響了氧氣向內的擴散。因此，要維持一個穩定的火焰一定要有適當的通風，但通風也不能太強，否則把尚未燃燒的油氣吹跑了，或是使溫度降得太低了，火焰便熄掉了。
圖15-1是元宵節小朋友們提燈時的燈籠的示意圖。箭頭所指的是燈籠內空氣流動的方向。新鮮空氣的入口在下方，熱空氣的出口在上方，這樣，一方面可以把氧氣供應到火焰附近，一方面又把二氧化碳和水蒸氣帶走，又可以避免橫向的風把火焰吹熄。圖15-2是一個火焰結構的示意圖，在氧化反應最劇烈的位置
也是溫度最高的位置。火焰為什麼會亮會發光呢？是因為其中碳原子的振動。含碳比較少的燃料，譬如天然氣，在燃燒時的火焰就不很亮。純的氫氣在燃燒的時候溫度很高，但不會發光，因此也看不到火焰。現在的飛船，或稱飛艇，實際上就是大氣球，裡面裝的是氦氣，氦是惰性氣體，當然很安全。早年，在第一次世界大戰時期，飛船中用的是氫氣，當發生了意外燃燒時，目擊者看不到火光或火焰，只看到龐大的船體很快地消失，也是蠻恐怖的景象。
木材、煤、木炭、焦炭等的固體燃料在燃燒時也會產生火焰，是因為燃燒是會分階段進行的，這些燃料先與氧氣反應生成一氧化碳，一氧化碳再與氧氣反應生成二氧化碳，一氧化碳是氣體，第二階段的反應當然就是在火焰中進行的了。一氧化碳是一種有毒的氣體。在寒冷的北方，冬天時室內需要有爐火取暖，又需要把門窗關得很緊，如果爐子的設計不好，不能使一氧化碳燃燒得很完全，散佈到空氣中後是很危險的，會產生一氧化碳中毒致死的悲劇，有人稱之為煤氣中毒。
固體到達高溫時，雖然沒有燃燒也會發光，在溫度不是很高，譬如在攝氏700度附近，所發出的光的波長比較長，是暗紅色；等到了1000多度，所發出的就是所謂白熱化的光了。因此，用光學的方法來測定所發出的光的顏色或波長，也是一個測定高溫固體表面上的溫度的方法。
前面已經提到過，要使燃燒開始，也就是把火引發必須具備三個條件，就是燃料、氧和夠高的溫度。在自然界中處處有枯枝敗葉，都是燃料，也都曝露在空氣裡的氧氣中，不致起火的原因就是缺少足夠高的溫度。而自然發生的雷電在觸及這些可燃的物料時，因為提供了瞬間的高溫，便可以使它們發火燒起來。上古時代的人一遇到這樣的機會就把火種留下來，小心地保護並且隨時添柴，因為一旦熄掉了，自己去鑽木取火總是很費力的。有了火不但可以烤熟食物，還可以嚇唬野獸。
所謂鑽木取火就是使兩塊木材相互磨擦產生高溫而使木材開始燃燒。磨擦的力量越大越好，速度越快越好，而且要集中在一個小範圍內，因此，用一條旋轉的尖木棒來鑽一個木塊是最好的磨擦方式。鑽木取火的原理說起來很簡單，做起來則需要相當大的力量和高明的技巧。我曾經在夏威夷的一個觀光區看過一次表演，一下子火就點著了，但很難判斷其真實性。
現代的小朋友常玩用一個凸透鏡把太陽光聚成一點使紙燒起來的遊戲，白色的紙對光線吸收得較少反射的較多，因此不像黑色的紙燒起來的那麼快。用一個透明的塑膠袋，裡面充滿了水，也可以有凸透鏡的作用，可惜上古時代的先民沒有機會得到一個凸透鏡或是一個透明塑膠袋。也聽說過有人在桌上放了一個水瓶，因為把太陽光聚集在紙張上而不小心引起火災的故事。
