Není oheň jako oheň

Co je to vlastně plamen svíčky a jak se liší od plamene táboráku nebo třeba plynového vařiče?  (délka blogu 3 min.)   

Vánoční doba je ještě v živé paměti - a s ní i plameny svíček. Proč má vlastně plamen svíčky svou typickou barvu - a proč se liší od plamene plynového kahanu?

Trocha teorie - hoření svíčky

K tomu, aby plamen vůbec hořel, jsou vždy nutné tři věci: palivo, kyslík a teplo. 

Teprve když jsou k dispozici všechny tři komponenty - a to ve správném poměru - se může svíčka rozhořet a vydávat jasné světlo. Oproti tomu plamen laboratorního kahanu (nebo vařiče) moc nesvítí a má jinou barvu. Důvodem je - jako tak často chemie a fyzika. 

V případě svíčky je palivem odpařený vosk, kyslík je poskytován vzduchem. K zahájení procesu spalování je potřeba teplota vznícení kolem 250 stupňů. Pokud svíčka hoří, vytváří si potřebné teplo sama. U kahanů v laboratořích je palivem zemní plyn. 

Trocha teorie - záření, které vzniká při hoření svíčky

Hoření je vlastně chemická reakce. Když tedy něco zapálíte, stáváte se tak trochu chemikem - odstartovali jste specifickou chemickou reakci. Podstatou hoření svíčky i táboráku je oxidace (uhlík obsahujícího materiálu) za vyšší teploty. 

To, čemu říkáme plamen, je elektromagnetické záření z viditelné, ultrafialové, infračervené a dokonce i mikrovlnné oblasti spektra. Přitom má toto záření hned několik principiálně různých zdrojů. 

Jedním z nich je záření pevné fáze - v tomto případě mikročástic sazí, které se v oblasti plamenu tvoří. Odpovídá tzv. “záření černého tělesa”, což není nic jiného než souvislé spektrum, ve kterém se vyskytují všechny možné vlnové délky. Která z nich ve spektru převládá (a jakou barvu má plamen - načervenalou, nažloutlou nebo spíše bílou) záleží na aktuální teplotě plamene. 

Druhým zdrojem záření jsou atomy plynů. Zahřívají se zmiňovanou chemickou reakcí spalování, která dodává potřebnou energii (exotermická reakce). Jednotlivé atomy se přitom dostávají do nabuzeného stavu, kdy mají po nějakou krátkou dobu vyšší energetickou hladinu než je jim milé. Přebytečné energie se zbavují tím, že vyzáří (pro ně typický) foton s určitou vlnovou délkou. Tím vzniká nesouvislé spektrum, které obsahuje jen určité vlnové délky, převážně v ultrafialové části spektra. 

U jednotlivých molekul, které se zahřívají na teplotu, která je ještě nemůže roztrhnout, se pak projevuje vibrace atomů. Vznikající spektrum obsahuje také určité linie - a ty se na rozdíl od předchozího případu nacházejí v infračervené oblasti spektra. 

V úvahu přichází také rotační spektrum, které vyzařuje ovšem jen určitých typ molekul - a které se dá nalézt v mikrovlnné části spektra. 

Složení různých plamenů

O tom, jak přesně bude spektrum plamene vypadat (a jak se tedy plamen svíčky nebo vařiče liší například od plamene táboráku), rozhoduje složení spalovaného materiálu, což je logické. Rozhoduje ovšem také teplota spalování. 

Může totiž docházet jak k optimálně probíhající reakci (když je k dispozici dostatek tepla) tak k tzv. nedokonalému spalování. Při něm se v systému i po proběhnutí oxidace (hoření) stále ještě nacházejí látky, které mohou dále hořet nebo oxidovat. Do této kategorie patří spalování uhlíku na oxid uhelnatý nebo výroba dřevěného uhlí a  koksování uhlí.

Za to, že plamen svíčky vydává jasné světlo, tedy mohou jemné částečky sazí, které se tvoří v zóně hoření - a vydávají spojité spektrum elektromagnetického záření, vnímané našima očima jako záření. U plamene vařiče nebo laboratorního kahanu je tvorba sazí daleko vzácnější  - má tedy nejen jinou barvu - a ke svícení se nehodí.