הנרות כבים בסדר מפתיע

כאשר מכסים נרות בוערים במכסה אטום, הם נכבים בטור אחד אחר השני, בצורה מפתיעה.

הניסוי מחייב השגחה של מבוגר

ציוד

• נרות (לפחות 2)
• צנצנת זכוכית
• מצית או גפרורים
• סכין

הניסוי

את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:

הסבר

נרות בנויים מפתיל, המוקף בחומר דליק - שעוות הנר. בעבר השתמשו בשומנים מהחי לייצור נרות (כמו שומן של בעלי חיים, דונג דבורים וכו'). היום משתמשים כמעט אך ורק בתזקיקים של נפט, כאשר ה"חומר" העיקרי ליצור נרות הוא פַּרַפִין. כתבתי את המילה חומר במרכאות, משום שלא מדובר בחומר טהור, אלא בתערובת של חומרים.

פרפינים הם חומרים הבנויים מהיסודות פחמן (C), ומימן (H) בלבד. נוסחה כימית לדוגמה של אחד הפרפינים הנמצא בשעוות נרות היא C₂₅H₅₂ . תהליך השריפה של הנר הוא בעצם תהליך ההתחמצנות של הפרפין, כלומר התגובה שלו עם החמצן (O₂) שבאוויר – וכשזה מחמצן את הפרפין, הפחמן שבו מתחמצן ל-פחמן דו חמצני (CO₂) והמימן שבה מתחמצן לאדי מים (H₂O), לפי התגובה הכימית הבאה:

C₂₅H₅₂ + 38O₂ -----> 25CO₂ + 26H₂O

בניסוי קודם הראנו שהגז פחמן דו חמצני יכול לשמש כמטף לכיבוי אש – וכיוון שפחמן דו חמצני נפלט במהלך בעירת נרות, זה אומר שהגזים שנרות פולטים במהלך בעירתם יכול לשמש בעצמו לכבות אש, וזה מה שקורה בניסוי: הנרות הבוערים מכבים את עצמם באמצעות הגזים שהם פולטים. הפחמן הדו חמצני מבודד את האש מהחמצן שבאוויר, ובכך נעצרת תגובת השריפה.

פחמן דו-חמצני הוא גז 'כבד' מהאוויר (צפיפותו גדולה מצפיפות האוויר) ולכן, לפי חוק הציפה של ארכימדס, הוא נוטה בדרך כלל לשקוע למטה, וממש אפשר למזוג אותו כלפי מטה מתוך כלים המכילים אותו. צפיפות של גזים נקבעת, בין היתר, לפי משקלם המולקולרי. ככל שהמשקל יותר גדול, הגז יותר צפוף. לחנקן וחמצן, המהווים את רוב הגזים באוויר משקל מולקולרי של 28 ו-32 גרם למול, ואילו לפחמן הדו חמצני משקל של 44 גרם למול. לפיכך היינו מצפים, כפי שרומי שיערה בסרט, שהפחמן הדו-חמצני שנפלט מהנרות ישקע למטה, ובכך יכבה קודם את הנרות הקצרים / נמוכים יותר (אלו שקרובים יותר לתחתית הצנצנת).

אולם – יש כאן עוד גורם המשפיע על צפיפות של גזים, וזו הטמפרטורה: ככל שגזים חמים יותר כך צפיפותם יורדת (הם נעשים 'קלים' יותר), ולכן הם עולים למעלה, 'צפים' על פני האוויר. זהו עקרון הפעולה של כדור פורח. הפחמן הדו חמצני הנפלט מהנר – נפלט חם מאוד (ברום הלהבה הטמפרטורה מגיעה ל- 1200 מעלות!) – ולכן עולה לרום הצינצנת, ודוחק מטה את שאר האוויר, ולכן ראשונים כבים הנרות הגבוהים, כאשר לנרות הנמוכים עדיין יש חמצן בסביבה המאפשר בעירה. עם המשך בעירת הנרות הנמוכים יותר, הצנצנת מתמלאת ביותר פחמן דו-חמצני, עד שגם הם כבים.