¿A dónde va la cera o parafina cuando se quema una vela?

Sea para decorar un pastel de cumpleaños o para producir luz durante un apagón, las velas siguen formando parte de nuestras vidas. Estas barras de parafina con mecha tienen la particularidad de que se van consumiendo a medida que pasa el tiempo hasta que ya no quede suficiente mecha para mantener la llama o hasta que se haya consumido prácticamente toda la cera. Esta simple observación hace surgir varias preguntas:

• ¿Qué es lo que le sucede a la cera de vela?
• ¿Por qué la vela se consume hasta desparecer?
• ¿A dónde va la cera de la vela?

Para responder a estas preguntas, debemos primero comprender de qué están hechas las velas, es decir, qué es en realidad la cera de las velas. Después, hablaremos sobre la serie de procesos tanto físicos como químicos que ocurren cuando encendemos y se quema una vela.

¿Qué es la cera de vela?

Cualquiera que haya comprado velas habrá notado que no todas las velas son iguales. No solo se trata de que tengan colores diferentes, ya que este generalmente se logra por medio de la adición de colorantes, sino más bien que tienen propiedades físicas y químicas diferentes. Hay algunas ceras que son más duras que otras, algunas que son más traslúcidas y otras más opacas, e incluso algunas son más aceitosas al tacto que otras. Esto se debe a que no todas las velas se fabrican con exactamente el mismo material.

Para empezar, existen velas fabricadas de ceras naturales tales como el sebo y la cera de abeja, mientras que otras se fabrican con ceras refinadas derivadas del petróleo. En ambos casos, uno de los componentes principales consiste en una o más parafinas sólidas.

Velas de parafina

El término parafina es un nombre antiguo con el que se conocían a los alcanos, es decir, a la familia de los hidrocarburos saturados.

Las parafinas presentes en la cera de vela son siempre hidrocarburos de cadena muy larga (con 30 o más átomos de carbono), casi siempre lineales (es decir, desprovistos de ramificaciones). Por ejemplo, una parafina presente tanto en ceras naturales como en ceras derivadas del petróleo es el alcano de 31 átomos de carbono denominado hentriacontano, cuya fórmula molecular es C₃₁H₆₄.

Velas de ceras naturales

Por otro lado, las ceras naturales, tales como la cera de abeja o el sebo animal, además de parafinas, también contienen una mezcla compleja de otros compuestos orgánicos de cadena larga tales como ésteres de ácidos grasos e incluso alcoholes de más de 20 carbonos.

Un ejemplo de uno de estos compuestos que está presente en la cera de abeja es el éster hexadecanoato de triacontilo, cuya fórmula molecular es C₄₆H₉₂O₂. Este éster se forma por la reacción de condensación (o de esterificación) entre el ácido hexadecanóico (un ácido graso de fórmula CH₃(CH₂)₁₄COOH) y el alcohol triacontílico (un alcohol lineal de 30 átomos de carbono de fórmula CH₃(CH₂)₂₉OH).

En el caso del sebo animal, este generalmente contiene grandes cantidades de esteres de ácido palmítico y esteárico. Sin embargo, la composición particular de la cera varía enormemente de una especie animal a otra.

¿Qué sucede cuando encendemos una vela?

Ahora que entendemos qué es la cera, estamos mejor preparados para comprender qué es lo que les sucede a estas sustancias cuando encendemos una vela. En primer lugar, debemos aceptar el hecho de que, sea lo que sea que suceda, debe cumplir con la ley de conservación de la materia. En otras palabras, el que observemos que la cera se consuma no significa que los átomos y moléculas que la componen están desapareciendo, sino que se están transformando en algo que no podemos ver a simple vista.

En términos generales, podemos decir que, al encender la mecha, el calor del fuego que aplicamos con la llama produce los siguientes cambios:

• Ocurren cambios de fase ya que la cera pasa de sólida a líquida, y luego a gas.
• Ocurren reacciones de combustión, tanto completa como incompleta según la composición de la cera y según las condiciones en las que se lleve a cabo la combustión.

A continuación, se describirá cada uno de estos procesos en detalle para poder entender a dónde va la cera o parafina de la vela cuando la quemamos.

Cambios de fase

Cuando encendemos una vela, lo primero que ocurre es que el material de la mecha comienza a quemarse y este calor junto con el calor de la llama con la que la encendemos derrite la cera sólida. Esto lo podemos verificar fácilmente ya que se forma un pequeño pozo de cera fundida en la parte superior de la vela poco después de encenderla.

La cera líquida luego empapa la mecha y asciende, por efecto de capilaridad, acercándose a la llama que se produce por la combustión de la mecha. Al ascender y acercarse a la llama, se calienta lo suficiente para sufrir u segundo cambio de fase, pasando de estado líquido a estado gaseoso.

Reacciones de combustión completa

Una vez en estado gaseoso, las distintas sustancias que componen a la cera reaccionan con el oxígeno del aire por medio de una reacción de combustión. Si la temperatura es lo suficientemente alta y si el suministro de oxígeno es lo suficientemente alto, la reacción que ocurre es una combustión completa en la cual el compuesto se oxida completamente hasta producir dióxido de carbono y agua.

