شيمي شعله

شيمي شمع

شمع ها مثالي كلاسيك از فرآيند سوختن هستند. وقتي گرماي به كار رفته كافي باشد،‌ موم شمع اكسيد مي شود. پارافين با اكسيژن تركيب مي شود تا دي اكسيد كربن و آب توليد كند البته به همراه حرارت و نور. شعله، بخش مرئي اين واكنش گرما زا است.  يعني محلي كه انقدر تجمع انرژي دارد كه منجر به ايجاد نور مرئي مي شود.  اگر شما هم به شمع علاقمنديد با واقعيت هاي بيشتري درباره آنها آشنا شويد:

شمع هاي جادويي چگونه كار مي كنند؟

آيا تا به حال يك شمع جادويي ديده‌ايد؟ وقتي چنين شمعي را فوت كنيد، ‌ظرف چند ثانيه دوباره روشن مي‌شود. اين عمل معمولا با همراهي چند جرقه صورت ميگيرد. در واقع تفاوت بين يك شمع معمولي و يك شمع جادويي، درست بعد از خاموش كردن آنها اتفاق مي افتد. وقتي يك شمع معمولي را فوت مي كنيد، مي‌بينيد كه نوار دودي باريكي از فتيله بالا مي رود. اين دود، موم تبخير شده است. فتيله نيم سوز در زماني كه شما شمع را فوت مي كنيد، انقدر داغ است كه موم شمع را تبخير كند، اما به اندازه كافي داغ نيست كه دوباره آن را محترق كند. اگر شما فتيله شمع معمولي را درست پس از خاموش شدن‌ بدميد، ممكن است بتوانيد آن را قرمز كنيد، اما شمع روشن نمي‌شود.

از طرفي شمع جادويي، در فتيله خود يك ماده اضافي دارد كه اين امكان را فراهم مي كند كه احتراق در دماي نسبتا پايين تري در فتيله رخ دهد. در واقع فتيله، اين ماده اضافي را مي سوزاند و در نتيجه سوختن اين ماده، حرارت لازم براي احتراق بخار پارافين شمع فراهم مي شود: شعله‌اي كه شما در شمع مي‌بينيد.

چه موادي اينكار مي‌كنند؟ معمولا ذرات ريز فلز منيزيم. دماي لازم براي احتراق منيزم نسبتا كم است ( 430 درجه سانتيگراد) . منيزيم خود مي سوزد و شرايط لازم براي احتراق بخار پارافين را فراهم مي آورد. در واقع ذرات جرقه مانندي كه شما در شمع هاي جادويي مي‌بينيد، ‌ذرات محترق شده منيزيم هستند.  " جادو" زماني اتفاق مي افتد كه يكي از اين جرقه ها، ‌بخار پارافين را محترق مي كند و شمع خود به خود روشن مي‌شود. بقيه منيزيم موجود در فتيله، نمي‌سوزد چرا كه پارافين مايع، آنها را از اكسيژن دور نگه‌مي دارد و در ضمن آن را سرد نگهميدارد.

بازي رنگها در آتش

اگر شما هم بخاري ديواري داريد، شايد اين تجربه را داشته باشيد كه صفحات مجله هاي قديمي را باعكس هاي رنگين در آتش بسوزانيد به اميد اينكه شعله هاي آتش را به رنگهاي گوناگون ببينيد. آيا مي دانيد كه هر ماده شيميايي چه رنگي را در آتش بوجود مي‌آورد؟ بگذاريد نگاهي دقيقتر به اين موضوع بياندازيم:

رنگ دهنده‌هاي شعله: وقتي مراسم آتشبازي را از دور يا نزديك تماشا مي‌كنيد، حتما در دل زيبايي آن را تحسين نموده ايد. براي ايجاد چنين رنگها و طرح‌هايي،‌ نياز به درك هنري و تركيب آن با علوم طبيعي داريم. براي توليد رنگ در آتش، دو مكانيسم اصلي وجود دارد: التهاب_ Incandescence و درخشش _ Luminescence.

