Vart tar vaxet eller paraffinet vägen när ett ljus brinner?

Oavsett om det är för att dekorera en födelsedagstårta eller för att producera ljus under en blackout, är ljus fortfarande en del av våra liv. Dessa paraffinstavar med en veke har den speciella egenskapen att de förbrukas allt eftersom det inte finns tillräckligt med veke kvar för att behålla lågan eller tills praktiskt taget allt vax har förbrukats. Denna enkla observation väcker flera frågor:

• Vad händer med ljusvaxet?
• Varför brinner ljuset tills det försvinner?
• Vart tar ljusvaxet vägen?

För att svara på dessa frågor måste vi först förstå vad ljus är gjorda av, det vill säga vad som egentligen är ljusvax. Senare kommer vi att prata om serien av processer, både fysiska och kemiska, som sker när vi tänder och bränner ett ljus.

Vad är ljusvax?

Alla som har handlat ljus kommer att ha märkt att inte alla ljus är skapade lika. Det handlar inte bara om att de har olika färger, eftersom detta vanligtvis uppnås genom att tillsätta färgämnen, utan snarare att de har olika fysikaliska och kemiska egenskaper. Det finns vissa vaxer som är hårdare än andra, några som är mer genomskinliga och några som är mer ogenomskinliga, och några som är till och med oljigare vid beröring än andra. Det beror på att inte alla segel är gjorda av exakt samma material.

Till att börja med finns det ljus gjorda av naturliga vaxer som talg och bivax, medan andra är gjorda av raffinerade vaxer som härrör från petroleum. I båda fallen består en av huvudkomponenterna av en eller flera fasta paraffiner.

paraffinljus

Termen paraffin är ett gammalt namn som alkaner var kända under, det vill säga familjen av mättade kolväten.

Paraffiner som finns i ljusvax är alltid mycket långkedjiga kolväten (med 30 eller fler kolatomer), nästan alltid linjära (dvs. ogrenade). _{Till exempel är ett paraffin som finns i både naturliga vaxer och vaxer} som härrör från petroleum alkanen med 31 kol som kallas hentriakontan, med molekylformeln _C31H64 .

Naturligt vaxljus

Å andra sidan innehåller naturliga vaxer, såsom bivax eller animalisk talg, förutom paraffiner, även en komplex blandning av andra långkedjiga organiska föreningar såsom fettsyraestrar och till och med alkoholer med mer än 20 kol.

Ett exempel på en av dessa föreningar som finns i bivax är estertriakontylhexadekanoat, vars molekylformel är C ₄₆ H ₉₂ O ₂ . Denna ester bildas genom kondensationsreaktionen (eller förestringen) mellan hexadekansyra (en fettsyra med formeln CH ₃ (CH ₂ ) ₁₄ COOH) och triakontylalkohol (en linjär alkohol med 30 kolatomer med formeln CH ₃ (CH ₂₎ ) ₂₉ OH).

När det gäller djurtalg innehåller den i allmänhet stora mängder palmitin- och stearinsyraestrar. Den speciella sammansättningen av vaxet varierar dock mycket från en djurart till en annan.

Vad händer när vi tänder ett ljus?

Nu när vi förstår vad vax är, är vi bättre förberedda på att förstå vad som händer med dessa ämnen när vi tänder ett ljus. För det första måste vi acceptera det faktum att vad som än händer måste följa lagen om bevarande av materia. Det faktum att vi observerar att vaxet förbrukas betyder med andra ord inte att atomerna och molekylerna som utgör det försvinner, utan att de förvandlas till något som vi inte kan se med blotta ögat.

I allmänna termer kan vi säga att, när vi tänder veken, ger värmen från elden som vi applicerar med lågan följande förändringar:

• Fasförändringar sker när vaxet går från ett fast ämne till en vätska och sedan till en gas.
• Både fullständiga och ofullständiga förbränningsreaktioner uppstår beroende på vaxets sammansättning och de förhållanden under vilka förbränningen sker.

Därefter kommer var och en av dessa processer att beskrivas i detalj för att förstå var vaxet eller paraffinet i ljuset tar vägen när vi bränner det.

fasförändringar

När vi tänder ett ljus är det första som händer att vekematerialet börjar brinna och denna värme smälter tillsammans med värmen från lågan som vi tänder det fasta vaxet med. Vi kan enkelt verifiera detta eftersom en liten pöl av smält vax bildas på toppen av ljuset strax efter att det har tänts.

Det flytande vaxet blötlägger sedan veken och stiger, på grund av kapilläreffekten, närmar sig lågan som produceras vid förbränning av veken. När den stiger upp och närmar sig lågan, värms den upp tillräckligt för att genomgå en andra fasförändring, som går från ett flytande tillstånd till ett gasformigt tillstånd.

fullständiga förbränningsreaktioner

Väl i gasform reagerar de olika ämnena som utgör vaxet med syret i luften genom en förbränningsreaktion. Om temperaturen är tillräckligt hög och om syretillförseln är tillräckligt hög, är reaktionen som uppstår en fullständig förbränning där föreningen oxideras fullständigt till koldioxid och vatten.

