Къде отива восъкът или парафинът, когато гори свещ?

Независимо дали става въпрос за украса на торта за рожден ден или за производство на светлина по време на прекъсване на тока, свещите все още са част от живота ни. Тези парафинови пръчици с фитил имат особеността, че се изразходват с течение на времето, докато не остане достатъчно фитил за поддържане на пламъка или докато практически целият восък се изразходва. Това просто наблюдение повдига няколко въпроса:

• Какво се случва с восъка за свещи?
• Защо свещта гори, докато изчезне?
• Къде отива восъкът от свещи?

За да отговорим на тези въпроси, първо трябва да разберем от какво се правят свещите, тоест какво всъщност представлява восъкът за свещи. По-късно ще говорим за поредицата от процеси, както физични, така и химични, които се случват, когато запалим и горим свещ.

Какво е восък за свещи?

Всеки, който е пазарувал свещи, ще забележи, че не всички свещи са създадени еднакви. Не само че имат различни цветове, тъй като това обикновено се постига чрез добавяне на багрила, но по-скоро те имат различни физични и химични свойства. Има някои восъци, които са по-твърди от други, някои са по-прозрачни, други са по-непрозрачни, а някои са дори по-мазни на допир от други. Това е така, защото не всички платна са направени от абсолютно един и същи материал.

За начало има свещи, направени от естествени восъци като лой и пчелен восък, докато други са направени от рафинирани восъци, извлечени от нефт. И в двата случая един от основните компоненти се състои от един или повече твърди парафини.

парафинови свещи

Терминът парафин е старо име, с което са били известни алканите, тоест семейството на наситените въглеводороди.

Парафините, присъстващи във восъка за свещи, винаги са много дълговерижни въглеводороди (с 30 или повече въглеродни атома), почти винаги линейни (т.е. неразклонени). Например парафинът, присъстващ както в естествените восъци, така и в восъците, получени от нефт, е 31-въглероден алкан, наречен хентриаконтан, с молекулна формула C ₃₁ H ₆₄ .

Свещи от естествен восък

От друга страна, естествените восъци, като пчелен восък или животинска лой, освен парафини, съдържат и сложна смес от други дълговерижни органични съединения като естери на мастни киселини и дори алкохоли с повече от 20 въглерода.

Пример за едно от тези съединения, което присъства в пчелния восък, е естерът триаконтил хексадеканоат, чиято молекулна формула е C ₄₆ H ₉₂ O ₂ . Този естер се образува чрез реакция на кондензация (или естерификация) между хексадеканова киселина (мастна киселина с формула CH ₃ (CH ₂ ) ₁₄ COOH) и триаконтилов алкохол (линеен алкохол с 30 въглеродни атома с формула CH ₃ (CH ₂ ) ₂₉ OH).

В случай на животинска лой, тя обикновено съдържа големи количества естери на палмитинова и стеаринова киселина. Конкретният състав на восъка обаче варира значително от един животински вид до друг.

Какво се случва, когато запалим свещ?

Сега, след като разбираме какво е восък, ние сме по-добре подготвени да разберем какво се случва с тези вещества, когато запалим свещ. Първо, трябва да приемем факта, че каквото и да се случи, трябва да е в съответствие със закона за запазване на материята. С други думи, фактът, че наблюдаваме, че восъкът се изразходва, не означава, че атомите и молекулите, които го съставят, изчезват, а че те се трансформират в нещо, което не можем да видим с просто око.

Най-общо можем да кажем, че при запалването на фитила топлината на огъня, която прилагаме с пламъка, предизвиква следните промени:

• Фазовите промени настъпват, когато восъкът преминава от твърдо в течно и след това в газообразно състояние.
• Възникват както реакции на пълно, така и непълно горене в зависимост от състава на восъка и условията, при които протича горенето.

След това всеки от тези процеси ще бъде описан подробно, за да разберем къде отива восъкът или парафинът в свещта, когато я горим.

фазови промени

Когато запалим свещ, първото нещо, което се случва е, че материалът на фитила започва да гори и тази топлина заедно с топлината на пламъка, с който я запалваме, разтапя твърдия восък. Можем лесно да проверим това, тъй като малка локва от разтопен восък се образува в горната част на свещта малко след като я запалим.

След това течният восък накисва фитила и се издига, поради ефекта на капилярността, приближавайки се до пламъка, който се получава от изгарянето на фитила. Докато се издига и приближава до пламъка, той се нагрява достатъчно, за да претърпи втора фазова промяна, преминавайки от течно състояние в газообразно състояние.

реакции на пълно горене

Веднъж в газообразно състояние, различните вещества, които изграждат восъка, реагират с кислорода във въздуха чрез реакция на горене. Ако температурата е достатъчно висока и ако подаването на кислород е достатъчно високо, протичащата реакция е пълно изгаряне, при което съединението се окислява напълно до въглероден диоксид и вода.

