Karácsonyi kémia Svédországból

Gyertyafény

Svédországot, különösen északi részeit gyakran nevezik az éjféli Nap országának. Ez a kijelentés azonban csak nyáron állja meg a helyét. Ha valaki nem költözik délre a madarakkal, és Svédországban tölti a karácsonyt, ráébred, hogy minden egyes éjféli Napért télen olyan nappal kell fizetni, amikor egyáltalán nem kel fel a Nap. Ez a sötét idôszak a gyertyák évadja Svédországban.

Méhviasz gyertyákat már a rómaiak is készítettek. A XII. század során jelentek meg a faggyúgyertyák. 1825-ben szabadalmaztatta M. E. Chevreul és J. L. Gay-Lussac a sztearingyertyát. Manapság a gyertyát kemény (5155 oC-on olvadó) paraffinból és sztearinból készítik. A sztearin növeli az olvadáspontot, és meghosszabbítja az égési idôt: palmitinsavból és sztearinsavból készül (a savak olvadáspontja 61, illetve 69 oC).

A gyertya kanóca bórsavval, szalmiáksóval, foszfátokkal pácolt, fonott pamutszál. A pácolásra azért van szükség, mert a tiszta pamut nagyon gyorsan égne és füstölne. A fonott kanóc elszenesedés után meghajlik, kitér a láng útjából, és elég. A kanócban lévô cellulóz reagál a pácoláshoz használt sókkal, és úgy bomlik el, hogy nem marad utána hamu.

A gyertya lángja megolvasztja és elpárologtatja a viaszt, amelyet a kanóc kapilláraktivitással szív fel. A felszabaduló szénhidrogén-molekulák többféle szerepet is játszanak az égési folyamatban.

A gyertya lángját a diffúziós lángok csoportjába sorolják, mert a levegô bediffundál a láng üzemanyagába. (A Bunsen-égô például "elôkevert" lánggal ég, mert a gáz még égés elôtt keveredik a levegôvel.)

(Vajon ég-e a gyertya a súlytalanság állapotában? A választ például a NASA adja meg. Az alábbi ábrákat a NASA Microgravity Science and Applications Division lapjairól vettük át.)

Gyertyaláng gravitációs (balra) és mikrogravitációs hatás alatt (jobbra).
A képek jól szemléltetik a felhajtóerô hatását.
Ha ûrhajóban karácsonyozunk,ne számítsunk arra, hogy a "hô felszáll"!

De vissza a Földre! Közvetlenül az égô kanóc fölött alakul ki a láng sötét magja. A láng felsô része fényes, sárga, alja világoskék. A sötét mag alacsony hômérsékletû, 600 oC-os, a sárga tartomány közepe körülbelül 1200 oC-os. A legmelegebb a sárga tartomány széle (1400 oC-os).

Az elpárologtatott szénhidrogén-molekulák fokozatosan bomlanak el a hô hatására a sötét magban. Elsôsorban C2H4- és CH2-gyököket veszítenek. A láng alján kialakuló világoskék tartomány a reakciózóna. A kék fény fôként két gerjesztett fragmentum, a C2 és a CH emissziójából ered.

A reakciózóna a láng sárga tartománya köré is kiterjed. Az elbomlott szénhidrogének itt reagálnak a levegô oxigénjével: CO2 és víz keletkezik; a bonyolult reakciók mechanizmusának minden részletét még ma sem ismerjük. A még el nem bomlott tüzelôanyag és az oxigén nem érintkezik közvetlenül, mert az égéstermékek rétege elválasztja ôket.

A láng legérdekesebb része a fényes sárga tartomány. A gyertyafény elsôsorban innen ered. Ezt a részt szénzónának is nevezik, mert széntartalmú koromszemcsékbôl áll. A korom a sötét mag tetején keletkezik az elbomlott szénhidrogénekbôl, amelyek a viszonylag alacsony hidrogén-szén arány miatt szénben gazdagok.

A reakciók során 10200 nm méretû koromszemcsék képzôdnek. A szemcsék láncokká állnak össze. A meleg gázok és a reakciózónából kisugárzott hô hatására izzik fel a korom. A teljes látható spektrumot kibocsájtja, de a sárga tartományban a legerôsebb az emisszió. Ha a részecskék a sárga tartomány fölé emelkednek, reakcióba lépnek a vízzel és a szén-dioxiddal, és szén-monoxiddá alakulnak át.

Ha a kanóc nem hajlik ki a lángból, túl hosszúra nyúlik, és a kelleténél több viaszt vezet a lángba. Ilyenkor a gyertya kormozó lánggal ég, mert a szénrészecskéket nem emésztik el a reakciók.

A lángban zajló folyamatról a következô kísérlettel gyôzôdhetünk meg. Tartsunk hideg fémet, páldául kanalat a láng fölé, és figyeljük meg, hogy az égéskor keletkezô víz hogyan csapódik le rá. Ha a kanalat a sárga tartomány közepébe tesszük, koromszemcséket gyûjthetünk rá. Ha pedig a kanóc fölé, a sötét magba tartjuk, az elpárolgott, de még el nem bomlott szénhidrogének csapódnak le rá, és vékony viaszréteggel vonják be.

Amikor elfújjuk a gyertyát, fehér füstcsík keletkezik. A forró kanócról ilyenkor még párolognak szénhidrogének, és kondenzálódva aeroszolt képeznek: ez a füst. Az aeroszol cseppjeinek átlagos átmérôje 0,15 mikrométer. Ha egy meggyújtott gyufát gyorsan a füstbe tartunk, a láng "leugrik" a kanóchoz, és a gyertya újból meggyullad.

A gyertya égésekor képzôdô energiának még a 0,4%-a sem jelenik meg látható sugárzás formájában. A sugárzás túlnyomó része az infravörös tartományba esik (hô). Ez így is van rendjén, mert a téli éjszakák Svédországban nemcsak sötétek, hanem hidegek is, és a gyertya melege hosszú távon sokkal kellemesebbé teszi a közérzetet, mint a töméntelen mennyiségû zsíros sonka és glögg.


Vissza