Một thực tế mà ai cũng biết rằng các ngọn lửa đốt cháy hiđrocacbon sinh ra tương đối dễ dàng than và khói. Than được hình thành đối với những ngọn lửa rất giàu nhiên liệu, nghĩa là khi hỗn hợp khí có chứa một lượng nhiên liệu cao hơn nhiều so với yêu cầu đối với sự cháy hợp thức với oxi. Muội than được hình thành do thiếu oxi cần thiết cho sự cháy. Những ngọn lửa như vậy có màu vàng sáng. Đó là sự phát ra một quang phổ liên tục do những hạt nhỏ than có mặt trong các khí bị cháy. Một ngọn lửa được tạo thành từ sự đốt cháy hiđrocacbon đã được trộn đều trước và nghèo hiđrocacbon hay đúng thành phần hợp thức khơng có sự phát màu này, mà nó gần như khơng màu và khơng nhìn thấy (ví dụ các ngọn lửa của hiđro và oxi) hoặc là có màu xanh. Màu xanh là nguồn gốc của các quá trình phát quang hóa học mà ta đã nói tới ở trên.
Về mặt ứng dụng công nghiệp đốt cháy trong các lị đốt, sự có mặt của tro than có tác dụng khơng tốt, song sự tạo thành các hạt cacbon được ứng dụng để sản xuất muội cacbon cho công nghiệp cao su và các ngành công nghiệp khác. Trong phần trước, chúng ta đã thấy rằng một ngọn lửa bức xạ là cần thiết cho một lò đốt, ngược lại, kiểu truyền nhiệt này là không thuận lợi trong một xilanh của động cơ nổ. Trong trường hợp này, sự cháy có mục đích thực hiện một công cơ học và hồn tồn khơng cần thiết cho sự đốt nóng xilanh.
Vậy tro than là gì? và nó được hình thành như thế nào?
Dưới kính hiển vi điện tử, tro than được lấy ra từ các ngọn lửa có dạng những hạt nhỏ, gần hình cầu có đường kính vài trăm Angstrom (≈ 200 Å). Những hạt than này có chứa khoảng 105 tới 106 ngun tử cacbon. Qua phân tích hóa học cịn chỉ ra chúng có chứa hiđro (khoảng một vài phần trăm theo trọng lượng) và có thể chứa các nguyên tố khác với nồng độ rất thấp. Những đặc trưng này cũng cho thấy bản chất của nhiên liệu. Như chúng ta thấy, sự phân tích các sản phẩm cuối cùng chỉ cho ta những chỉ dẫn về cơ chế hình thành tro và cần phải nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành trực tiếp trong vùng cháy để đưa ra các phản ứng hóa học đã tham gia vào quá trình hình thành than.
Trong tất cả các ngọn lửa đốt cháy hiđrocacbon, thực tế người ta đã phát hiện ra sự có mặt của axetilen, poliaxetilen (C2nH2n) cũng như các gốc của axetilen và poliaxetilen. Kết quả của các phản ứng tạo thành than có thể là như sau:
- Cộng hợp liên tục axetilen hay poliaxetilen, tiếp theo
- Cộng hợp các nguyên tử hiđro; các gốc axetilen (RA) hay gốc poliaxetilen (RPA) bị chuyển thành các poliaxetilen khối lượng ngày càng lớn hơn. Ở trên một khối lượng nhất định, các poliaxetilen này có thể bị vịng hố dẫn đến những phân tử vịng có mạch nhánh với khối lượng phân tử ít nhất từ 100 ÷ 600. Những phần tử này cịn có nhiều electron chưa cặp đơi (đó là các đại gốc), bởi vậy chúng rất hoạt động và có thể cộng hợp thêm với những poliaxetilen khác để sinh ra các hạt than. Q trình có thể được sơ đồ hoá như sau:
C2H H2 H2 + C2H2 C4H3 + H C4H2 + H2 + C2H2 C6H3 + H C6H2 + H2 + C2H2 C2nH3 + H C2nH2 + H2 (gèc poliaxetilen) (poli) axetilen + poliaxetilen kh¸c, cïng ng−ng tụ Các hạt tro than + RA khác và RPA khác vịng hố
Một số tác giả cho rằng những ion có mặt ở trong tuyến lửa đóng một vai trị cơ bản trong q trình nhân hố (chuyển từ pha khí tới pha rắn) của than. Người ta thấy rằng sự có mặt của các ion kim loại kiềm thổ có tác dụng kìm hãm sự tạo thành than, đặc biệt là ion Ba2+. Các kim loại này sinh ra các gốc •OH và làm tăng tương đối tốc độ oxi hoá than so với tốc độ của q trình nhân hố.