古時候的人有另一個取火的方法，就是用兩塊石頭相碰或是磨擦，產生火花來點燃枝葉。幾十年前的老人家抽煙還是用這個方法點火，是先用兩塊小石頭相碰，用產生的火花點燃一個紙捻，再用紙捻去點煙。這樣點火當然也需要經驗和技巧，效率也不會很高，但抽煙的效率高有什麼好處呢？效率低些，抽了很長的時間但沒有把多少煙抽到肺裡去未嘗不是很好的事。現在大家用的打火機就是利用這個原理設計的，只是加入了一些機械上的技巧，所用的燃料是靠毛細力所供應的高揮發性的打火機油。而火柴則是加入了一些化學的技巧，所用的燃料是簡單的火柴棒。
我們都知道燃燒就是一種快速的氧化作用，在過程之中要釋放出不少的能量。因此，凡是會被氧化、釋放出能量來的東西都可以算是燃料。
碳是一種燃料，與氧反應而燃燒的時候會釋放出不少的能量並且產生二氧化碳。「碳」這個字與「炭」不同。「炭」指的是把生物體在高溫度下除去所含的揮發性成份所剩下的炭，最常見的就是用木材燒製而成的木炭。木炭的孔隙度很高，換句話說就是表面的面積很大，每一塊木炭上都有許多細孔。這一類的固體往往都是很好的吸附劑，能夠把氣體或液體中一些想要除去的成份吸附在細孔中的表面上。木炭是一種很好的除臭劑和脫色劑，就是由於它的多孔性。用特別緻密的原料，例如椰子殼、胡桃殼燒製而成的炭，孔隙度非常高，除臭、脫色等等的性能特別好，就叫做活性炭。「碳」是一個化學元素的名稱。碳有各種不同的形式，木炭是其中之一，碳是木炭中最主要的成份，木炭中除了碳以外還有一些雜質，就是原料木材中所含燒不掉的灰份。純粹的碳燃燒之後應該全部變成二氧化碳，不會產生灰的。植物體燃燒之後所剩下的灰中大部份是金屬的氧化物。
鑽石又叫金剛石或金剛鑽，是硬度最高、對光線的折射最好的寶石，也是碳的一種形式。談到金剛鑽，順便提一下一個有趣的問題。佛經中有一部金剛經，問題是：是因為金剛鑽的硬度第一、無堅不摧，所以才把這部妙用無窮的佛經命名為金剛經呢？還是因為金剛經妙用無窮，才把這種硬度第一、無堅不摧的寶石命名為金剛鑽？我覺得後者較為可信，理由是在金剛經中常提到俗世中認為珍貴的許多寶物，七寶，但從來沒提及金剛鑽，可見在講金剛經時還不知道有金剛鑽。當然也可能在講經時尚不知道有金剛鑽，但在譯經時已經知道了，因為一個梵文的很抽象的概念很難用漢文表達明白，就借來用了一下。有了金剛經，我們的寺廟裡才塑有四大金剛。但什麼時候才把大猩猩和金剛拉上關係的呢？以前國軍的裝甲兵叫金剛部隊，臂章上就繡個大猩猩。是中國人先稱大猩猩為金剛，美國好來塢那部以大猩猩為主題的電影才命名為「金剛(King Kong)」，還是看了那部電影之後我們才用這兩個字來稱呼大猩猩呢？這是近幾十年來的事。這些文化交流中的公案是聊天時的題材，也許並無花功夫去深究的必要。
石墨是一種很黑很滑的礦物，也是碳的另一種形式。因為黑而滑，所以就用來做鉛筆筆芯的原料。英文中就把鉛筆的筆芯叫做「鉛(lead)」，我們也自然而然地稱這種筆為「鉛筆」。記得小時候老師禁止學生把鉛筆尖放在嘴裡，理由是鉛是有毒的。鉛有毒是沒錯的，但鉛筆中並沒有鉛，而石墨是沒有毒性的。
燃燒木材等植物體、植物油或礦物油、天然氣等等含碳的燃料時，如果空氣供應得不充足就會產生黑煙。黑煙中有許多微細的碳顆粒，設法收集起來就是粉末狀的碳煙或碳黑，是黑色顏料中的主要成份。
