Čo je plameň

Každý rok pred Vianocami putuje z jaskyne narodenia v Betleheme plamienok, ktorý skauti prinášajú cez Viedeň aj na Slovensko a odovzdávajú ho z ruky do ruky, zo sviečky na sviečku. Stále je to „ten istý“ plameň? Z pohľadu chémie nie celkom: plameň nie je vec, ktorú prenášame, ale prebiehajúca chemická reakcia. Keď zapálime novú sviečku, spustíme na jej knôte novú reakciu a tá beží dovtedy, kým má palivo, kyslík a dostatočne vysokú teplotu.

Sviečka je vyrobená z parafínu, zmesi nasýtených uhľovodíkov s dlhým reťazcom (približne $\text{C}_{20}$ až $\text{C}_{40}$), prípadne zo stearínu alebo včelieho vosku. Tuhý parafín nehorí. Plameň ho najprv roztopí, kvapalný parafín vzlína knôtom ako voda v papierovej utierke a na horúcom konci knôtu sa odparí. Horia až pary parafínu zmiešané so vzdušným kyslíkom.

Dokonalé horenie môžeme zapísať napríklad pre uhľovodík $\text{C}_{25}\text{H}_{52}$:

$$\text{C}_{25}\text{H}_{52}(g) + 38\,\text{O}_2(g) \rightarrow 25\,\text{CO}_2(g) + 26\,\text{H}_2\text{O}(g)$$

Knôt sám takmer nehorí, len dodáva palivo. Že horia pary, dokážeme jednoducho: sviečku sfúkneme a k stúpajúcemu bielemu dymu hneď priblížime zápalku. Plameň „preskočí“ po dyme až na knôt. Biely dym sú totiž skondenzované pary parafínu.

Plameň sviečky nie je všade rovnaký. Rozlišujeme v ňom tri zóny:

Zóna	Kde je	Čo sa v nej deje	Teplota (približne)
tmavá vnútorná	tesne okolo knôtu	nespálené pary parafínu, takmer bez kyslíka	600 až 800 °C
svietiaca	stredná žltá časť	nedokonalé horenie, vznikajú a žeravejú čiastočky sadzí	1 000 až 1 200 °C
vonkajšia	tenký, takmer neviditeľný plášť	dokonalé horenie s dostatkom kyslíka	až asi 1 400 °C

Žlté svetlo plameňa nevzniká priamo z reakcie. Pri nedostatku kyslíka sa molekuly uhľovodíkov rozpadajú a vznikajú drobné čiastočky uhlíka (sadze). Tie sa v plameni rozžeravia a vyžarujú svetlo rovnako ako vlákno žiarovky alebo rozžeravené železo. Hovoríme o tepelnom žiarení. Čiastočky potom vo vonkajšej zóne dohoria na oxid uhličitý. Ak ich prudko ochladíme (studenou miskou), nestihnú zhorieť a usadia sa ako čierne sadze.

Na spodku plameňa, kde prúdi čerstvý vzduch, býva malá modrá časť. Modré svetlo vyžarujú krátko žijúce častice (napríklad radikály $\text{C}_2$ a $\text{CH}$), nie žeravé sadze. Viac o modrom plameni nájdete v pokuse Modrý plameň. Úplne inú farbu dávajú plameňu kovové ióny, ako ukazujú Plameňové skúšky.