Tabla de Contenidos
Olipa kyseessä syntymäpäiväkakun koristelu tai valon tuottaminen sähkökatkon aikana, kynttilät ovat edelleen osa elämäämme. Näillä sydämellä varustetuilla parafiinitikkuilla on se erikoisuus, että niitä kulutetaan ajan kuluessa, kunnes sydäntä ei ole enää tarpeeksi liekin ylläpitämiseen tai kunnes käytännössä kaikki vaha on kulutettu. Tämä yksinkertainen havainto herättää useita kysymyksiä:
- Mitä tapahtuu kynttilävahalle?
- Miksi kynttilä palaa, kunnes se katoaa?
- Mihin kynttilän vaha menee?
Jotta voimme vastata näihin kysymyksiin, meidän on ensin ymmärrettävä, mistä kynttilät on tehty, eli mikä todellisuudessa on kynttilävaha. Myöhemmin puhumme sarjasta fysikaalisia ja kemiallisia prosesseja, jotka tapahtuvat, kun sytytämme ja poltamme kynttilää.
Mikä on kynttilävaha?
Jokainen kynttilöitä ostanut on huomannut, että kaikkia kynttilöitä ei ole luotu tasa-arvoisiksi. Kyse ei ole vain siitä, että niillä on eri värit, koska tämä saavutetaan yleensä lisäämällä väriaineita, vaan pikemminkin siitä, että niillä on erilaiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Jotkut vahat ovat kovempia kuin toiset, jotkut ovat läpikuultavampia ja jotkut läpinäkymättömämpiä, ja jotkut ovat jopa öljyisempiä kosketuksessa kuin toiset. Tämä johtuu siitä, että kaikkia purjeita ei ole valmistettu täsmälleen samasta materiaalista.
Ensinnäkin kynttilät on valmistettu luonnonvahoista, kuten talista ja mehiläisvahasta, kun taas toiset on valmistettu öljystä saaduista jalostetuista vahoista. Molemmissa tapauksissa yksi pääkomponenteista koostuu yhdestä tai useammasta kiinteästä parafiinista.
parafiini kynttilät
Termi parafiini on vanha nimi, jolla alkaanit tunnettiin, eli tyydyttyneiden hiilivetyjen perhe.
Kynttilävahassa olevat parafiinit ovat aina erittäin pitkäketjuisia hiilivetyjä (30 tai enemmän hiiliatomia), lähes aina lineaarisia (eli haaroittumattomia). Esimerkiksi sekä luonnollisissa vahoissa että maaöljystä johdetuissa vahoissa esiintyvä parafiini on 31-hiilinen alkaani, jota kutsutaan hentriakontaaniksi ja jonka molekyylikaava on C31H64 .
Luonnonvahakynttilät
Toisaalta luonnonvahat, kuten mehiläisvaha tai eläintali, sisältävät parafiinien lisäksi myös monimutkaisen seoksen muita pitkäketjuisia orgaanisia yhdisteitä, kuten rasvahappoestereitä ja jopa yli 20 hiiltä sisältäviä alkoholeja.
Esimerkki yhdestä näistä mehiläisvahassa olevista yhdisteistä on esteritriakontyyliheksadekanoaatti, jonka molekyylikaava on C46H92O2 . Tämä esteri muodostuu heksadekaanihapon (rasvahappo, jonka kaava on CH 3 (CH 2 ) 14 COOH) ja triakontyylialkoholin (lineaarinen alkoholi, jossa on 30 hiiliatomia, kaava CH 3 (CH 2) välillä. ) 29 OH).
Eläintali sisältää yleensä suuria määriä palmitiini- ja steariinihappoestereitä. Vahan erityinen koostumus vaihtelee kuitenkin suuresti eläinlajeittain.
Mitä tapahtuu, kun sytytämme kynttilän?