碳是一種化學性質非常穩定的元素，不論是以上面提到的那一種形式存在時都很不容易起化學作用，當然也不容易被氧化或起火燃燒。只有在溫度夠高的條件下才會燃燒，但是燃燒一旦開始就會釋放出大量的熱能。用有機染料印染的色彩都可以設法用化學方法漂白，但鉛筆寫的字無法漂白，因為鉛筆字的黑色是石墨，是碳；報紙上用油墨印的黑字和用毛筆寫的墨字也無法漂白，因為這些是碳黑的黑色。
各種含有碳和氫的有機化合物，包括各種植物和石油中的各種成份，都可以做為燃料，與氧反應燃燒時都會釋放大量的熱能，生成二氧化碳和水。氫氣是一種很好的燃料，燃燒時生成水並且放出大量的熱能，但氫氣也是一種很容易爆炸的危險氣體。各種金屬都會與氧作用而被氧化，但在常溫下的速度通常都很慢，在溫度夠高的時候，各種金屬也一樣地會燒起來，放出大量的熱能。
化學反應的速度與溫度有密切的關係。溫度高的時候反應的速度快，溫度低的時候反應的速度慢。高等的哺乳動物是熱血動物，不管外在環境的溫度高低如何，體溫都維持在一定的溫度。例如人的體溫大約是攝氏37度，如果高了兩度就是發高燒了。因為體溫維持一定，所以體內的生理化學反應也能維持一定的速度，不受外在環境的影響。較低等的冷血動物的體溫隨著外在環境的溫度起伏而升降，在冬天時體溫也變得很低，許多生理化學反應的速度也跟著變得很慢，使這些動物失去了活力而成冬眠的狀態；到了夏天，體溫隨著氣溫升高了，生理化學反應的速度也變得快了起來，這些動物便活躍了起來。各種可燃物的氧化反應也是一樣，在室溫下，因為溫度不夠高，反應也很慢，對許多金屬材料來說，只能使表面上生些鏽而不會燒起來。
所謂鏽，就是金屬與空氣中的氧氣反應而生成的氧化物。這些氧化的作用有時候也會有空氣中水份的參與。各種金屬的氧化物的性質並不相同，鐵鏽的質地比較鬆，鐵的表面上生了一層鐵鏽之後，空氣裡的氧氣和水份仍然可以透過這層鐵鏽擴散到金屬鐵的表面上去，繼續與它反應。一件鐵器上的鏽會越生越厚，時日久了以後會全部成了鐵鏽。因此，鋼鐵的建築如鐵橋、鐵塔等等都要經常塗油漆，其目的就是使空氣中的氧接觸不到鐵的表面。銅鏽的性質與鐵鏽不同，在銅器的表面上生成了一層銅鏽之後，它就可以把空氣與金屬銅的表面隔開，使它不會繼續鏽下去。這是一個非常有利的性質，許多商代的銅器在地下埋了幾千年之後，除了表面上有一層綠色的銅綠之外仍然完好如初。鋁是一種化學性質非常活潑的金屬，很容易與氧氣起反應，為什麼許多鋁器不會被腐蝕掉呢？也是因為鋁的鏽，也就是氧化鋁，非常緻密使氧氣不可能透過的關係。
許多可燃的物質在室溫下氧化的速度雖然非常緩慢，但仍然是不斷地在進行之中，也會不斷地釋放出熱量。這些熱量因為釋放得很緩慢，被風一吹就散掉了，因此通常不大會產生什麼影響。但在特殊的情況下，例如一個大煤堆或是一堆沾油的抹布的中央，因為是透氣的，一直有足夠氧氣的供應使氧化的反應繼續進行，但通風又不夠好，無法把反應所產生的熱量帶走，這樣，熱量便越積越多，溫度因而也越來越高，氧化的反應便越來越快，生成的熱量也越來越多，…，最後在煤堆或抹布堆的中央便燒了起來。這種沒有人去點而自然發生的燃燒就是所謂的自燃現象，往往是大火災的成因。因此，在一個工廠裡如果有許多沾油的抹布，最好存放在一個有蓋的鐵桶裡，沒有足夠氧氣的供應自燃便不會發生；如果有一個大煤堆，最好經常澆些水，這樣萬一中心的溫度太高了，就會產生水蒸氣而把助燃的氧氣排開。