Cada componente de la cera de vela tiene su propia reacción de combustión particular. Sin embargo, dado que la parafina está formada por hidrocarburos saturados, que poseen todos una misma fórmula general (C_nH_2n+2), podemos escribir una ecuación genérica para la reacción de combustión de los distintos componentes de las velas de parafina:

donde n representa el número de átomos de carbono en la parafina o el alcano. La siguiente ecuación química representa un ejemplo de una de estas reacciones de combustión completa, en particular, la de la parafina mayoritaria presente en la cera de abeja y en muchas parafinas refinadas, el hentriacontano.

Estos son el tipo de reacciones químicas que le ocurren a los distintos componentes de la parafina o de la cera de vela cuando vemos que la llama quema intensamente, produciendo una luz casi blanca y sin producir ningún tipo de humo. Es especialmente común en el caso de las veras hechas de parafinas refinadas, ya que estas no contienen otros componentes que se queman menos fácilmente.

Reacciones de combustión incompleta

Cuando la cantidad de oxígeno en el aire es limitada, puede suceder que la combustión de las parafinas y demás componentes de la cera de vela no sea completa. A diferencia de la combustión completa que es una sola, las reacciones de combustión incompleta pueden variar según la disponibilidad de oxígeno.

En algunos casos, en lugar de producirse dióxido de carbono, que es el producto más oxidado posible para los hidrocarburos y los compuestos orgánicos oxigenados, se produce monóxido de carbono (CO). La reacción correspondiente a la misma parafina anterior es:

Desde el punto de vista visual, no es posible distinguir entre esta combustión parcial y la combustión completa. Así, podrían estar ocurriendo ambas al mismo tiempo y no lo notaríamos, ya que tanto el dióxido de carbono como el monóxido de carbono son gases incoloros y el agua que se produce en ambos casos está en estado gaseoso, así que tampoco la podemos ver. De hecho, a menos que se queme la parafina en una atmósfera muy rica en oxígeno, lo común es que ocurran ambas reacciones al mismo tiempo.

Sin embargo, hay otra reacción de combustión incompleta que sí podemos ver a simple vista. Esta es aquella en la que se produce humo. Entre otras cosas, el humo contiene carbono en forma de grafito. El humo lo podemos ver porque está formado por partículas sólidas muy pequeñas. No se trata en absoluto de un gas. Por esta razón, cuando podemos ver que de la punta de la llama emana una fina corriente de humo negro, podemos estar seguros de que se está dando una combustión incompleta.

Incluso en aquellos casos en los que no se puede ver claramente una corriente de humo, la combustión incompleta se manifiesta claramente si tizna de negro la superficie de cualquier objeto que coloquemos encima de la llama.

Conclusión

En este punto ya podemos responder a la pregunta de a dónde va la cera cuando se quema una vela. Una vez iniciada la combustión, la parafina y los demás componentes de la cera se queman con el oxígeno del aire para transformarse, bien sea en dióxido de carbono, monóxido de carbono, carbono u otros productos de la combustión incompleta, además de vapor de agua. Los dos primeros productos, al igual que el vapor de agua, son gases y se dispersan en la atmósfera.

Por otro lado, la parte de la cera de vela que se transforma en carbono elemental o en algún otro producto sólido de combustión incompleta, se eleva inicialmente transportado por las corrientes de aire caliente provenientes de la llama, pero, al enfriarse, terminan cayendo nuevamente y depositándose en la primera superficie con la que se encuentren, ya que todos estos productos son mucho más densos que el aire.

Cabe destacar que una parte de la parafina también puede perderse en forma de vapor que no sufre ninguna reacción de combustión y, al enfriarse, este vapor rápidamente condensa, depositándose también en cualquier superficie que encuentre. Esto es particularmente notorio en el momento en el que se apaga la llama.

Justo después de detenida la reacción de combustión, el calor remanente de la misma sigue evaporando parte de la parafina, que asciende en forma de vapor y que rápidamente se condensa para producir una leve neblina blanca visible a simple vista. Esta pequeña corriente de parafina se puede encender fácilmente con un fósforo o un encendedor desde algunos centímetros por encima de la mecha, y la llama viajará hacia abajo hasta encender la vela de nuevo, como si fuera magia.

Referencias

Carey, F. (2021). Quimica Organica (9.^a ed.). MCGRAW HILL EDDUCATION.

Chang, R. (2021). Quimica (11.^a ed.). MCGRAW HILL EDDUCATION.

del Fresno, J. S. (2016, 27 septiembre). DE CERAS Y CIRIOS, UNA VISIÓN QUÍMICA. Ciencia en Común. https://cienciaencomun.wordpress.com/2016/03/14/quimica-ceras/

Parra, S. (2017, 8 marzo). ¿Dónde va a parar toda la cera de una vela que arde? Xataka Ciencia. https://www.xatakaciencia.com/sabias-que/donde-va-a-parar-toda-la-cera-de-una-vela-que-arde