Varje komponent i ljusvax har sin egen speciella förbränningsreaktion. Men eftersom paraffin består av mättade kolväten, som alla har samma allmänna formel (C _n H _2n+2 ), kan vi skriva en generisk ekvation för förbränningsreaktionen av de olika komponenterna i paraffinljus:

där n representerar antalet kolatomer i paraffinet eller alkanen. Följande kemiska ekvation representerar ett exempel på en av dessa fullständiga förbränningsreaktioner, i synnerhet den för det huvudsakliga paraffinet som finns i bivax och i många raffinerade paraffiner, hentriakontan.

Det är den typen av kemiska reaktioner som uppstår på de olika komponenterna i paraffin eller ljusvax när vi ser att lågan brinner intensivt, producerar ett nästan vitt ljus och utan att producera någon typ av rök. Det är särskilt vanligt när det gäller veras gjorda av raffinerade paraffiner, eftersom dessa inte innehåller andra komponenter som brinner mindre lätt.

ofullständiga förbränningsreaktioner

När mängden syre i luften är begränsad kan det hända att förbränningen av paraffiner och andra komponenter i ljusvax inte är fullständig. Till skillnad från fullständig förbränning, som är en, kan ofullständiga förbränningsreaktioner variera beroende på tillgången på syre.

I vissa fall, istället för att producera koldioxid, som är den mest oxiderade produkten som möjligt för kolväten och syresatta organiska föreningar, produceras kolmonoxid (CO). Reaktionen som motsvarar samma paraffin ovan är:

Visuellt är det inte möjligt att skilja mellan denna partiella förbränning och fullständig förbränning. Båda skulle alltså kunna inträffa samtidigt och vi skulle inte märka det, eftersom både koldioxid och kolmonoxid är färglösa gaser och vattnet som produceras i båda fallen är i gasform, så vi kan inte se det heller. Faktum är att om inte paraffinet förbränns i en mycket syrerik atmosfär är det vanligt att båda reaktionerna inträffar samtidigt.

Det finns dock en annan ofullständig förbränningsreaktion som vi kan se med blotta ögat. Det är den där rök produceras. Röken innehåller bland annat kol i form av grafit. Vi kan se rök eftersom den består av mycket små fasta partiklar. Det är inte en gas alls. Av denna anledning, när vi kan se en fin ström av svart rök som kommer ut från spetsen av lågan, kan vi vara säkra på att ofullständig förbränning äger rum.

Även i de fall där en ström av rök inte tydligt kan ses, manifesteras ofullständig förbränning tydligt av svarta fläckar på ytan av något föremål som placeras ovanför lågan.

Slutsats

Vid det här laget kan vi redan svara på frågan om vart vaxet tar vägen när ett ljus brinner. När förbränningen väl har börjat brinner paraffinet och de andra komponenterna i vaxet med luftens syre för att omvandla sig till koldioxid, kolmonoxid, kol eller andra produkter av ofullständig förbränning, samt vattenånga. De två första produkterna, som vattenånga, är gaser och sprids i atmosfären.

Å andra sidan stiger den del av ljusvaxet som omvandlas till elementärt kol eller någon annan fast produkt av ofullständig förbränning initialt, bärs av strömmarna av het luft som kommer från lågan, men när den svalnar slutar den med att falla och avsättning på den första ytan de stöter på, eftersom alla dessa produkter är mycket tätare än luft.

Det bör noteras att en del av paraffinet också kan gå förlorad i form av ånga som inte genomgår någon förbränningsreaktion och, när den kyls, kondenserar denna ånga snabbt och avsätts även på vilken yta den hittar. Detta är särskilt märkbart i det ögonblick då lågan slocknar.

Strax efter att förbränningsreaktionen har upphört, fortsätter den kvarvarande värmen från den att avdunsta en del av paraffinet, som stiger upp som en ånga och snabbt kondenserar för att producera en lätt vit dimma som är synlig för blotta ögat. Denna lilla ström av paraffin kan lätt tändas med en tändsticka eller tändare från några centimeter ovanför veken, och lågan kommer att färdas nedåt för att tända ljuset igen, precis som magi.

Referenser

Carey, F. (2021). Organic Chemistry (9: ^{e upplagan} ). MCGRAW HILL UTBILDNING.

Chang, R. (2021). Chemistry (11: ^{e upplagan} ). MCGRAW HILL UTBILDNING.

del Fresno, JS (2016, 27 september). AV VAXAR OCH LJUS, EN KEMISK VISION . Vetenskap gemensamt. https://cienciaencomun.wordpress.com/2016/03/14/quimica-ceras/

Parra, S. (2017, 8 mars). Var hamnar allt vax från ett brinnande ljus? Xataka vetenskap. https://www.xatakaciencia.com/sabias-que/donde-va-a-parar-toda-la-cera-de-una-vela-que-arde