Wohin geht das Wachs oder Paraffin, wenn eine Kerze brennt?

Ob zum Dekorieren einer Geburtstagstorte oder als Lichtspender bei einem Stromausfall, Kerzen sind immer noch ein Teil unseres Lebens. Diese Paraffinstäbchen mit Docht haben die Besonderheit, dass sie mit der Zeit verbraucht werden, bis nicht mehr genügend Docht übrig ist, um die Flamme aufrechtzuerhalten, oder bis praktisch das gesamte Wachs verbraucht ist. Diese einfache Beobachtung wirft mehrere Fragen auf:

• Was passiert mit dem Kerzenwachs?
• Warum brennt die Kerze, bis sie verschwindet?
• Wohin geht das Kerzenwachs?

Um diese Fragen zu beantworten, müssen wir zunächst verstehen, woraus Kerzen bestehen, also was eigentlich Kerzenwachs ist. Später werden wir über die Reihe physikalischer und chemischer Prozesse sprechen, die ablaufen, wenn wir eine Kerze anzünden und verbrennen.

Was ist Kerzenwachs?

Jeder, der Kerzen gekauft hat, wird bemerkt haben, dass nicht alle Kerzen gleich sind. Sie haben nicht nur unterschiedliche Farben, wie dies meist durch Zugabe von Farbstoffen erreicht wird, sondern auch unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften. Es gibt einige Wachse, die härter sind als andere, einige, die durchscheinender und einige undurchsichtiger sind, und einige, die sich noch öliger anfühlen als andere. Das liegt daran, dass nicht alle Segel aus genau dem gleichen Material bestehen.

Für den Anfang gibt es Kerzen aus natürlichen Wachsen wie Talg und Bienenwachs, während andere aus raffinierten Wachsen aus Erdöl hergestellt werden. In beiden Fällen besteht eine der Hauptkomponenten aus einem oder mehreren festen Paraffinen.

Paraffinkerzen

Der Begriff Paraffin ist ein alter Name, unter dem Alkane bekannt waren, also die Familie der gesättigten Kohlenwasserstoffe.

In Kerzenwachs enthaltene Paraffine sind immer sehr langkettige Kohlenwasserstoffe (mit 30 oder mehr Kohlenstoffatomen), fast immer linear (dh unverzweigt). Beispielsweise ist ein Paraffin, das sowohl in natürlichen Wachsen als auch aus Erdöl gewonnenen Wachsen vorhanden ist, das 31-Kohlenstoff-Alkan namens Hentriacontan mit der Molekülformel C ₃₁ H ₆₄ .

Kerzen aus natürlichem Wachs

Andererseits enthalten natürliche Wachse wie Bienenwachs oder tierischer Talg neben Paraffinen auch ein komplexes Gemisch aus anderen langkettigen organischen Verbindungen wie Fettsäureestern und sogar Alkoholen mit mehr als 20 Kohlenstoffatomen.

Ein Beispiel für eine dieser Verbindungen, die in Bienenwachs vorhanden ist, ist der Ester Triacontylhexadecanoat, dessen Summenformel C ₄₆ H ₉₂ O ₂ lautet . Dieser Ester wird durch die Kondensations- (oder Veresterungs-) Reaktion zwischen Hexadecansäure (einer Fettsäure mit der Formel CH ₃ (CH ₂ ) ₁₄ COOH) und Triacontylalkohol (einem linearen Alkohol mit 30 Kohlenstoffatomen mit der Formel CH ₃ (CH ₂₎ gebildet ) _29OH ).

Tierischer Talg enthält in der Regel große Mengen an Palmitin- und Stearinsäureestern. Die jeweilige Zusammensetzung des Wachses variiert jedoch stark von einer Tierart zur anderen.

Was passiert, wenn wir eine Kerze anzünden?

