1. Palaminen
Tutustu palamiseen
Kemiallinen reaktio voi tuottaa lämpöä. Esimerkiksi palaminen on lämpöä tuottava kemiallinen reaktio. Kynttilän vaha on polttoainetta, ja siinä on runsaasti hiiltä. Palaminen tarkoittaa, että ilmassa olevaa happea yhdistyy vahassa olevaan hiileen. Lopputuloksena on hiilidioksidia (piirros oikealla).
Kynttilän aine ei ole kadonnut, vaan rakentunut uudella tavalla. Aineet eivät häviä mihinkään. Ne vain yhdistyvät eri tavalla. Aineet jatkavat loputonta kiertoaan maapallolla.
Kynttilän vahassa on myös vetyä, kuten muissakin polttoaineissa. Kun vety palaa, syntyy vettä eli divetymonoksidia (piirros alhaalla).
Veden muodostuminen.
Kynttilän vaha ei syty palamaan itsekseen, vaikka ilmassa onkin happea. Palamiseen tarvitaan lisäksi energiaa eli kova kuumuus. Tulitikku syttyy pelkällä kitkan aiheuttamalla kuumuudella. Palavalla tulitikulla voidaan sitten sytyttää kynttilän puuvillainen sydän.
Liekin alin osa näyttäisi olevan tyhjää täynnä. Niin ei kuitenkaan ole, vaan se on läpinäkyvää vahakaasua. Palavan sydämen kuumuus muuttaa kiinteän vahan ensin nesteeksi ja sitten kaasuksi. Vahakaasun palaminen saa aikaan kynttilän liekin.
Palamiseen tarvitaan lisäksi energiaa eli kova kuumuus. Tulitikku syttyy pelkällä kitkan aiheuttamalla kuumuudella. Palavalla tulitikulla voidaan sitten sytyttää kynttilän puuvillainen sydän.
Mustana näkyvän vahakaasualueen jälkeen tulee sininen alue. Se on varsinaista palamista. Siinä happi yhtyy vahamolekyyleihin niin rajusti, että syntyy kova kuumuus. Sininen liekki ei kuitenkaan kovasti valaise.
Ylimpänä näkyy vaalea alue. Se on kynttilän liekin valaiseva osa. Vahakaasu ei ehdi palaa kokonaan, vaan osa hiilestä pääsee karkuun nokena. Kuuma noki alkaa säteillä valoa. Ilmiö on sama kuin hehkulampussa, jossa kuuma metalli säteilee valoa.
Mustana näkyvän vahakaasualueen jälkeen tulee sininen alue. Se on varsinaista palamista. Siinä happi yhtyy vahan molekyyleihin niin rajusti, että syntyy kova kuumuus. Sininen liekki ei kuitenkaan kovasti valaise. Ylimpänä näkyy vaalea alue. Se on kynttilän liekin valaiseva osa.
Palamisen edellytykset
Nopea palaminen vaati neljä asiaa. Ensinnäkin tarvitaan palava aine, kuten kynttilän vaha. Toiseksi tarvitaan happea, jota on esimerkiksi ilmassa. Kolmanneksi tarvitaan korkea lämpötila, joka tavallisimmin saadaan aikaan jollain sytyttimellä. Neljänneksi tarvitaan kemiallinen reaktio, joka ruokkii itseään. Sitä kutsutaan ketjureaktioksi. Kun palamista yritetään sammuttaa, kohdistetaan toimet juuri näihin neljään asiaan.
Palaminen tarvitsee happea, jota on ilmassa. Kun kynttilä suljetaan tiiviisti purkin sisään, liekki vähitellen sammuu. Purkin happi on muuttunut vedeksi ja hiilidioksidiksi, eikä sitä enää pääse purkkiin lisää. Huomaa purkin sisäpinnalle tiivistynyt vesi.
Kynttilänsammutin perustuu samaan asiaan kuin edellinen purkkikokeilu. Liekki suljetaan kelloon, kunnes palaminen tukehtuu vapaan hapen puutteeseen. Kuvassa näkyy vahasumua. Jäähtyvä vahakaasu on tiivistynyt vahapisaroiksi ja muodostaa hetken aikaa vahapisarapilviä.