Всеки компонент на восъка за свещи има своя специфична реакция на горене. Въпреки това, тъй като парафинът е съставен от наситени въглеводороди, които всички имат една и съща обща формула (C _n H _2n+2 ), можем да напишем общо уравнение за реакцията на горене на различните компоненти на парафиновите свещи:

където n представлява броя на въглеродните атоми в парафина или алкана. Следното химическо уравнение представлява пример за една от тези реакции на пълно изгаряне, по-специално тази на основния парафин, присъстващ в пчелния восък и в много рафинирани парафини, хентриаконтан.

Това са видовете химични реакции, които се случват с различните компоненти на парафина или восъка за свещи, когато видим, че пламъкът гори интензивно, произвеждайки почти бяла светлина и без да произвежда никакъв вид дим. Това е особено често срещано при верас, изработен от рафинирани парафини, тъй като те не съдържат други компоненти, които горят по-лесно.

реакции на непълно горене

Когато количеството кислород във въздуха е ограничено, може да се случи така, че изгарянето на парафините и другите компоненти на восъка за свещи да не е пълно. За разлика от пълното изгаряне, което е едно, реакциите на непълно горене могат да варират в зависимост от наличието на кислород.

В някои случаи, вместо да се произвежда въглероден диоксид, който е възможно най-окисленият продукт за въглеводороди и кислородни органични съединения, се произвежда въглероден оксид (CO). Реакцията, съответстваща на същия парафин по-горе, е:

Визуално не е възможно да се направи разлика между това частично изгаряне и пълното изгаряне. По този начин и двете могат да се появят едновременно и ние няма да го забележим, тъй като и въглеродният диоксид, и въглеродният оксид са безцветни газове и водата, която се получава и в двата случая, е в газообразно състояние, така че ние също не можем да я видим. Всъщност, освен ако парафинът не се изгори в много богата на кислород атмосфера, обичайно е и двете реакции да протичат едновременно.

Има обаче друга реакция на непълно изгаряне, която можем да видим с просто око. Това е мястото, където се произвежда дим. Освен всичко друго, димът съдържа въглерод под формата на графит. Можем да видим дим, защото се състои от много малки твърди частици. Това изобщо не е газ. Поради тази причина, когато можем да видим фина струйка черен дим, излизаща от върха на пламъка, можем да сме сигурни, че се извършва непълно изгаряне.

Дори в случаите, когато струя дим не може да се види ясно, непълното изгаряне се проявява ясно чрез черни петна по повърхността на всеки предмет, поставен над пламъка.

Заключение

Тук вече можем да отговорим на въпроса къде отива восъкът, когато свещта гори. След като горенето започне, парафинът и другите компоненти на восъка изгарят с кислорода във въздуха, за да се трансформират във въглероден диоксид, въглероден оксид, въглерод или други продукти на непълно горене, както и водна пара. Първите два продукта, подобно на водната пара, са газове и се разпръскват в атмосферата.

От друга страна, частта от восъка на свещта, която се трансформира в елементарен въглерод или някакъв друг твърд продукт от непълно изгаряне, първоначално се издига, носена от потоците горещ въздух, идващ от пламъка, но когато се охлади, в крайна сметка пада и отлагане върху първата повърхност, която срещнат, тъй като всички тези продукти са много по-плътни от въздуха.

Трябва да се отбележи, че част от парафина може също да се загуби под формата на пара, която не претърпява никаква реакция на горене и когато се охлади, тази пара бързо кондензира, като също се отлага върху всяка повърхност, която намери. Това е особено забележимо в момента, когато пламъкът изгасне.

Веднага след спиране на реакцията на горене, останалата топлина от него продължава да изпарява част от парафина, който се издига като пара и бързо кондензира, за да произведе лека бяла мъгла, видима с просто око. Тази малка струйка парафин може лесно да се запали с кибрит или запалка от няколко инча над фитила и пламъкът ще се придвижи надолу, за да запали отново свещта, точно като магия.

Препратки

Кери, Ф. (2021). Органична химия (9-то ^{издание} ). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.

Чанг, Р. (2021). Химия (11-то ^{издание} ). MCGRAW HILL ОБРАЗОВАНИЕ.

del Fresno, JS (2016, 27 септември). НА ВОСЪЦИ И СВЕЩИ, ХИМИЧЕСКА ВИЗИЯ . Общата наука. https://cienciaencomun.wordpress.com/2016/03/14/quimica-ceras/

Пара, С. (2017 г., 8 март). Къде отива целият восък от горяща свещ? Xataka Science. https://www.xatakaciencia.com/sabias-que/donde-va-a-parar-toda-la-cera-de-una-vela-que-arde