Jetzt, da wir verstehen, was Wachs ist, sind wir besser darauf vorbereitet zu verstehen, was mit diesen Substanzen passiert, wenn wir eine Kerze anzünden. Erstens müssen wir die Tatsache akzeptieren, dass alles, was passiert, dem Gesetz der Erhaltung der Materie entsprechen muss. Mit anderen Worten, die Tatsache, dass wir beobachten, dass das Wachs verbraucht wird, bedeutet nicht, dass die Atome und Moleküle, aus denen es besteht, verschwinden, sondern dass sie sich in etwas verwandeln, das wir mit bloßem Auge nicht sehen können.

Allgemein können wir sagen, dass beim Anzünden des Dochtes die Hitze des Feuers, die wir mit der Flamme anwenden, folgende Veränderungen hervorruft:

• Phasenänderungen treten auf, wenn das Wachs von einem Feststoff zu einer Flüssigkeit und dann zu einem Gas übergeht.
• Abhängig von der Zusammensetzung des Wachses und den Bedingungen, unter denen die Verbrennung stattfindet, treten sowohl vollständige als auch unvollständige Verbrennungsreaktionen auf.

Als nächstes wird jeder dieser Prozesse im Detail beschrieben, um zu verstehen, wohin das Wachs oder Paraffin in der Kerze gelangt, wenn wir sie verbrennen.

Phasenänderungen

Wenn wir eine Kerze anzünden, passiert als erstes, dass das Dochtmaterial zu brennen beginnt und diese Hitze zusammen mit der Hitze der Flamme, mit der wir es anzünden, das feste Wachs schmilzt. Wir können dies leicht überprüfen, da sich kurz nach dem Anzünden eine kleine Pfütze aus geschmolzenem Wachs oben auf der Kerze bildet.

Das flüssige Wachs tränkt dann den Docht und steigt aufgrund der Kapillarwirkung auf und nähert sich der Flamme, die durch die Verbrennung des Dochts erzeugt wird. Wenn es aufsteigt und sich der Flamme nähert, erwärmt es sich genug, um einen zweiten Phasenwechsel zu durchlaufen und von einem flüssigen Zustand in einen gasförmigen Zustand überzugehen.

vollständige Verbrennungsreaktionen

Im gasförmigen Zustand reagieren die verschiedenen Substanzen, aus denen das Wachs besteht, mit dem Sauerstoff in der Luft durch eine Verbrennungsreaktion. Ist die Temperatur hoch genug und die Sauerstoffzufuhr hoch genug, kommt es zu einer vollständigen Verbrennung, bei der die Verbindung vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert wird.

Jede Komponente von Kerzenwachs hat ihre eigene besondere Verbrennungsreaktion. Da Paraffin jedoch aus gesättigten Kohlenwasserstoffen besteht, die alle dieselbe allgemeine Formel (C _n H _2n+2 ) haben, können wir eine generische Gleichung für die Verbrennungsreaktion der verschiedenen Bestandteile von Paraffinkerzen aufstellen:

wobei n die Anzahl der Kohlenstoffatome im Paraffin oder Alkan darstellt. Die folgende chemische Gleichung stellt ein Beispiel für eine dieser vollständigen Verbrennungsreaktionen dar, insbesondere die des Hauptparaffins, das in Bienenwachs und in vielen raffinierten Paraffinen, Hentriacontan, vorhanden ist.

Dies sind die chemischen Reaktionen, die bei den verschiedenen Bestandteilen von Paraffin oder Kerzenwachs auftreten, wenn wir sehen, dass die Flamme intensiv brennt und ein fast weißes Licht erzeugt, ohne jegliche Art von Rauch zu erzeugen. Dies ist besonders häufig bei Veras aus raffinierten Paraffinen der Fall, da diese keine anderen weniger leicht brennbaren Bestandteile enthalten.

unvollständige Verbrennungsreaktionen

Wenn der Sauerstoffgehalt der Luft begrenzt ist, kann es vorkommen, dass die Verbrennung von Paraffinen und anderen Bestandteilen des Kerzenwachses nicht vollständig ist. Im Gegensatz zu einer vollständigen Verbrennung, die eine ist, können unvollständige Verbrennungsreaktionen je nach Verfügbarkeit von Sauerstoff variieren.