Myös hiilidioksidilla voidaan sammuttaa liekki. Hiilidioksidikaasu on ilmaa raskaampaa, joten se peittää liekin. Palaminen ei saa happea, vaan tukehtuu. Hiilidioksidi on samalla tavalla vaarallista myös ihmiselle.
Vasen: Liekki suljetaan kelloon, kunnes palaminen tukehtuu vapaan hapen puutteeseen. Oikea: Myös hiilidioksidilla voidaan sammuttaa liekki. Hiilidioksidikaasu on ilmaa raskaampaa, joten se peittää liekin. Palaminen ei saa happea, vaan tukehtuu.
Palava aine
Näiden tuikkukynttilöiden polttoaine on sataprosenttista parafiinia. Parafiinia saadaan raakaöljystä. Kynttilän sydänlanka on kuljetin. Se kuljettaa sulaa vahaa liekkiin. Myös mehiläisvahaa käytetään kynttilöissä. Ortodoksien ohuet kirkkokynttilät eli tuohukset ovat yleisimmin mehiläisvahakynttilöitä.
Puun palamisesta löytyvät samat asiat kuin kynttilästä. Puu muuttuu ensin palavaksi puukaasuksi ja sitten vedeksi ja hiilidioksidiksi. Erona on se, että kun puukaasu on palanut, jäljellä on vielä kiinteää hiiltä. Puu aivan kuin palaa kahdessa vaiheessa.
Miilussa puukaasu palaa, mutta koska happea on niukasti, puuhiili jää jäljelle. Puuhiiltä käytetään polttoaineena hiiligrillissä. Tulikuuma hiili säteilee valoa ja lämmittää voimakkaasti.
Vasen: Puu muuttuu ensin palavaksi puukaasuksi. Kun puukaasu on palanut, jäljellä on vielä kiinteää hiiltä. Puu aivan kuin palaa kahdessa vaiheessa. Oikea: Miilussa puukaasu palaa, mutta koska happea on niukasti, puuhiili jää jäljelle.
Kun hiilikin on palanut, jää puusta jäljelle vain tuhkaa.
Tuhka koostuu kivennäisaineista ja käy lannoitteeksi.
Tuhkassa on kaikki se kivennäisaine, jota puu on eläessään maasta veden mukana saanut.
Kolme tapaa palaa
Tavallisessa palamisessa näkyy yleensä liekki ja savua. Tavallista palamista on esimerkiksi puun palaminen.
Tavallisen palamisen lisäksi on olemassa hidasta palamista. Esimerkiksi sokeri palaa hitaasti lihaksissasi. Samoin raudan ruostuminen on hidasta palamista. Hieman nopeampaa ruostumista käytetään hyväksi kädenlämmittimissä.
Vasen: Tavallisessa palamisessa näkyy yleensä liekki ja savua. Oikea: Kädenlämmittimissä käytetään hidasta palamista.
Kolmas palamistyyppi on pikapalaminen. Silloin happi yhdistyy muihin aineisiin yhdessä hujauksessa. Tulitikun pää palaa räjähdysmäisesti. Samalla tavalla palavat tähtisadetikut ja ruuti.
Jos nopea palaminen suljetaan tiiviisti, syntyy räjähdys. Tätä käytetään hyväksi ammuksissa ja ilotulitteissa.
Vasen: Tulitikun pää palaa räjähdysmäisesti. Oikea: Samalla tavalla palavat tähtisadetikut ja ilotulitteet.
Tiivistelmä
- Tavallisessa palamisessa happi yhdistyy toiseen aineeseen ja syntyy valoa, lämpöä ja savua.
- Hitaassa palamisessa, kuten raudan ruostumisessa, ei synny liekkiä eikä savua.
- Pikapalamisessa happi yhtyy polttoaineeseen vauhdikkaasti ja voi aiheuttaa räjähdyksen.
