一,火石红与窑中的火焰

      首先应该知道火焰的概念，那么什么是火焰呢?火焰就是一个氧化和发热的过程。先民给这个过程起了个名字叫火或焰、火焰、焰烧。

      火焰在陶瓷窑中有4种功能：
(1)、提供温度。
(2)、温度大小决定氧化物自由能、亲和力的大小。
(3)、消耗氧并影响氧化或还原。
(4)、产生CO并影响氧化或还原。

      第一项简单不用多解释，第二项后面将有专题从理论上回答，后两项这里一并回答。
火焰没有氧化或还原其他物质的性能，燃料物质燃烧时消耗氧，因燃烧不充分会产生C、CO，因燃料的多少、供氧的多少不同，产生的C、CO也不同，不是常数。

      世上根本就没有所谓的“氧化焰”或“还原焰”。陶瓷窑中只有氧化环境和还原环境。而决定是哪种环境的条件是还原剂CO与氧化剂O2各自在消耗之后的结果，还原剂剩余是还原环境，氧剩余就是氧化环境。

      陶瓷窑中低温时多氧化环境(低温另加CO可以变成还原环境)。这是因为低温燃烧消耗O2少，燃烧充分，产生的CO少，氧剩余多。CO与O2比，氧占上风，所以低温多氧化环境。反之高温需燃料多又难充分燃烧，产生CO多，而氧消耗多剩余少。CO与O2比，CO占上风，所以高温时多还原环境(高温另加O2可以变成氧化环境)。

      由此也可以明白，为什么低温红陶不用二次氧化就能有火石红，因为是在低温氧化环境，未在过高温还原环境，未被还原成黑陶。而瓷需要经高温瓷化，瓷胎铁质先经短时低温氧化迅速达到高温还原环境，铁质生成黑矿，所以要生成火石红必须停火封窑用新进的氧进行二次氧化才成。注意这时窑中根本没有火焰，更说不上有什么“还原焰”“氧化焰”了，瓷器上的火石红都是在没火焰时生成的。

      瓷窑停火后无CO产生，新进空气后，因氧气消耗少之故多为氧化环境。窑烧青砖瓦者须迅速冷却，其意在低温黑矿稳定二次氧化放慢，保证青砖瓦青色，而瓷窑须保温以利瓷化、玻化。停火时虽在氧化环境，温度过低黑矿稳定不易氧化，而温度过高氧稀少，氧化不足都不见火石红，只有温度适中,才有可见的火石红生成。后面将分专题从理论与实践的更深层次给予解答。

      前面简单地从理论和实践上证明了火焰并没有“氧化焰”和“还原焰”，在陶瓷窑中只有氧化环境和还原环境，并且可以是完全没有火焰。一定温度下加什么剂就是什么环境，什么也不加仅仅是高温或叫中性环境吧。比如火山红色熔岩内部、封闭的电炉、太阳等星体。这种理论认知和技术方法对陶瓷学术研究和生产都有重要的价值。

      二,火石红与自由能

      F·哈伯斯说自由能变化是化学亲和力的真正量度，即是预计反应可能性的判据。

      铁质在氧化环境并不等于一定会被氧化成火石红，比如地质第四纪更新世开始形成的华北黄土高原，最早的有250多万年了，今日所见土中的铁质并没有生成火石红，黄土烧成的红砖红瓦在窑中烧制时间仅以天计。

      在早期瓷如汉、晋、隋、唐中期也没火石红，宋时有一些，元明更多。在古陶瓷窑址可见离窑近之土红色深而远者色淡。综合观之都有一个相同特点：近高温者火石红色重远则淡或无。

      显然温度在火石红形成的过程中有一定的作用。它是如何起的作用呢？这就需要用自由能的理论回答了。

      自由能是什么呢?化合物有两种能量：自由能和束缚能。自由能是可以用来做有效功的能量用F表示，表示化学键的破裂或电子由一个原子到另一个原子运动相应的能量。束缚能是不能做有效功的能量，用TS表示，在火石红理论研究中没用，不讨论。