前面提到過燃燒的三個必要的條件：夠高的溫度、燃料與助燃的氧化劑(通常就是空氣中的氧氣)，三者缺一不可。因為燃燒是一種高度放熱的反應，一旦開始了就會有足夠高的溫度。因此，如果我們要使燃燒能在控制之下進行，就得設法控制氧氣或燃料或是二者的供應。家庭裡瓦斯爐的燃燒在通風良好、有充份氧氣的環境中進行，因為燃料(瓦斯)的供應在我們的控制之下，所以瓦斯爐中的火焰是在我們控制之下很聽話的火焰，並沒有什麼危險性。在工廠的加熱爐中，燃料油和空氣的供應都在操作員的控制之下，火焰看上去雖然很壯觀，但也是很聽話而沒有危險性的。當燃料的供應和氧氣的供應都不在控制之下時，才會產生不聽話、有危險性的燃燒，也就是所謂的爆炸。
在什麼時候我們無法控制燃料的供應、也無法控制氧氣的供應呢？就是在燃料和氧氣混合得相當均勻的時候。這時候，處處都有燃料、處處都有氧氣，我們無從控制它們的供應。在廚房裡，如果液化天然氣的鋼瓶漏氣了，或是爐火熄了而天然氣的開關忘了關掉，這時候漏得滿屋子裡處處都有天然氣，也處處都有氧氣，成了一個只要有少許的小火花就會引爆的炸彈。如果一桶汽油打翻了，因為汽油的揮發性很高，一下子就會使空氣裡佈滿了汽油的蒸氣，其結果也和天然氣漏氣時一樣。在麵粉工廠中、或是把燃料煤磨成細粉的工廠中、或是生產碳黑的工廠中，如果安全措施做得不好，使廠房的空氣中佈滿了易燃的麵粉、煤粉或碳黑的小顆粒，其危險性也和瓦斯漏氣或打翻了汽油桶差不了多少。細小的固體燃料的顆粒的表面面積非常大，其燃燒的行為與氣體燃料的分子是差不多的。
爆炸就是快速的燃燒，如果我們讓汽油蒸氣的爆炸在一個小空間裡發生，並且用耐炸的鋼鐵作為這小空間的四壁，週期性地把空氣和汽油的蒸氣混合之後噴進來，並且在預定的時間用一個電火花把它引爆，利用爆炸的力量推動一個活塞使它作功，這個小空間就是我們汽車和機車引擎裡的汽缸。汽油引擎、柴油引擎裡的汽缸都是在工程師的計畫中、規律性地爆炸的小空間。
如果廚房裡的液化天然氣漏出來了一些，但漏得不多，雖然味道濃得可怕，點火時卻沒有發生爆炸，這是為什麼呢？仍然是因為要使燃燒或爆炸發生，除了夠高的溫度外必須有充份的燃料和氧氣的供應。空氣裡雖然漏出來一些瓦斯但濃度還不夠高，也就是燃料的供應還不夠充份的時候，燃燒或爆炸是不會發生的。天然氣、汽油或是任何一種可以作為燃料的氣體，在空氣中都各有一個爆炸濃度的下限，它們的濃度低於這個下限時爆炸是不會發生的。這就是為什麼發現廚房裡瓦斯爐漏氣時要快些開窗，讓風把漏出來的瓦斯沖淡；以及煤礦坑中要通風良好，讓空氣把可燃性的氣體帶出去的原因。任何一種可以作為燃料的氣體在空氣中還有一個濃度的上限，如果濃度高於這個上限，點火時不會燃燒也不會爆炸，這是因為燃料的濃度過高時，相對地說就是氧氣的濃度過低，在氧氣的供應不夠充份時，燃燒或爆炸是不會發生的。當空氣中燃料氣體的濃度在上述的下限和上限之間時，爆炸才會發生。
