Hrátky s ohněm

ZA TAJEMSTVÍM MOLEKUL 4

Plameny byly v dobách temného středověku považovány za tajemný úkaz. Moderní věda však princip hoření objasnila a ukázalo se, že na vzniku plamenů není nic záhadného. Hoření není totiž nic jiného než chemická reakce, při níž se spalují páry zapálené látky, doprovázená vývojem tepla a světla. O tom, že hoří pouze páry, je možné se přesvědčit následujícím pokusem se svíčkou.

POKUS SE SVÍČKOU 1

Když zapálíte svíčku, knotem vzlíná roztavený vosk a tepelně se rozkládá na směs hořlavých plynů. Uprostřed plamene je však přísun kyslíku, nezbytného pro úplné shoření par, nedostatečný. Dochází tak ke složitým chemickým pochodům. Proto když nad konec knotu přiložíte skleněnou trubičku, horké hořlavé plyny, které vnikly nedokonalým spalováním, stoupají trubičkou vzhůru a na jejím konci je možné je zapálit ( viz obr. 1 a 2 ).

POKUS SE SVÍČKOU 2

Pokud je tedy plamen sloupec hořících par, musí docházet ke stále dalšímu proměňování vosku v hořlavé páry, aby svíčka rychle nezhasínala. Potřebné teplo tomu dodáváno samotným plamenem. Co se ale stane, jestliže začneme teplo odvádět pryč? Pokuste se vyrobit z měděného drátu spirálu o přibližně stejném průměru, jako má plamen svíčky, a přiložte ji na plamen. Plamen svíčky by měl téměř úplně zhasnout ( viz obr. 3 a 4 ). Měděný drát je totiž vynikající tepelný vodič, a tak velmi rychle odvádí teplo potřebné k tomu, aby svíčka mohla hořet dál.

KULOVÝ BLESK V MIKROVLNCE

Zdaleka nejefektnějším pokusem s plamenem je ale vznik kulového blesku v mikrovlnce. Použijte asi 4 cm velkou svíčku (pouze jako stojan), do které zapíchněte špejli nebo párátko asi 4 - 6 cm dlouhé. Zapalte špejli a se svíčkou ji postavte do mikrovlnky na otočný talíř, rychle zavřete dvířka a troubu zapněte. Za pár sekund se začnou ozývat zvuky, jako když se připravuje popcorn, a v mikrovlnce jsou vidět krásné fialové hořící koule (když se plamen dostane do vhodné polohy). Pokus po 10-20 sekundách ukončete, aby nedošlo k přílišnému zatížení mikrovlnky. Pro zvýšení bezpečnosti vložte do mikrovlnky skleničku s vodou (ta absorbuje část mikrovlnné energie a zdroj mikrovln nebude přetížen) a vše provádějte pod dohledem rodičů nebo prarodičů! Důvodem vzniku kulového blesku je to, že horký ionizovaný plyn v okolí plamene je dobrý vodič a absorbuje mikrovlny. Jelikož je lehčí než okolní vzduch, stoupá nahoru a stále se udržuje horký absorpcí mikrovln. Při kontaktu s vodivými stěnami mikrovlnky se kulový blesk vybíjí a výboj ustane.

POMŮCKY K POKUSU
* Svíčky a zápalky,
* silnější odizolovaný měděný drát,
* skleněná trubička (můžete o ni požádat ve škole),
* kleště (např. kombinačky),
* špejle nebo párátka,
* mikrovlnná trouba.

Co se do časopisu nevešlo:
Blesky v mikrovlnce
Tento v článku popsaný experiment je spíše fyzikální a s opravdovým ohněm nemá mnoho společného (tedy kromě krásného světla). Kulový blesk, který se vám možná podařilo v mikrovlnce vyrobit, není ničím jiným nežli elektrickým výbojem ve vzduchu.
V okolí plamene se vzduch zahřívá na velmi vysokou teplotu a molekuly plynu jsou v jeho okolí ionizovány. Takto ohřátý vzduch je dobrý vodič, který absorbuje energii mikrovln (elektromagnetického pole) a může se tak vytvořit elektrický výboj. V mikrovlnce tak jsou k vidění nádherné fialové kulové blesky.
Nic však netrvá věčně a i výboj končí, pokud se dostane do styku s kovem na stropu mikrovlnky. Délka trvání výboje se proto pohybuje od několika desetin sekundy do asi jedné sekundy. Pokus po 10-20 sekundách ukončete, aby nedošlo k přílišnému zatížení mikrovlnky. Pro zvýšení bezpečnosti vložte do mikrovlnky skleničku s vodou (ta absorbuje část mikrovlnné energie a zdroj mikrovln nebude přetížen) a vše provádějte pod dohledem rodičů nebo prarodičů!
Pokusy se svíčkou
Hoření je proces, který odnepaměti fascinuje celé lidské pokolení. Přinesl lidstvu pokrok, ale také mnoho neštěstí a utrpení. Z pohledu chemika je však hoření zcela běžnou chemickou reakcí, při které se uvolňuje o něco více tepla (proto tak pálí) a také světlo.
Nezbytný kyslík
K hoření na vzduchu je zapotřebí přísun kyslíku, jinak by chemická reakce neprobíhala. Látky při hoření totiž právě s kyslíkem reagují (tento děj se nazývá oxidace).
O tom, že kyslíku je pro hoření zapotřebí, se lze lehce přesvědčit, pokud zapálíte svíčku v nádobě a poté ji zavřete. Svíčka vám za chvíli zhasne, protože ve vzduchu už nebude žádný kyslík. Stejný výsledek dostanete, pokud sklenici naplníte oxidem uhličitým (ten totiž hoření také nijak zvlášť nepodporuje). Oxid uhličitý si můžete vyrobit z jedlé sody, kterou pokapete citronovou šťávou nebo třeba grapefruitovým džusem. Oxid uhličitý je těžší než vzduch a klesá na dno sklenice, lze ho tedy "vylít" na plamen svíčky a tak ho zhasnout. (dejte pozor, aby se vám nevylila i šťáva!). Jinou možností je opatrně ho napustit ze sifonové lahve, do které jste ovšem před zašroubováním bombičky nedali vodu (obsahuje tedy pouze plynný CO2).
Vedení tepla
K tomu, aby plamen hořel (tedy aby hořely páry hořící látky) je zapotřebí i dostatečně vysoká teplota, jak se bylo možné přesvědčit experimentem z článku. Zkuste provést stejný experiment s měděnou spirálkou, kterou však předtím v kleštích opatrně vyhřejete v plameni plynového hořáku. Tentokráte plamen svíčky nezhasne! Drátek je již vyhřátý a neodvádí teplo z plamene - reakce hoření může probíhat bez problémů dál.
Na podobném principu navrhl anglický přírodovědec Humpry Davy (1778 -1829) bezpečnostní kahan, ve které plyn hoří uvnitř síťky, která má dostatečně velký povrch. Spaliny vznikající hořením jsou tak nepřetržitě ochlazovány a plamen nemůže proskočit vně síťky. Tento kahan pomohl ve své době předejít mnoha neštěstím způsobených vznícením hořlavých důlních plynů.
Jiný zajímavý pokus s vedením tepla je s hliníkovou tyčkou, na kterou navinete kousek papíru, třeba novinového. Díky tomu, že má hliník vysokou tepelnou vodivost, odvede tyčka většinu tepelné energie plamene a papír jde zapálit jen velmi těžko, zůstává na povrchu jen očazen. Pokud papír navinete na dřevěnou tyčku, chytne okamžitě - dřevo má tepelnou vodivost minimální.