ろうそくが燃えると、ワックスやパラフィンはどこに行くのですか?

バースデー ケーキを飾ったり、停電時の明かりを灯したりと、キャンドルは今でも私たちの生活の一部です。これらの芯付きパラフィンスティックは、時間の経過とともに炎を維持するのに十分な芯がなくなるまで、または実質的にすべてのワックスが消費されるまで消費されるという特殊性があります. この単純な観察から、いくつかの疑問が生じます。

• ろうそくのロウはどうなるの？
• ろうそくが消えるまで燃え続けるのはなぜですか？
• ろうそくのロウはどこへ行く？

これらの質問に答えるには、まずろうそくが何でできているか、つまりろうそくのワックスが実際に何であるかを理解する必要があります. 後で、ろうそくに火をつけて燃やすときに発生する一連の物理的および化学的プロセスについて説明します.

キャンドルワックスとは？

ろうそくを購入したことがある人なら誰でも、すべてのろうそくが同じように作られているわけではないことに気付くでしょう。通常は染料を加えることで色が異なるだけでなく、物理的および化学的特性も異なります。他のワックスよりも硬いワックス、半透明のワックス、不透明なワックス、他のワックスよりも油っぽいワックスがあります。これは、すべての帆がまったく同じ素材で作られているわけではないためです。

まず、牛脂や蜜蝋などの天然ワックスを使ったキャンドルや、石油由来の精製ワックスを使ったキャンドルがあります。どちらの場合も、主成分の 1 つは 1 つまたは複数の固体パラフィンで構成されています。

パラフィンキャンドル

パラフィンという用語は、アルカン、つまり飽和炭化水素のファミリーとして知られていた古い名前です。

ろうそくのロウに含まれるパラフィンは、常に非常に長鎖の炭化水素 (30 個以上の炭素原子を持つ) であり、ほぼ常に直鎖状 (つまり、枝分かれしていません) です。たとえば、天然ワックスと石油由来のワックスの両方に存在するパラフィンは、ヘントリアコンタンと呼ばれる炭素数 31 のアルカンで、分子式は C 31 _H 64_です。

天然ワックスキャンドル

一方、蜜蝋や獣脂などの天然ワックスには、パラフィンに加えて、脂肪酸エステルや炭素数 20 を超えるアルコールなど、他の長鎖有機化合物の複雑な混合物も含まれています。

_{蜜蝋に含まれるこれらの化合物の 1 つの例は、分子式が C 46} H ₉₂ O ₂であるエステル トリアコンチル ヘキサデカノエートです。このエステルは、ヘキサデカン酸 (式 CH ₃ (CH ₂ ) ₁₄ COOH の脂肪酸) とトリアコンチルアルコール (式 CH ₃ (CH ₂ ) ₂₉ああ)。

獣脂の場合、一般的にパルミチン酸エステルやステアリン酸エステルが多く含まれています。ただし、ワックスの特定の組成は、動物の種によって大きく異なります。

ろうそくに火をつけるとどうなりますか？

ワックスとは何かを理解したので、ろうそくに火をつけたときにこれらの物質に何が起こるかを理解する準備が整いました. まず、何が起こっても物質保存の法則に従わなければならないという事実を受け入れなければなりません。つまり、ワックスが消費されているということは、それを構成する原子や分子が消えているということではなく、肉眼では見えないものに変化しているということです。

大まかに言えば、芯に火をつけたとき、炎で適用する火の熱によって、次のような変化が生じると言えます。

• 相変化は、ワックスが固体から液体へ、そして気体へと変化するときに起こります。
• ワックスの組成と燃焼が起こる条件に応じて、完全燃焼反応と不完全燃焼反応の両方が発生します。

次に、ろうそくを燃やすとろうそくのワックスやパラフィンがどこに行くのかを理解するために、これらの各プロセスについて詳しく説明します。

相変化

ろうそくに火をつけると、まず芯材が燃え始め、この熱と火を灯した炎の熱で固形のろうが溶けます。ろうそくに火をつけた直後に、ろうそくの上部に溶融ワックスの小さなプールが形成されるため、これを簡単に確認できます。

液状のロウは芯に染み込み、毛細管現象により上昇し、芯の燃焼によって発生する炎に近づきます。上昇して炎に近づくと、液体状態から気体状態に移行する 2 番目の相変化を起こすのに十分なほど加熱されます。