每一種可燃的物質或燃料都有一定的熱值，也就是每單位重量與氧反應完全燃燒時所放出來的能量。我們在比較各種來源的煤的品質時，熱值是一個重要的指標，品質好和不好的煤的熱值可能有不小的差異。我們讓燃料燃燒的目的當然是想要利用在燃燒的過程中所釋放出來的能量，利用這些能量去做我們想做的事，用物理上的術語來說就是去作功。燃燒所釋放出來的能量的品質有沒有高下之別呢？有的，同樣多的能量，在高溫度時就是高品質的能量，在低溫度時就是低品質的能量。廚房裡瓦斯爐的火焰溫度相當高，利用這高溫的火焰可以做許多事，譬如燒開水、煮飯菜等。瓦斯燃燒所產生的能量在做過這些服務之後並沒有消失掉，這些能量還是和原來火焰燃燒時一樣多，只是成為「廢熱」散佈在空氣中，沒有什麼利用價值了。如果我們並沒有利用瓦斯燃燒時所放出來的熱量去燒開水、煮飯菜，這些熱量仍然是散佈在空氣中，一樣地沒有什麼利用價值，真是不用白不用。因此，在燃燒時要盡量使火焰的溫度高，並且趁著溫度高的時候利用它來做許多事。在火力發電廠中，有的是先用高溫的火焰加熱鍋爐裡的水，產生高壓力的水蒸氣，再用高壓力的水蒸氣推動蒸氣渦輪，高速旋轉的蒸氣渦輪便可以帶動發電機產生電能；有的是直接用燃燒所生成的高溫高壓的氣體來推動燃氣渦輪，同時帶動發電機產生電能。也可以用柴油引擎帶動發電機來產生電能，在柴油引擎中，燃料油是和空氣混合之後再在汽缸中爆炸燃燒，其構造與汽車的引擎相近，只是汽車引擎帶動的是車輪，而發電用的柴油引擎帶動的是發電機。不論是用蒸氣渦輪或是燃氣渦輪來帶動發電機，都是燃燒的火焰溫度越高，燃料的熱值的利用效率越高。
怎麼樣才能使火焰的溫度高呢？首先必須擁有能耐高溫的材料。不論是鍋爐中水管的管壁、加熱爐的內壁或是燃料的噴嘴，都要能耐得了火焰的高溫，這是學材料科學的專家們的事。燃燒時，燃料與空氣的混合要非常均勻，如果燒的是燃料油，就要噴成細小的滴；如果燒的是煤，就要先磨成細粉，再像油滴一樣噴入加熱爐的空氣中，因此，燃料噴嘴的設計很是重要。空氣與燃料的比例要配得適當，如果空氣過多，便會浪費掉一些把過多的空氣的溫度提高時所消耗的熱量；如果空氣不足，便會使燃燒不完全，一部份燃料的熱值不能釋放出來。
空氣裡氮的含量大約佔五分之四，在燃燒的過程中扮演的只是稀釋者的角色，徒然消耗了不少把它從低溫加熱到高溫的熱量。因此，如果把空氣中的氮除去，用純的氧氣來燃燒，所能達到的溫度會高出很多，熱能利用的效率也會好很多。把空氣中的氧和氮分開來並不是非常困難的事，但總得花不少的成本，因此，一般工業上的燃燒用的還都是空氣，不是純的氧氣。外太空中沒有空氣，在射到外太空的火箭中不但要帶著燃料，也要自帶助燃的氧。因為在火箭中要求的是很高的能量利用效率，用的當然是液態的純氧而不會是空氣。在噴射式的飛機引擎中的燃燒和發電廠的燃氣渦輪類似，只是它推動的是飛機的本身而不是發電機。
人們往往把火視為可怕的東西，這也許是動物的本能，也未可厚非，但如果我們充份地瞭解了火，就知道它本是很聽話的東西。就像汽車本是一種很聽話的機械，並沒有什麼可怕的地方，可怕的只是超速、酒醉駕車、撞平交道、…等等。火也是一樣的，燃燒的三個要件是燃料的供應、氧氣的供應和引火的高溫，三者缺一，意外的火便不會燒起來。如果火已經在燒了，滅火的方法也都是針對這三個要件來著手：阻斷燃料的供應－關掉瓦斯或燃料管線上的開關。阻斷氧氣的供應－用防火沙；用泡沫滅火機；洒乾冰，因為所生成的二氧化碳氣的比重較大，有隔斷氧氣供應的作用；噴水，所產生的大量水汽也有阻隔氧氣供應的效果。降低溫度－最有效的方法就是噴水，因為水蒸發成為蒸氣時所吸收的熱量是很大的。但是遇到像印尼森林中那樣的大火，什麼方法都是杯水車薪，只好等著讓它燒夠後自然熄掉了。