Dove va la cera o la paraffina quando brucia una candela?

Che si tratti di decorare una torta di compleanno o di illuminare durante un blackout, le candele fanno ancora parte della nostra vita. Questi bastoncini di paraffina con stoppino hanno la particolarità di consumarsi con il passare del tempo fino a quando non rimane abbastanza stoppino per mantenere la fiamma o fino a consumare praticamente tutta la cera. Questa semplice osservazione solleva diverse domande:

• Cosa succede alla cera della candela?
• Perché la candela brucia fino a scomparire?
• Dove va a finire la cera delle candele?

Per rispondere a queste domande, dobbiamo prima capire di cosa sono fatte le candele, cioè cos’è effettivamente la cera delle candele. Più avanti parleremo della serie di processi, sia fisici che chimici, che avvengono quando accendiamo e accendiamo una candela.

Cos’è la cera per candele?

Chiunque abbia acquistato candele avrà notato che non tutte le candele sono uguali. Non è solo che hanno colori diversi, in quanto ciò si ottiene solitamente aggiungendo coloranti, ma piuttosto che hanno proprietà fisiche e chimiche diverse. Ci sono alcune cere più dure di altre, alcune più traslucide e altre più opache, e alcune ancora più oleose al tatto di altre. Questo perché non tutte le vele sono realizzate esattamente con lo stesso materiale.

Per cominciare, ci sono candele realizzate con cere naturali come il sego e la cera d’api, mentre altre sono realizzate con cere raffinate derivate dal petrolio. In entrambi i casi, uno dei componenti principali è costituito da una o più paraffine solide.

candele di paraffina

Il termine paraffina è un antico nome con cui erano conosciuti gli alcani, cioè la famiglia degli idrocarburi saturi.

Le paraffine presenti nella cera delle candele sono sempre idrocarburi a catena molto lunga (con 30 o più atomi di carbonio), quasi sempre lineari (cioè non ramificati). Ad esempio, una paraffina presente sia nelle cere naturali che nelle cere derivate dal petrolio è l’alcano a 31 atomi di carbonio chiamato entriacontano, con formula molecolare C ₃₁ H ₆₄ .

Candele di cera naturale

D’altra parte, le cere naturali, come la cera d’api o il sego animale, oltre alle paraffine, contengono anche una miscela complessa di altri composti organici a catena lunga come esteri di acidi grassi e persino alcoli con più di 20 atomi di carbonio.

Un esempio di uno di questi composti che è presente nella cera d’api è l’estere triacontil esadecanoato, la cui formula molecolare è C ₄₆ H ₉₂ O ₂ . Questo estere è formato dalla reazione di condensazione (o esterificazione) tra l’acido esadecanoico (un acido grasso con la formula CH ₃ (CH ₂ ) ₁₄ COOH) e l’alcool triacontilico (un alcool lineare con 30 atomi di carbonio con la formula CH ₃ (CH ₂ ) _29OH ).

Nel caso del sego animale, generalmente contiene grandi quantità di esteri dell’acido palmitico e stearico. Tuttavia, la particolare composizione della cera varia notevolmente da una specie animale all’altra.

Cosa succede quando accendiamo una candela?

Ora che abbiamo capito cos’è la cera, siamo meglio preparati a capire cosa succede a queste sostanze quando accendiamo una candela. In primo luogo, dobbiamo accettare il fatto che qualunque cosa accada deve rispettare la legge di conservazione della materia. In altre parole, il fatto che osserviamo che la cera si consuma non significa che gli atomi e le molecole che la compongono stanno scomparendo, ma che si stanno trasformando in qualcosa che non possiamo vedere ad occhio nudo.

In termini generali possiamo dire che, accendendo lo stoppino, il calore del fuoco che applichiamo con la fiamma produce le seguenti variazioni:

• I cambiamenti di fase si verificano quando la cera passa dallo stato solido a quello liquido e quindi allo stato gassoso.
• Entrambe le reazioni di combustione complete e incomplete si verificano a seconda della composizione della cera e delle condizioni in cui avviene la combustione.

Successivamente, ciascuno di questi processi verrà descritto in dettaglio per capire dove va la cera o la paraffina nella candela quando la bruciamo.

cambiamenti di fase

Quando accendiamo una candela, la prima cosa che accade è che il materiale dello stoppino comincia a bruciare e questo calore insieme al calore della fiamma con cui accendiamo scioglie la cera solida. Possiamo facilmente verificarlo poiché una piccola pozza di cera fusa si forma nella parte superiore della candela poco dopo averla accesa.

La cera liquida poi inzuppa lo stoppino e sale, per effetto della capillarità, avvicinandosi alla fiamma che si produce dalla combustione dello stoppino. Man mano che sale e si avvicina alla fiamma, si riscalda abbastanza da subire un secondo cambiamento di fase, passando dallo stato liquido a quello gassoso.

reazioni di combustione complete

Una volta allo stato gassoso, le diverse sostanze che compongono la cera reagiscono con l’ossigeno presente nell’aria attraverso una reazione di combustione. Se la temperatura è sufficientemente elevata e se l’apporto di ossigeno è sufficientemente elevato, la reazione che si verifica è la combustione completa in cui il composto è completamente ossidato ad anidride carbonica e acqua.

Ogni componente della cera per candele ha una sua particolare reazione di combustione. Tuttavia, poiché la paraffina è costituita da idrocarburi saturi, che hanno tutti la stessa formula generale (C _n H _2n+2 ), possiamo scrivere un’equazione generica per la reazione di combustione dei diversi componenti delle candele di paraffina:

dove n rappresenta il numero di atomi di carbonio nella paraffina o nell’alcano. La seguente equazione chimica rappresenta un esempio di una di queste reazioni di combustione completa, in particolare quella della principale paraffina presente nella cera d’api e in molte paraffine raffinate, l’entriacontano.

Questi sono il tipo di reazioni chimiche che si verificano ai diversi componenti della paraffina o della cera delle candele quando vediamo che la fiamma brucia intensamente, producendo una luce quasi bianca e senza produrre alcun tipo di fumo. È particolarmente comune nel caso delle vere a base di paraffine raffinate, poiché queste non contengono altri componenti che bruciano meno facilmente.

reazioni di combustione incomplete

Quando la quantità di ossigeno nell’aria è limitata, può accadere che la combustione delle paraffine e degli altri componenti della cera delle candele non sia completa. A differenza della combustione completa, che è una, le reazioni di combustione incompleta possono variare a seconda della disponibilità di ossigeno.

In alcuni casi invece di produrre anidride carbonica, che è il prodotto più ossidato possibile per idrocarburi e composti organici ossigenati, si produce monossido di carbonio (CO). La reazione corrispondente alla stessa paraffina sopra è:

Visivamente, non è possibile distinguere tra questa combustione parziale e combustione completa. Quindi, entrambi potrebbero accadere contemporaneamente e non ce ne accorgeremmo, poiché sia ​​il biossido di carbonio che il monossido di carbonio sono gas incolori e l’acqua che si produce in entrambi i casi è allo stato gassoso, quindi non possiamo nemmeno vederla. Infatti, a meno che la paraffina non venga bruciata in un’atmosfera molto ricca di ossigeno, è comune che entrambe le reazioni avvengano contemporaneamente.

Tuttavia, c’è un’altra reazione di combustione incompleta che possiamo vedere ad occhio nudo. Questo è quello in cui viene prodotto il fumo. Tra l’altro, il fumo contiene carbonio sotto forma di grafite. Possiamo vedere il fumo perché è costituito da particelle solide molto piccole. Non è affatto un gas. Per questo motivo, quando dalla punta della fiamma possiamo vedere un sottile filo di fumo nero, possiamo essere certi che è in atto una combustione incompleta.

Anche nei casi in cui non è possibile vedere chiaramente un flusso di fumo, la combustione incompleta si manifesta chiaramente con macchie nere sulla superficie di qualsiasi oggetto posto sopra la fiamma.

Conclusione

A questo punto possiamo già rispondere alla domanda su dove va la cera quando brucia una candela. Una volta avviata la combustione, la paraffina e gli altri componenti della cera bruciano con l’ossigeno dell’aria trasformandosi in anidride carbonica, monossido di carbonio, carbonio o altri prodotti della combustione incompleta, oltre che vapore acqueo. I primi due prodotti, come il vapore acqueo, sono gas e si disperdono nell’atmosfera.

Invece la parte della cera della candela che si trasforma in carbonio elementare o in qualche altro prodotto solido di combustione incompleta inizialmente sale, trasportata dalle correnti di aria calda provenienti dalla fiamma, ma quando si raffredda finisce per cadere di nuovo e depositandosi sulla prima superficie che incontrano, poiché tutti questi prodotti sono molto più densi dell’aria.

Si noti che una parte della paraffina si può perdere anche sotto forma di vapore che non subisce alcuna reazione di combustione e, raffreddandosi, questo vapore condensa rapidamente depositandosi anche su qualsiasi superficie trovi. Ciò è particolarmente evidente nel momento in cui la fiamma si spegne.

Subito dopo che la reazione di combustione si è arrestata, il calore residuo continua ad evaporare parte della paraffina, che sale sotto forma di vapore e si condensa rapidamente producendo una leggera nebbia bianca visibile ad occhio nudo. Questo piccolo flusso di paraffina può essere facilmente acceso con un fiammifero o un accendino da pochi centimetri sopra lo stoppino, e la fiamma viaggerà verso il basso per riaccendere la candela, proprio come per magia.

Riferimenti

Carey, F. (2021). Chimica organica (9a ^ed .). EDUCAZIONE DELLA COLLINA DI MCGRAW.

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Parra, S. (2017, 8 marzo). Dove va a finire tutta la cera di una candela accesa? Scienza Xataka. https://www.xatakaciencia.com/sabias-que/donde-va-a-parar-toda-la-cera-de-una-vela-que-arde