In einigen Fällen wird anstelle von Kohlendioxid, das das am stärksten oxidierte Produkt für Kohlenwasserstoffe und sauerstoffhaltige organische Verbindungen ist, Kohlenmonoxid (CO) erzeugt. Die Reaktion, die dem gleichen Paraffin oben entspricht, ist:

Visuell ist es nicht möglich, zwischen dieser teilweisen Verbrennung und der vollständigen Verbrennung zu unterscheiden. Es könnte also beides gleichzeitig auftreten und wir würden es nicht bemerken, da sowohl Kohlendioxid als auch Kohlenmonoxid farblose Gase sind und das in beiden Fällen entstehende Wasser in gasförmigem Zustand ist, also auch für uns nicht sichtbar ist. Tatsächlich ist es üblich, dass beide Reaktionen gleichzeitig ablaufen, es sei denn, das Paraffin wird in einer sehr sauerstoffreichen Atmosphäre verbrannt.

Es gibt jedoch eine andere unvollständige Verbrennungsreaktion, die wir mit bloßem Auge sehen können. Hier entsteht Rauch. Der Rauch enthält unter anderem Kohlenstoff in Form von Graphit. Wir können Rauch sehen, weil er aus sehr kleinen festen Partikeln besteht. Es ist überhaupt kein Gas. Aus diesem Grund können wir sicher sein, dass eine unvollständige Verbrennung stattfindet, wenn wir einen feinen schwarzen Rauch sehen, der aus der Flammenspitze austritt.

Selbst in den Fällen, in denen ein Rauchstrom nicht deutlich zu sehen ist, zeigt sich eine unvollständige Verbrennung deutlich durch schwarze Flecken auf der Oberfläche eines Objekts, das über der Flamme platziert wird.

Abschluss

An dieser Stelle können wir bereits die Frage beantworten, wohin das Wachs geht, wenn eine Kerze brennt. Sobald die Verbrennung begonnen hat, verbrennen das Paraffin und die anderen Bestandteile des Wachses mit dem Luftsauerstoff, um sich in Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Kohlenstoff oder andere Produkte unvollständiger Verbrennung sowie Wasserdampf umzuwandeln. Die ersten beiden Produkte, wie Wasserdampf, sind Gase und verteilen sich in der Atmosphäre.

Andererseits steigt der Teil des Kerzenwachses, der in elementaren Kohlenstoff oder ein anderes festes Produkt unvollständiger Verbrennung umgewandelt wird, zunächst auf, getragen von den heißen Luftströmen, die von der Flamme kommen, aber wenn er abkühlt, fällt er schließlich ab wieder und lagern sich auf der ersten Oberfläche ab, auf die sie stoßen, da alle diese Produkte viel dichter als Luft sind.

Es ist zu beachten, dass ein Teil des Paraffins auch in Form von Dampf verloren gehen kann, der keiner Verbrennungsreaktion unterliegt, und dieser Dampf kondensiert beim Abkühlen schnell und lagert sich auch auf jeder Oberfläche ab, die er findet. Dies macht sich besonders in dem Moment bemerkbar, in dem die Flamme erlischt.

Kurz nachdem die Verbrennungsreaktion beendet ist, verdampft die verbleibende Wärme weiterhin einen Teil des Paraffins, das als Dampf aufsteigt und schnell kondensiert, um einen leichten weißen Nebel zu erzeugen, der mit bloßem Auge sichtbar ist. Dieser kleine Paraffinstrom kann leicht mit einem Streichholz oder Feuerzeug aus ein paar Zentimetern Höhe über dem Docht entzündet werden, und die Flamme bewegt sich nach unten, um die Kerze wie von Zauberhand wieder anzuzünden.

Verweise

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