Nie tylko świece
Doświadczenie 1
Dwa pojemniki na mocz napełnij 60 ml wrzątku każdy. Do jednego wrzuć okruch wosku pszczelego wielkości ziarna grochu, do drugiego – kawałek parafiny (np. z wkładu do zniczy).
Wyjaśnienie: Chemiczne podobieństwo węglowodorów parafiny łączy je z propanem (CH3-CH2-CH3) i butanem (CH3-CH2-CH2-CH3), ale znacznie dłuższe łańcuchy, zawierające 20–40 atomów węgla, powodują, że duże ciężkie cząsteczki zbijają się w ciała stałe. Im dłuższy łańcuch, tym wyższa temperatura topnienia – dla czystego pentakozanu (C25) wynosi 54°C, ale występujący także w wosku pszczelim hentriakontan (C31) topi się w 67°C – ich mieszanina będzie mieć pośrednie własności. Produkowany przez odpowiednie gruczoły (znajdują się na odwłoku robotnic) wosk zawiera nie tylko węglowodory, ale także ich utlenione pochodne – związane w formie estrów. Temperatury topnienia wosku pszczelego (61–65°C) i typowych parafin (45– 70°C) są niższe niż temperatura wrzenia wody (!), zatem wrzucenie niewielkiego okrucha do wrzątku wystarczy do ich stopienia i utworzenia oleistej, niemieszającej się z wodą kropli. Niezależnie od stanu skupienia materiały te mają niższą gęstość niż woda, wypływają więc na jej powierzchnię. Własności te ułatwiają „tracenie wosku” użytego do wyrzeźbienia modelu potrzebnego do wykonania form odlewniczych.
Doświadczenie 2
Cztery pojemniki na mocz napełnij 10 ml oleju rzepakowego (A), benzyny aptecznej (B), spirytusu (C), acetonowego zmywacza do paznokci (D) (w składzie zmywacza powinno być jak najmniej dodatkowych składników). Do każdego pojemnika wrzuć kawałek parafiny wielkości ziarna grochu. Zakręć pojemniki i odczekaj 30 min. Po zakończeniu doświadczenia wywietrz pomieszczenie.
Wyjaśnienie: Podobne rozpuszcza się w podobnym. Parafina, jak benzyna, jest mieszaniną węglowodorów, dlatego ten rozpuszczalnik z łatwością rozpuszcza niewielkie ilości parafiny nawet w temperaturze pokojowej. Nadaje się zatem do wywabiania parafinowych zabrudzeń, choć należy pamiętać, że benzyna rozpuszcza też wiele barwników i plastików.
Doświadczenie 3
Przygotuj nowy zestaw A–D, tym razem do każdego pojemnika dodając kawałek parafiny wielkości ziarna fasoli. Zakręcone pojemniki przełóż do miski wypełnionej wrzątkiem, co jakiś czas mieszając i wymieniając schłodzoną wodę na nowy wrzątek. Oceń wygląd parafiny po upływie 20 min ogrzewania oraz po całkowitym ostygnięciu mieszanin. Po zakończeniu doświadczenia wywietrz pomieszczenie.
Wyjaśnienie: Wzrost temperatury zwiększa rozpuszczalność substancji (więcej się rozpuści). Dostarcza też energii koniecznej do jej rozpuszczenia. Etanol jest zbliżony własnościami do wody – parafina niechętnie się w nim rozpuści. Łatwiej niewielkie jej ilości rozpuszczają się w acetonie, szybko jednak wytrącając się z chłodnego roztworu w postaci pyłu lub nalotu. Olej rzepakowy jest mieszaniną tłuszczów – estrów glicerolu (skłonnego do interakcji z wodą) i długich na kilkanaście atomów węgla kwasów tłuszczowych, przypominających wyglądem węglowodory benzyny. To podobieństwo pozwala parafinie rozpuścić się w oleju i utworzyć z nim po ochłodzeniu jednolite miękkie ciało stałe (podobne powstanie także po ochłodzeniu mieszaniny z benzyną). W ten sposób można otrzymać wkłady olejowe do zniczy – są dostępne komercyjne warianty zawierające np. dodatek (nawet 30%) olejów roślinnych. Do parafin i wosków na świece dodaje się też otrzymywaną z olejów stearynę.
Doświadczenie 4
Na wadze kuchennej zważ wkład parafinowy do zniczy wraz z pojemnikiem (usuń knot) (A). Z drugiego identycznego pojemnika (B) usuń parafinowy rdzeń, oczyść pojemnik z resztek parafiny i dodaj tyle wody, ile waży parafina w pojemniku (A). Dno garnka wyłóż ścierką i zalej wodą. Umieść w garnku oba pojemniki – nie powinny bezpośrednio dotykać dna i brzegów garnka. Ich pozycję możesz zabezpieczyć, używając klamerki do bielizny (zepnij nią pojemniki, by były stabilne) i patyczka do szaszłyków (przeprowadzony pomiędzy pojemnikami pozwoli oprzeć się konstrukcji o brzegi garnka). Ogrzewaj na małym ogniu aż do całkowitego rozpuszczenia parafiny. Gdy temperatura cieczy w obu pojemnikach będzie jednakowa, wyjmij oba i co 2 min sprawdzaj termometrem kuchennym (najwygodniej użyć dwóch) temperaturę obu płynów. Zapisz wyniki.