      自由能不是常数，随温度变化而变化，所以说它和温度有关。艾林汉首次将氧化物的标准生成能对温度作图，以1克氧分子为基础，F·哈伯斯在《冶金原理》中绘有多种氧化物的自由能图，包括铁氧化物、自然红矿，这就是火石红的自由能图。

      最主要的是自由能图能说明解释氧化物稳定性和温度与稳定性的关系、反应的难易、能不能反应等等。

      这里仅引用和火石红有关的铁氧化物等自由能图(参见图表)。

      由图表可看出：
(1)氧化物只有在自由能为负时才能被氧化。
(2)自由能负值大的矿物稳定性强，反之弱。
(3)温度不是自由能，但能决定某一矿物在某一温度时的自由能，也就是氧化的难易程度。也可知道亲和力的大小和变化程度。
(4)在1500摄氏度时火石红自由能为零，因为只有自由能为负时才能氧化，所以在1500摄氏度及以上温度不能被氧化。

      当然由自由能图还可看到很多非常有用的知识，因与火石红关系不大不讨论。

      由(2)可以解释早期瓷器如晋、隋为什么温度比同期的陶器温度高反没火石红。因为陶器虽温度不太高，却在氧化环境中并连续保持数天在氧化状态中最终烧成红陶，而瓷器需较高温瓷化才能烧成，先经低温短时氧化环境迅速升到高温还原环境，所以铁质是黑矿，生成火石红瓷器都是停火封窑进入空气，也就是进入氧气变成氧化环境并进行所谓二次氧化完成的。问题是早期瓷窑温虽比陶窑高但比后世瓷窑低得多，与明清比约差200摄氏度，与今窑比约少300摄氏度，自由能负值约大100—300％，就是说二次氧化起点处在相比后世矿物稳定得多难氧化的态势，原本温低因停火无补充温度，自由能负值迅速变得更大更难氧化到还不及有温补充分陶窑一次氧化条件，所以早期瓷由于温度低决定的自由能负值过大而不足以让黑矿在二次氧化中充分氧化，微量氧化的红矿达不到人眼所能识别的程度，就是通常说的没有火石红。

      由自由能图还可以解释为什么窑温高些，唐末时自由能负值小些易氧化些，有火石红器而又不多。后世窑温更高些，所以五代、宋、元瓷器火石红也就水涨船高，多了起来。所以说瓷火石红早期是越古越少。

      自由能图也能解释黄土高原为什么没变成红土高原，古窑址为什么近红深而远红淡，皆是温高才能使自由能负值小易氧化，氧化量大反之小。在低温时虽然自由能负值大，仅时间过长些，不是也能氧化么?事实不是这么简单，弱小的氧化条件，还有其他条件影响，如艾林的活化络合物理论，阿累尼乌斯的活化能理论等等。所以氧化实际上在过低温时几乎没反应。所以黄土高原不可能像红砖那样是红色的，和氧接触了几百万年，黑矿超过了千万、亿年，都没有发生变化。

      学术界有观点认为火石红是在自然界中经过百十年由黑矿自动氧化成的，且把红矿等同于褐铁矿，显系还不了解自由能及反自由能负值常温与高温的差别之大，其实在常识上也很欠缺，新石器黑陶越过数千年还是黑陶，更不用说秦砖汉瓦，而有火石红的瓷器与之相比年岁几何?和地质黑矿更不成比例。自由能能解释早期瓷为什么没有火石红，后来为什么有火石红，再后来为什么逐渐多了，但不能解释后期瓷器火石红为什么由盛而衰，最后又没火石红了，因为这已不是自由能问题，而是另外影响氧气供应量有关的问题：热膨胀。

    因此，要研究火石红，先记住自由能、热膨胀。接下来，我们接着说。