У сьогоднішньому експерименті ми будемо вивчати хімічні основи горіння на прикладі парафінових свічок. Для проведення досвіду нам знадобляться: одна 2-хлітровую банку, дві півлітрових, дві свічки підходящої висоти, а також секундомір або годинник із секундною стрілкою. Дві свічки можна отримати з однієї великої, акуратно розрізавши її ножем. Висота свічок повинна бути трохи менше висоти півлітрової банки.
Перед проведенням експерименту переконайтеся, що ви дотримуєтеся всі правила пожежної безпеки.
Для початку закріпимо наші свічки в скляних банках: для цього досить підпалити одну з них, накапати розплавленого парафіну на дно кожної банки і швидко поставити на нього свічку. Після затвердіння парафіну свічки будуть твердо стояти в банках.
На наступному кроці запалюємо праву свічку. Вона горить стабільно, так як її полум'я діє в ролі своєрідної "витяжної труби": нагріте вуглекислий газ йде вгору, а знизу підсмоктується свіже повітря, що містить кисень. У загальному вигляді хімічна реакція горіння парафіну описується наступним чином:
(Сам парафін є сумішшю вуглеводнів C18 H38. C35 H72)
Однак як тільки ми закриємо палаючу свічку зверху великий банкою, приплив кисню до полум'я припиниться: доступним залишиться тільки той, який був у банках. Слід очікувати, що, погорівши трохи, свічка згасне сама собою (весь кисень "перетворюється" в вуглекислий газ, який заповнить всю банку). Так воно і відбувається. Зафіксуємо час, скільки змогло "протриматися" полум'я: в нашому експерименті воно становить близько 40 секунд.
В принципі, на цьому можна було б зупинитися. Ми вже переконалися, що утворюється вуглекислий газ, який не підтримує подальше горіння. Крім того, при охолодженні на стінках банки можна спостерігати сконденсувати краплі води - це другий продукт реакції.
Однак можна і продовжити експеримент. Переконаємося, що у великій банці залишився вуглекислий газ від горіння правої свічки. Для цього закриємо її, поки розгорається ліва свічка (в якості кришки можна використовувати будь-яку тонку пластину (я використовував звичайний компакт-диск, заклеєний скотчем)). Потім швидко перенесемо більшу банку на ліву свічку і приберемо кришку. Так як в ній залишився вуглекислий газ, то кисню в новому обсязі буде зовсім небагато, і ліва свічка згасне швидше.
Отже, в ході експерименту ми з'ясували наступне:
- при горінні парафіну виділяється вуглекислий газ і пари води
- вуглекислий газ блокує процес горіння (до речі, на такому ж принципі засновані вуглекислотні вогнегасники)
- можна збирати і переносити газ в ємності (вуглекислий газ в банку)
- Чи можна зробити так, щоб при горінні свічка коптила? (Копчение вказує на неповне згоряння парафіну, що утворюється при цьому вільний вуглець і є кіптявою)
- Чому ліва свічка горить так довго? Зробимо просту оцінку: в момент закриття правої свічки їй був доступний обсяг повітря з киснем 0.5 + 2 = 2.5 літра. Для лівої - всього 0.5 літра (в 2-хлітровую банку залишився тільки вуглекислий газ). Отже, вона повинна була згаснути в 5 разів швидше. В реальності ж - всього рази в два. З чим це може бути пов'язано?
1. Копчення буде спостерігатися при недостатньому вмісті кисню в атмосфері горіння. Як зробити, не знаю, м. Б. додати водяної пари.2. У великій банці кисень вигорів в повному обсязі, а залишився якийсь відсоток його, тому ліва свічка горіла довше, ніж в ідеалі.
1. По першому питанню потрібно точне рішення. Загальний напрямок думки правильне - горіння при нестачі кисню, але у мене так не вийшло. Пробував просто прикривати банку кришкою, полум'я просто поступово гасне, і все. Ніякого копчення немає.
2. Не думаю, що у великій банці залишиться кисень. Полум'я викликає сильне перемішування у всьому обсязі. Гарячий вуглекислий газ піднімається вгору - остигає від банки - опускається вниз. Плюс у нього щільність в 1.5 рази більше, ніж у повітря, тому теж буде опускатися вниз.
P. S.
CO2 = 46
Повітря = 29
Разом різниця в 1,5 рази
Запалити свічку можна наприклад хімічною реакцією марганцівки з сірчаною кислотою
KMnO4 + H2SO4 (конц.)
вийшов оксид при взаймодействіі з парафіном запалить його
За процедурою: думаю, відповіді треба було приховувати, щоб "другі" не бачили відповіді "перших", щоб не було суперечок - змагання адже
По суті: в голові більше нічо нема, шерстити інет щас немає можливості.Ну, а крім того, є ще така річ, як конвекція. Вуглекислий газ важчий за повітря і збирається знизу, а повітря зверху, таким чином, виходить дещо багатші киснем. Ось це і дозволило свічці прогоріти довше
А як зробити, щоб вона коптила - навскидку і не скажу, погратися треба.
Андрій. не зрозумів як пов'язана думка про конвекцію і про те, що "Вуглекислий газ важчий за повітря і збирається знизу, а повітря зверху, таким чином, виходить дещо багатші киснем". Якщо йде сильна конвекція від полум'я, як я писав вище - тоді все всередині банки швидко перемішується, і немає ролі, де що збирається.
Anatoly. також можна внести будь-який предмет в середню зону полум'я, де відбувається неповне згоряння. Тоді кіптява осідає на предмет. Саме так коптять скла. А ще це можна поспостерігати ось тут:
Тут добре видно, як закоптився стрижень і поліетиленовий пакет.
До сих пір чекаю останній правильну відповідь, звідки в закриває банку міг взятися зайвий кисень. Підказка: думати в бік теплового розширення газів.Цікаво досвід повторити переставивши банку швидко. Час горіння другий свічки повинно зменшити.
"Цікаво досвід повторити переставивши банку швидко"
Т. е. Запалити обидві свічки, потім закрити першу, дочекатися, поки згасне, і потім швидко переставити банку на другу? Думаю, можна, т. К. Довге очікування було зроблено лише для краси експерименту.З приводу другого пункту:
Взагалі, горіння свічки в такому випадку можна розглядати як інерційну ланку n-го порядку. У найпростішому випадку, якщо швидкість згоряння кисню прямопропорційна (хоча вона може бути пропорційна квадрату, кубу. Концетрации). В такому випадку, чим менше кисню в банку, тим повільніше він і згоряє. У загальному випадку VCO2 (t) = K1 * e ^ (- k2 / t). Це нелінійне рівняння вмісту вуглекислого газу пояснює, чому при "чистому" повітрі в 0,5 літра свічка буде горіти в два рази довше, ніж при 2,5 літрах-просто спочатку горіння буде дуже интесивность і за перші 10 секунд використовується майже 2 літри повітря і залишиться як у другому випадку тільки 0,5 літра, які і будуть догоряти ще 30 секунд.
Варіант: підкласти в розплавлений близько гніту парафін шматок пухкої мотузки.
Павло, як я розумію, це пахнуть продукти неповного згоряння парафіну. Тобто в момент гасіння свічки повинен бути досить великий діапазон всяких молекулярних сполук.