蜡烛与燃烧,这是在学校中常会进行的实验。
将蜡烛的蜡油滴一点在厚纸上,然后将蜡烛固定其上。当蜡烛在燃烧时,用瓶子自上而下迅速将其扣上。这样一来,如果是普通的牛奶瓶,几秒钟后蜡烛就会熄灭。
燃烧着的蜡烛
准备好各种大小的瓶子,再来做这个实验,并对比蜡烛熄灭的时间,会发现大瓶子由于存有的空气较多,蜡烛持续燃烧的时间也相对较长。“燃烧”就是指物质与氧气发生激烈的反应并伴有光和热产生。氧气越多,燃烧的时间也就越长。
空气中约含有20%的氧气(干燥的空气中为21%)。那么,当瓶中的蜡烛熄灭时,瓶中的氧气还有多少呢?
可能很多人会认为“蜡烛熄灭后氧气全没有了”吧,但是实际上,当蜡烛熄灭时,瓶中还有16%~17%的氧气。
物质要燃烧,必须符合三个条件:
一、可燃性物质;
二、氧气;
三、达到物质燃点的温度。
如果“第二项”减少的话,就会使发热量减少,从而无法维持“第三项”的条件。
我们呼出的气体中,也含有16%~17%的氧气。当我们向柴火中吹气时,火势会越来越旺,这是因为当我们吹气时,也会卷起周围新鲜的空气一并送到火焰处。
而向蜡烛吹气时,燃烧产生的蜡蒸气会被吹散,从而导致无法达到“第一项”的条件。
在水盆中装入浅浅的水,在水中漂浮的泡沫板上放置一小截蜡烛并点燃,然后用玻璃瓶扣在蜡烛上。
没一会儿,蜡烛的火焰就会熄灭。此时,瓶中的水位会上升。
蜡烛的火焰熄灭后
针对这个实验结果,有人说“瓶中上升的水位,大约占瓶子容积的20%。这是因为氧气全部被消耗产生了二氧化碳,而二氧化碳又是可溶于水的,所以水位上升了。由此得出空气中约20%是氧气”。
但是,这个解释犯了一个严重的错误。
实际上,即使蜡烛的火焰熄灭了,瓶中仍然还有16%~17%的氧气残留。二氧化碳虽然属于可溶于水的气体,但并不是说会“很容易地”溶于水,必须要经过充分的晃动混合才行。
那么,水位上升(瓶中气体的体积减小)到底是因为什么呢?
这是因为气体被加热时体积膨胀,之后冷却时体积又产生了收缩。
火焰周围的空气由于被加热,所以膨胀了。膨胀的空气又被瓶子扣住。在燃烧过程中,瓶中的空气会进一步膨胀,并从瓶中排出。而火焰熄灭后温度下降,气体因冷却而体积收缩,这才导致瓶中的水位上升。