Nyt kun ymmärrämme, mitä vaha on, olemme paremmin valmiita ymmärtämään, mitä näille aineille tapahtuu, kun sytytämme kynttilän. Ensinnäkin meidän on hyväksyttävä se tosiasia, että kaiken, mitä tapahtuu, on noudatettava aineen säilymislakia. Toisin sanoen se tosiasia, että havaitsemme vahan kuluvan, ei tarkoita sitä, että sen muodostavat atomit ja molekyylit katoavat, vaan että ne muuttuvat sellaiseksi, jota emme voi nähdä paljaalla silmällä.
Yleisesti voidaan sanoa, että sydämen sytytyksen yhteydessä liekillä levittämämme tulen lämpö saa aikaan seuraavat muutokset:
- Vaihemuutoksia tapahtuu, kun vaha muuttuu kiinteästä aineesta nesteeksi ja sitten kaasuksi.
- Sekä täydellisiä että epätäydellisiä palamisreaktioita tapahtuu riippuen vahan koostumuksesta ja olosuhteista, joissa palaminen tapahtuu.
Seuraavaksi jokainen näistä prosesseista kuvataan yksityiskohtaisesti, jotta voidaan ymmärtää, mihin kynttilän vaha tai parafiini menee, kun poltamme sitä.
vaiheen muutokset
Kun sytytämme kynttilän, tapahtuu ensimmäinen asia, että sydänlanka alkaa palaa ja tämä lämpö yhdessä sen liekin lämmön kanssa, jolla sytytämme sen, sulattaa kiinteän vahan. Voimme helposti varmistaa tämän, kun kynttilän yläosaan muodostuu pieni sula vaha-allas pian sen sytytyksen jälkeen.
Nestemäinen vaha liottaa sitten sydämen ja nousee kapillaarisuuden vaikutuksesta lähestyen liekkiä, joka syntyy sydämen palamisesta. Kun se nousee ja lähestyy liekkiä, se lämpenee tarpeeksi läpikäykseen toisen vaiheen muutoksen, siirtyen nestetilasta kaasumaiseen tilaan.
täydelliset palamisreaktiot
Kun vaha on kaasumaisessa tilassa, vahan muodostavat eri aineet reagoivat ilman hapen kanssa palamisreaktion kautta. Jos lämpötila on riittävän korkea ja hapen syöttö riittävän korkea, tapahtuu reaktio täydellinen palaminen, jossa yhdiste hapettuu kokonaan hiilidioksidiksi ja vedeksi.
Jokaisella kynttilävahan komponentilla on oma erityinen palamisreaktio. Koska parafiini koostuu kuitenkin tyydyttyneistä hiilivedyistä, joilla kaikilla on sama yleinen kaava (C n H 2n+2 ), voimme kirjoittaa yleisen yhtälön parafiinikynttilöiden eri komponenttien palamisreaktiolle:
jossa n edustaa hiiliatomien lukumäärää parafiinissa tai alkaanissa. Seuraava kemiallinen yhtälö on esimerkki yhdestä näistä täydellisistä palamisreaktioista, erityisesti mehiläisvahassa ja monissa jalostetuissa parafiineissa olevan pääparafiinin, hentriakontaanin, palamisreaktioista.
Tällaisia kemiallisia reaktioita tapahtuu parafiinin tai kynttilävahan eri komponenteille, kun huomaamme liekin palavan voimakkaasti, tuottaen lähes valkoista valoa ja ilman minkäänlaista savua. Se on erityisen yleistä puhdistetuista parafiineista valmistetuissa veroissa, koska ne eivät sisällä muita heikommin palavia komponentteja.
epätäydelliset palamisreaktiot
Kun hapen määrää ilmassa on rajoitettu, voi käydä niin, että parafiinien ja muiden kynttilävahan komponenttien palaminen ei ole täydellistä. Toisin kuin täydellinen palaminen, joka on yksi, epätäydelliset palamisreaktiot voivat vaihdella hapen saatavuuden mukaan.