Wyjaśnienie: W laboratorium precyzyjny pomiar ciepła pobieranego lub uwalnianego przez ogrzewaną np. parafinę umożliwia kalorymetr. W domowych warunkach problemem będzie brak mieszania i nierównomierne odprowadzanie ciepła, jednak różnica między ochładzaniem się wody i parafiny jest spektakularna – parafina jest ciepła przez 6–7 godz., podczas gdy porcja wody o tej samej masie wychładza się już po 1,5 godz. Temperatura ogrzewanej parafiny będzie rosnąć do momentu, gdy pochłaniana energia zamiast do wzrostu temperatury będzie zużywana do stopienia (zmiany stanu skupienia) parafiny – a potrzeba tej energii bardzo dużo. Ale ciepło pochłonięte podczas topienia musi być oddane podczas krzepnięcia – dlatego zaobserwujemy, że po pewnym czasie temperatura stygnącej parafiny przestaje się obniżać i (gdy parafina zaczyna krzepnąć) może utrzymywać się na stałym poziomie ponad godzinę, nim znowu (gdy parafina skrzepnie) zacznie powoli obniżać się do temperatury otoczenia. Odpowiednio oczyszczając węglowodory, otrzymuje się parafiny nadające się do produkcji ubrań, farb termoregulacyjnych (temp. topnienia 20–30°C), ogrzewaczy do rąk lub magazynów ciepła.
***
Uwaga!
Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za ewentualne szkody powstałe wskutek doświadczeń.
Zestaw przyrządów i materiałów
patyczek do szaszłyków, wkłady parafinowe, świeca woskowa, benzyna apteczna, acetonowy zmywacz do paznokci, olej rzepakowy, pojemniki na mocz, spirytus
Niewliczone w cenę: czajnik, kuchenka, miska, garnek, ścierka, klamerka do bielizny, waga kuchenna, termometry kuchenne, stoper
Czas przygotowania: 9 godz.
Koszt: 70 zł
***
Wiedza w pigułce
Świece rozjaśniły ciemne noce naszych przodków, a lany w andrzejkowy wieczór wosk miał zdradzić sekrety przyszłości. Upamiętniają zmarłych, uświetniają romantyczne kolacje, ich blask można dostrzec nawet w Międzynarodowym Układzie Jednostek Miar – liczbą kandeli (łac. „świeca”) można mierzyć wizualną moc współczesnych źródeł światła, uzmysławiając sobie luksus 40-watowej żarówki, będącej z grubsza odpowiednikiem 20–40 świec! Wosk dosłownie odcisnął się w historii – od starożytności wykorzystywany był do wykonywania modeli do form odlewniczych tworzonych metodą wosku traconego. Papier lub pergamin woskowano, by zabezpieczyć go przed wilgocią. Są woski zapachowe do kominków i takie do depilacji. Woskiem (nie tylko pszczelim) pokrywa się także niektóre owoce i warzywa, by spowolnić utratę wody, dłużej zachować ich świeżość i przy okazji nadać im połysk.
Dziś w większości zastosowań wosk zastąpiła znacznie tańsza parafina, wytworzona po raz pierwszy w 1830 r. w wyniku destylacji ropy naftowej przez Carla Reichenbacha. Parafina, podobnie jak benzyna, jest mieszaniną węglowodorów. Jej nazwa wskazuje na największą zaletę (łac. para + affinis) – brak reaktywności. Nietoksyczna, odporna na działanie innych czynników chemicznych, szturmem podbiła świat kosmetyków, jest bowiem wazeliną kredek do ust, składnikiem kremów zmiękczających i nawilżających (tworzących na suchej skórze powłokę zapobiegającą utracie wody), a w medycynie stosuje się ją m.in. jako środek wiążący. Parafinową otoczką zabezpiecza się także niektóre sery dojrzewające. Metalowe elementy chroni przed korozją. Mikrokapsułki z odpowiednio dobraną parafiną są dodawane do farb termoregulacyjnych – pochłaniana energia, zamiast podnosić temperaturę np. ścian budynków, topi parafinę, a ta potem krzepnąc, oddaje ciepło choćby nocą. Takie właściwości pochłaniania i oddawania ciepła czynią z kąpieli i okładów parafinowych znakomite remedium dla obolałych reumatyków.