完全燃焼反応

気体状態になると、ワックスを構成するさまざまな物質が燃焼反応によって空気中の酸素と反応します。温度が十分に高く、酸素供給が十分に高い場合、発生する反応は完全燃焼であり、化合物は二酸化炭素と水に完全に酸化されます。

キャンドルワックスの各成分には、独自の特定の燃焼反応があります。ただし、パラフィンは飽和炭化水素で構成されており、これらはすべて同じ一般式 (C _n H _2n+2 ) を持っているため、パラフィンキャンドルのさまざまな成分の燃焼反応の一般的な方程式を書くことができます。

ここで、n はパラフィンまたはアルカンの炭素原子数を表します。次の化学式は、これらの完全な燃焼反応の 1 つの例を表しています。特に、蜜蝋や多くの精製パラフィンに含まれる主要なパラフィン、ヘントリアコンタンの例です。

これらは、パラフィンやろうそくのワックスのさまざまな成分に発生する化学反応の一種で、炎が激しく燃焼し、煙をまったく発生させずにほぼ白色の光を生成するのを見ることができます. 精製されたパラフィンから作られたベラの場合、これらには燃えにくい他の成分が含まれていないため、特に一般的です.

不完全燃焼反応

空気中の酸素量が制限されると、パラフィンやろうそくの他の成分が完全に燃焼しないことがあります。1つである完全燃焼とは異なり、不完全燃焼反応は酸素の利用可能性によって異なります。

場合によっては、炭化水素と含酸素有機化合物が可能な限り最も酸化された生成物である二酸化炭素を生成する代わりに、一酸化炭素 (CO) が生成されます。上記の同じパラフィンに対応する反応は次のとおりです。

視覚的には、この部分燃焼と完全燃焼を区別することはできません。したがって、二酸化炭素と一酸化炭素はどちらも無色の気体であり、両方の場合に生成される水は気体の状態であるため、両方が同時に発生している可能性がありますが、私たちはそれに気づきません。実際、パラフィンが非常に酸素が豊富な雰囲気で燃焼されない限り、両方の反応が同時に発生するのが一般的です.

しかし、肉眼で確認できるもうひとつの不完全燃焼反応があります。これは煙が発生する場所です。とりわけ、煙にはグラファイトの形で炭素が含まれています。煙は非常に小さな固体粒子で構成されているため、煙を見ることができます。それはまったくガスではありません。このため、炎の先端から黒煙の細かな流れが見られる場合は、不完全燃焼が起こっていると確信できます。

煙の流れがはっきりと見えない場合でも、不完全燃焼は、炎の上に置かれた物体の表面に黒い汚れがはっきりと現れます。

結論

この時点で、ろうそくが燃えたときにワックスがどこに行くのかという質問にすでに答えることができます. 燃焼が始まると、パラフィンとワックスの他の成分が空気中の酸素と一緒に燃焼し、二酸化炭素、一酸化炭素、炭素などの不完全燃焼の生成物、および水蒸気に変化します。水蒸気のような最初の 2 つの生成物は気体であり、大気中に分散します。

一方、ろうそくのロウの一部は、炭素元素または他の不完全燃焼の固体生成物に変換され、最初は炎からの熱気の流れによって運ばれて上昇しますが、冷却されると下降します。これらの製品はすべて空気よりもはるかに密度が高いため、最初に遭遇した表面に堆積します。

パラフィンの一部は、燃焼反応を起こさない蒸気の形で失われる可能性があり、冷却すると、この蒸気は急速に凝縮し、見つかった表面にも堆積することに注意してください。これは炎が消える瞬間に特に顕著です。

燃焼反応が停止した直後、残りの熱はパラフィンの一部を蒸発させ続け、パラフィンは蒸気として上昇し、急速に凝縮して肉眼で見えるわずかな白い霧を生成します. このパラフィンの小さな流れは、芯の数インチ上からマッチまたはライターで簡単に点火することができ、魔法のように炎が下方に移動してろうそくに再び火をつけます.

参考文献

Carey, F. (2021)。有機化学（第9版^）。MCGRAW ヒル教育。

チャン、R. (2021)。化学（第11版^）。MCGRAW ヒル教育。

del Fresno、JS (2016 年 9 月 27 日)。ワックスとキャンドルの化学的ビジョン。共通の科学https://cienciaencomun.wordpress.com/2016/03/14/quimica-ceras/

Parra, S. (2017 年 3 月 8 日)。燃えているロウソクのロウはどこに行き着くのでしょうか? ザタカ科学。https://www.xatakaciencia.com/sabias-que/donde-va-a-parar-toda-la-cera-de-una-vela-que-arde