پديده التهاب: در اين پديده، توليد نور ‌با كمك حرارت صورت مي پذيرد. گرما باعث مي شود كه ماده ابتدا داغ و نوراني شود و سپس نورهاي مادون قرمز، قرمز، نارنجي، زرد وسفيد ( به ترتيب با افزايش دما) ايجاد مي شوند.با كنترل دما، مي توان رنگ مناسب را در زمان دلخواه به دست آورد.از فلزاتي نظير آلومينيم، منيزيم و تيتانيم كه خيلي درخشان و روشن مي سوزند براي بالا بردن دما مي‌توان استفاده كرد.

پديده درخشش: اين فرايند، توليد نور با استفاده از منابع انرژي غير از حرارت است. گاهي اين پديده را " نور سرد" مي‌گويند زيرا در دماي اتاق و حتي سردتر از آنهم مي تواند رخ دهد. براي توليد پديده درخشش، انرژي جذب شده توسط الكترون يك اتم يا ملكول، ‌سبب تهييج و ناپايداري آن مي‌شود. وقتي الكترون به يك حالت انرژي پايين تر برمي‌گردد، انرژي آزاد شده به صورت يك فوتون آزاد مي‌شود. انرژي اين فوتون از روي طول موج يا رنگ حاصله مشخص مي‌شود.

 گاهي نمكهايي كه براي توليد رنگ مورد نظر لازمند، ‌ناپايدار مي باشند. مثلا باريم كلرايد( رنگ سبز) در دماي اتاق ناپايدار است. بنابراين باريم را با يك ماده پايدار، تركيب مي كنند ( ماده اي كه بتواند كلر ازاد كند، نظير لاستيك كلره شده). به اين ترتيب، كلر آزاد شده در اثر حرارت ناشي از سوختن تركيبات پيروتكنيك، باريم كلرايد آزاد مي كند و به اين ترتيب رنگ سبز دلخواه ما ايجاد مي‌شود. كلريد مس ( رنگ آبي ) در عوض در دماهاي بالا ناپايدار است  بنابراين دما،‌ نه بايد خيلي بالا و نه خيلي پايين باشد. در واقع كنترل دما براي ايجاد رنگهاي مورد نظر بسيار حائز اهميت است.

نكاتي كه بايد به خاطر بسپاريد:

ü    رنگهاي خالص،‌تركيبات خالص را مي طلبند. حتي مقادير بسيار كم عنصر سديم به صورت ناخالصي، باعث ايجاد رنگ زرد_ نارنجي و پوشاندن ساير رنگها مي‌شود. اگر مي‌خواهيد ساير رنگها را تجربه كنيد،‌ از هر ماده ي حاوي سديم پرهيز كنيد.

ü    اگر از تركيبات رنگي كه حاوي الكل يا ساير حلالهاي آلي هستند استفاده مي‌كنيد، به خاطر بسپاريد كه اين مواد قابل اشتعال اند و هنگام كار كردن با آنها بايستي دقت كنيد.

ü    مواد رنگي را از دسترس بچه‌ها دور نگه داريد و با دقت از آنها مراقبت كنيد. اگر چه رنگهاي اين مواد، زيبا هستند اما مي توانند اثرات شيميايي زيانباري داشته و حتي در برخي موارد سمي و مهلك باشند. به همين دليل، هرگز فشفشه هايي را كه براي جشنهاي تولد به كار ميروند بر روي كيك و براي تزيين به‌كار نبريد.

ü       مانند تمام موارد كار با آتش، به ياد داشته باشيد كه هميشه احتمال خطر وجود دارد. حتما دقت كنيد.

جدول زير خلاصه اي از رنگهاي شعله و تركيبات شيميايي كه آنها را بوجود مي‌آورند، نمايش مي دهد: