ขี้ผึ้งหรือพาราฟินจะไปไหนเมื่อเทียนไหม้?

ไม่ว่าจะเป็นการตกแต่งเค้กวันเกิดหรือให้แสงสว่างในช่วงที่ไฟดับ เทียนยังคงเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตเรา แท่งพาราฟินที่มีไส้ตะเกียงมีลักษณะเฉพาะคือพวกมันจะถูกใช้เมื่อเวลาผ่านไปจนกระทั่งไส้เทียนไม่เหลือเพียงพอที่จะคงเปลวไฟหรือจนกว่าขี้ผึ้งจะถูกใช้จนหมด ข้อสังเกตง่ายๆ นี้ทำให้เกิดคำถามหลายประการ:

• เกิดอะไรขึ้นกับเทียนขี้ผึ้ง?
• ทำไมเทียนจึงไหม้จนมอดดับ?
• ไส้เทียนหายไปไหน?

เพื่อตอบคำถามเหล่านี้ เราต้องเข้าใจก่อนว่าเทียนทำมาจากอะไร นั่นคือ ไขเทียนคืออะไร ต่อมาเราจะพูดถึงชุดของกระบวนการต่างๆ ทั้งทางกายภาพและเคมีที่เกิดขึ้นเมื่อเราจุดเทียนและเผาเทียน

ไขเทียนคืออะไร?

ใครก็ตามที่ซื้อเทียนจะสังเกตเห็นว่าเทียนแต่ละเล่มไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาอย่างเท่าเทียมกัน ไม่ใช่แค่ว่าพวกมันมีสีต่างกัน เนื่องจากโดยปกติแล้วจะทำได้โดยการเพิ่มสีย้อม แต่พวกมันมีคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่แตกต่างกัน มีแว็กซ์บางชนิดที่แข็งกว่าแว็กซ์ชนิดอื่น บางชนิดมีความโปร่งแสงมากกว่า บางชนิดมีความทึบแสงมากกว่า และบางชนิดมีความมันมากกว่าเมื่อสัมผัส นี่เป็นเพราะใบเรือไม่ได้ทำจากวัสดุเดียวกันทั้งหมด

สำหรับผู้เริ่มต้น มีเทียนที่ทำจากไขธรรมชาติ เช่น ไขและไขผึ้ง ในขณะที่เทียนอื่นๆ ทำจากไขบริสุทธิ์ที่ได้จากปิโตรเลียม ในทั้งสองกรณี ส่วนประกอบหลักอย่างใดอย่างหนึ่งประกอบด้วยพาราฟินที่เป็นของแข็งตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไป

เทียนพาราฟิน

คำว่าพาราฟินเป็นชื่อเก่าที่รู้จักอัลเคน นั่นคือตระกูลของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว

พาราฟินที่อยู่ในไขเทียนมักจะเป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีสายโซ่ยาวมาก (มีคาร์บอนตั้งแต่ 30 อะตอมขึ้นไป) เกือบจะเป็นเส้นตรงเสมอ (กล่าวคือ ไม่แตกแขนง) ตัวอย่างเช่น พาราฟินที่มีอยู่ในไขธรรมชาติและไขที่ได้จากปิโตรเลียมคืออัลเคน 31 คาร์บอนที่เรียกว่าเฮนเทรียคอนเทน ซึ่งมีสูตรโมเลกุลC ₃₁ H ₆₄

เทียนขี้ผึ้งธรรมชาติ

ในทางกลับกัน ไขธรรมชาติ เช่น ขี้ผึ้งหรือไขสัตว์ นอกจากพาราฟินแล้ว ยังมีส่วนผสมที่ซับซ้อนของสารประกอบอินทรีย์สายยาวอื่นๆ เช่น เอสเทอร์ของกรดไขมัน และแม้แต่แอลกอฮอล์ที่มีคาร์บอนมากกว่า 20 คาร์บอน

ตัวอย่างของสารประกอบเหล่านี้ที่มีอยู่ในขี้ผึ้งคือ ester triacontyl hexadecanoate ซึ่งมีสูตรโมเลกุลคือC ₄₆ H ₉₂ O ₂ เอสเทอร์นี้เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาการควบแน่น (หรือเอสเทอริฟิเคชัน) ระหว่างกรดเฮกซาเดคาโนอิก (กรดไขมันที่มีสูตร CH ₃ (CH ₂ ) ₁₄ COOH) และไตรอะคอนทิลแอลกอฮอล์ (แอลกอฮอล์เชิงเส้นที่มีคาร์บอน 30 อะตอมที่มีสูตร CH ₃ (CH ₂ ) ₂₉ OH).

ในกรณีของไขสัตว์ โดยทั่วไปจะมีเอสเทอร์ของกรดปาล์มิติกและสเตียริกในปริมาณมาก อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบเฉพาะของขี้ผึ้งนั้นแตกต่างกันอย่างมากจากสัตว์แต่ละชนิด

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราจุดเทียน?

ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่าแว็กซ์คืออะไร เราก็พร้อมที่จะเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นกับสารเหล่านี้เมื่อเราจุดเทียน ประการแรก เราต้องยอมรับความจริงที่ว่าสิ่งที่เกิดขึ้นต้องเป็นไปตามกฎการอนุรักษ์สสาร กล่าวอีกนัยหนึ่ง ความจริงที่ว่าเราสังเกตเห็นว่าขี้ผึ้งถูกบริโภคไม่ได้หมายความว่าอะตอมและโมเลกุลที่ประกอบกันนั้นหายไป แต่พวกมันกำลังเปลี่ยนเป็นสิ่งที่เรามองไม่เห็นด้วยตาเปล่า

โดยทั่วไป เราสามารถพูดได้ว่า เมื่อจุดไส้ตะเกียง ความร้อนของไฟที่เราใช้กับเปลวไฟทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงดังต่อไปนี้:

• การเปลี่ยนแปลงเฟสเกิดขึ้นเมื่อขี้ผึ้งเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว แล้วเปลี่ยนเป็นแก๊ส
• ปฏิกิริยาการเผาไหม้ทั้งแบบสมบูรณ์และไม่สมบูรณ์ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของขี้ผึ้งและสภาวะที่เกิดการเผาไหม้

ต่อไป เราจะอธิบายแต่ละขั้นตอนโดยละเอียดเพื่อให้เข้าใจว่าขี้ผึ้งหรือพาราฟินในเทียนจะไปไหนเมื่อเราเผามัน

การเปลี่ยนแปลงเฟส

เมื่อเราจุดเทียน สิ่งแรกที่เกิดขึ้นคือไส้เทียนเริ่มไหม้และความร้อนนี้ร่วมกับความร้อนของเปลวไฟที่เราจุดเทียนจะละลายขี้ผึ้งที่เป็นของแข็ง เราสามารถตรวจสอบสิ่งนี้ได้ง่ายๆ เมื่อมีแว็กซ์หลอมเหลวเล็กๆ ก่อตัวที่ด้านบนของเทียนหลังจากจุดเทียนได้ไม่นาน

จากนั้นขี้ผึ้งเหลวจะดูดซับไส้ตะเกียงและลอยขึ้นเนื่องจากผลกระทบของเส้นเลือดฝอย เข้าใกล้เปลวไฟที่เกิดจากการเผาไหม้ของไส้ตะเกียง เมื่อมันลอยขึ้นและเข้าใกล้เปลวไฟ มันจะร้อนขึ้นมากพอที่จะผ่านการเปลี่ยนแปลงเฟสที่สอง โดยเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะก๊าซ

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่สมบูรณ์

เมื่ออยู่ในสถานะก๊าซ สารต่าง ๆ ที่ประกอบกันเป็นขี้ผึ้งจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศผ่านปฏิกิริยาการเผาไหม้ หากอุณหภูมิสูงเพียงพอและปริมาณออกซิเจนสูงเพียงพอ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นคือการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ซึ่งสารประกอบถูกออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ

ส่วนประกอบของไขเทียนแต่ละชนิดมีปฏิกิริยาการเผาไหม้เฉพาะของตัวเอง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพาราฟินประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว ซึ่งทั้งหมดมีสูตรทั่วไปเหมือนกัน (C _n H _2n+2 ) เราจึงสามารถเขียนสมการทั่วไปสำหรับปฏิกิริยาการเผาไหม้ของส่วนประกอบต่างๆ ของเทียนไขพาราฟินได้:

โดยที่ n หมายถึงจำนวนอะตอมของคาร์บอนในพาราฟินหรืออัลเคน สมการทางเคมีต่อไปนี้แสดงตัวอย่างของหนึ่งในปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่สมบูรณ์เหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ปฏิกิริยาของพาราฟินหลักที่มีอยู่ในขี้ผึ้งและในพาราฟินบริสุทธิ์หลายชนิด เฮ็นเทรียคอนเทน

นี่คือประเภทของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นกับส่วนประกอบต่างๆ ของพาราฟินหรือไขเทียน เมื่อเราเห็นว่าเปลวไฟลุกไหม้อย่างรุนแรง ทำให้เกิดแสงเกือบขาวและไม่มีควันใดๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของ veras ที่ทำจากพาราฟินบริสุทธิ์ เนื่องจากสิ่งเหล่านี้ไม่มีส่วนประกอบอื่นที่เผาไหม้ได้ง่ายกว่า

ปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์

เมื่อปริมาณออกซิเจนในอากาศมีจำกัด การเผาไหม้ของพาราฟินและส่วนประกอบอื่นๆ ของไขเทียนอาจไม่สมบูรณ์ ซึ่งแตกต่างจากการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ซึ่งเป็นปฏิกิริยาเดียว ปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความพร้อมของออกซิเจน

ในบางกรณี แทนที่จะผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ออกซิไดซ์มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับสารประกอบไฮโดรคาร์บอนและสารประกอบอินทรีย์ที่มีออกซิเจน จะเกิดคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ปฏิกิริยาที่สอดคล้องกับพาราฟินข้างต้นคือ:

เป็นไปไม่ได้ที่จะแยกความแตกต่างระหว่างการเผาไหม้บางส่วนกับการเผาไหม้ทั้งหมดด้วยสายตา ดังนั้น ทั้งสองอย่างอาจเกิดขึ้นพร้อมๆ กันโดยที่เราไม่ทันสังเกต เนื่องจากทั้งคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นก๊าซไม่มีสี และน้ำที่ผลิตทั้งสองกรณีมีสถานะเป็นก๊าซ เราจึงมองไม่เห็นเช่นกัน ในความเป็นจริง เว้นแต่พาราฟินจะถูกเผาในบรรยากาศที่มีออกซิเจนมาก เป็นเรื่องปกติที่ทั้งสองปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นพร้อมกัน

อย่างไรก็ตาม ยังมีอีกปฏิกิริยาการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ที่เรามองเห็นได้ด้วยตาเปล่า นี่คือสิ่งที่ทำให้เกิดควัน เหนือสิ่งอื่นใด ควันประกอบด้วยคาร์บอนในรูปของกราไฟต์ เราสามารถเห็นควันได้เพราะมันประกอบด้วยอนุภาคของแข็งขนาดเล็กมาก มันไม่ได้เป็นก๊าซเลย ด้วยเหตุนี้ เมื่อเราสามารถเห็นกลุ่มควันสีดำที่เล็ดลอดออกมาจากปลายเปลวไฟ เราจึงมั่นใจได้ว่ามีการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์เกิดขึ้น

แม้ในกรณีที่ไม่สามารถมองเห็นกลุ่มควันได้อย่างชัดเจน การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ยังแสดงให้เห็นได้อย่างชัดเจนจากรอยเปื้อนสีดำบนพื้นผิวของวัตถุใด ๆ ที่อยู่เหนือเปลวไฟ

บทสรุป

ณ จุดนี้เราสามารถตอบคำถามได้ว่าขี้ผึ้งจะไปที่ไหนเมื่อเทียนเผาไหม้ เมื่อการเผาไหม้เริ่มขึ้น พาราฟินและส่วนประกอบอื่น ๆ ของแว็กซ์จะเผาไหม้พร้อมกับออกซิเจนในอากาศเพื่อเปลี่ยนตัวเองเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนหรือผลิตภัณฑ์อื่น ๆ ที่เผาไหม้ไม่สมบูรณ์ รวมทั้งไอน้ำ ผลิตภัณฑ์สองชนิดแรก เช่น ไอน้ำ เป็นก๊าซและกระจายตัวในชั้นบรรยากาศ

ในทางกลับกัน ส่วนของไขเทียนที่เปลี่ยนเป็นธาตุคาร์บอนหรือผลิตภัณฑ์ของแข็งอื่น ๆ บางส่วนจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ในขั้นต้นจะลอยขึ้น โดยกระแสลมร้อนที่มาจากเปลวไฟ แต่เมื่อมันเย็นลง มันก็จบลงด้วยการร่วงหล่น อีกครั้ง และพวกเขาพบการสะสมบนพื้นผิวแรกเนื่องจากผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีความหนาแน่นมากกว่าอากาศมาก

ควรสังเกตว่าส่วนหนึ่งของพาราฟินสามารถสูญหายไปในรูปของไอที่ไม่เกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้ใด ๆ และเมื่อเย็นตัวลง ไอระเหยนี้จะควบแน่นอย่างรวดเร็วและสะสมบนพื้นผิวใด ๆ ที่พบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเวลาที่เปลวไฟดับลง

หลังจากปฏิกิริยาการเผาไหม้หยุดลง ความร้อนที่เหลือจากพาราฟินยังคงระเหยส่วนหนึ่งของพาราฟิน ซึ่งลอยตัวเป็นไอและควบแน่นอย่างรวดเร็วเพื่อผลิตหมอกสีขาวเล็กน้อยที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า พาราฟินเส้นเล็กๆ นี้สามารถจุดไฟได้อย่างง่ายดายด้วยไม้ขีดไฟหรือไฟแช็กที่อยู่เหนือไส้เทียนเพียงไม่กี่นิ้ว และเปลวไฟจะเคลื่อนลงด้านล่างเพื่อจุดเทียนอีกครั้ง ราวกับเวทมนตร์

อ้างอิง

แครี่ เอฟ. (2021). เคมีอินทรีย์ ( ^ฉบับ ที่ 9 ) MCGRAW HILL การศึกษา

ช้าง ร. (2564). เคมี ( ^ฉบับ ที่ 11 ) MCGRAW HILL การศึกษา

del Fresno, JS (2016, 27 กันยายน) แว็กซ์และเทียน วิสัยทัศน์ทางเคมี วิทยาศาสตร์ร่วมhttps://cienciaencomun.wordpress.com/2016/03/14/quimica-ceras/

Parra, S. (2017, 8 มีนาคม). ขี้ผึ้งทั้งหมดจากเทียนที่เผาไหม้จะจบลงที่ไหน? วิทยาศาสตร์ Xataka https://www.xatakaciencia.com/sabias-que/donde-va-a-parar-toda-la-cera-de-una-vela-que-arde