Joissakin tapauksissa syntyy hiilimonoksidia (CO) sen sijaan, että tuottaisi hiilidioksidia, joka on hapettunein tuote hiilivedyille ja happipitoisille orgaanisille yhdisteille. Samaa edellä olevaa parafiinia vastaava reaktio on:
Visuaalisesti ei ole mahdollista erottaa tätä osittaista palamista täydellisestä palamisesta. Siten molemmat voisivat tapahtua samanaikaisesti, emmekä huomaisi sitä, koska sekä hiilidioksidi että hiilimonoksidi ovat värittömiä kaasuja ja molemmissa tapauksissa muodostuva vesi on kaasumaista, joten emme myöskään näe sitä. Itse asiassa, ellei parafiinia polteta erittäin happirikkaassa ilmakehässä, on tavallista, että molemmat reaktiot tapahtuvat samanaikaisesti.
On kuitenkin toinen epätäydellinen palamisreaktio, jonka voimme nähdä paljaalla silmällä. Tämä on se, jossa savu muodostuu. Savu sisältää muun muassa hiiltä grafiitin muodossa. Voimme nähdä savua, koska se koostuu hyvin pienistä kiinteistä hiukkasista. Se ei ole ollenkaan kaasua. Tästä syystä, kun näemme liekin kärjestä tulevan hienon mustan savuvirran, voimme olla varmoja, että palaminen tapahtuu epätäydellisesti.
Jopa niissä tapauksissa, joissa savuvirtaa ei voida selvästi nähdä, epätäydellinen palaminen ilmenee selvästi mustina tahroina minkä tahansa liekin yläpuolelle asetetun esineen pinnalla.
Johtopäätös
Tässä vaiheessa voimme jo vastata kysymykseen, minne vaha menee kynttilän palaessa. Kun palaminen on alkanut, parafiini ja muut vahan komponentit palavat ilman hapen mukana muuttuen hiilidioksidiksi, hiilimonoksidiksi, hiileksi tai muiksi epätäydellisen palamisen tuotteiksi sekä vesihöyryksi. Kaksi ensimmäistä tuotetta, kuten vesihöyry, ovat kaasuja ja leviävät ilmakehään.
Toisaalta alkuainehiileksi tai muuksi epätäydellisen palamisen kiinteäksi tuotteeksi muuttuva osa kynttilävahasta nousee aluksi liekistä tulevien kuuman ilman virtojen kantamana, mutta jäähtyessään putoaa. ja kerrostuvat ensimmäiselle pinnalle, jotka kohtaavat, koska kaikki nämä tuotteet ovat paljon ilmaa tiheämpiä.
On huomattava, että osa parafiinista voi myös hävitä höyryn muodossa, joka ei käy läpi palamisreaktiota ja jäähtyessään tämä höyry tiivistyy nopeasti ja saostuu myös mille tahansa pinnalle. Tämä on erityisen havaittavissa sillä hetkellä, kun liekki sammuu.
Heti palamisreaktion päätyttyä siitä jäljellä oleva lämpö jatkaa haihduttamaan osan parafiinista, joka nousee höyrynä ja tiivistyy nopeasti muodostaen paljaalla silmällä näkyvän kevyen valkoisen sumun. Tämä pieni parafiinivirta voidaan helposti sytyttää tulitikulla tai sytyttimellä muutaman tuuman sydämen yläpuolelta, ja liekki kulkee alaspäin sytyttääkseen kynttilän uudelleen, aivan kuin taikuutta.
Viitteet
Carey, F. (2021). Organic Chemistry (9. painos ). MCGRAW HILLIN KOULUTUS.
Chang, R. (2021). Kemia (11. painos ). MCGRAW HILLIN KOULUTUS.
del Fresno, JS (2016, 27. syyskuuta). VAHOISTA JA KYNTTILÖISTÄ, KEMIALLINEN VISIO . Tiede yhteistä. https://cienciaencomun.wordpress.com/2016/03/14/quimica-ceras/
Parra, S. (2017, 8. maaliskuuta). Mihin kaikki palavan kynttilän vaha päätyy? Xataka Tiede. https://www.xatakaciencia.com/sabias-que/donde-va-a-parar-toda-la-cera-de-una-vela-que-arde